Autorzy : Bartłomiej Młodawski
Przemysław Wesoły
TEMAT: Klimatyzacja indywidualnych stanowisk pracy
1.Wymiana ciepła między organizmem ludzkim a otoczeniem
Organizm ludzki przekazuje do otoczenia ciepło dzięki istnieniu różnicy temperatur ustroju człowieka i otoczenia oraz różnicy między prężnościami pary wodnej w stanie nasycenia w temperaturze skóry i otoczenia .
Ciepło przenoszone jest drogą przewodnictwa, promieniowania i konwekcji oraz parowania potu .
1.1.Przewodnictwo ciepła z organizmu do otoczenia
Transport ciepła z organizmu do otoczenia poprzez przewodnictwo może następować wtedy, gdy część ciałą jest w kontakcie z ciałem stałym, takim jak krzesło, podłoga itp.
Z uwagi na małe pole powierzchni kontaktu i na niskie wartości współczynników przewodnictwa ilość ciepła przenoszona tą drogą stanowi mały, w porównaniu z innymi, odsetek w ogólnym bilansie cieplnym i nie przekracza 10%.
1.2. Promieniowanie
W środowiskach na powierzchni ziemi występują dwa oddzielne zakresy cieplnego promieniowania elektromagnetycznego : radiacja słoneczna charakteryzująca się krótkimi falami, leżącymi w przedziale od 0,3 do 3 mm, oraz radiacja ze zródeł lokalnych o długości fal od 3 do 100mm.
Przenoszenie ciepła na sposób promieniowania jest wynikiem nałożenia się emisji i absorpcji fal elektromagnetycznych .
Każda powierzchnia emituje strumień promieniowania o energii zależnej od temperatury bezwzględnej Tp oraz emisyjności według prawa STEFANA-BOLTZMANA :
L = e Cc Tp W/m2
gdzie :
e - emisyjność promieniowania cieplnego,
Cc - stała STEFANA- BOLTZMANA, równa 5,67 x 10 W/(m2K4).
1.3. Konwekcja
Odbiór ciepła przez konwekcje z ciała człowieka nie okrytego odzieżą charakteryzuje współczynnik izolacji cieplnej Ia warstwy przyściennej powietrza wokół ciałą, który jest odwrotnością współczynnika przejmowania ciepła hc
Ia = 1/hc
Ia - opór cieplny warstwy przyściennej powietrza (m2K)/ W
hc - współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję, W/(m2K)
1.4.Parowanie
Przy niskich temperaturach otoczenia organizm człowieka traci przez parowanie potu około 10% ciepła przemian metabolicznych M.
W przypadku wyższych temperatur oraz podczas wykonywania pracy parowanie potu na ogół ma większy udział w odprowadzeniu ciepła z ciała człowieka, równy w granicznym przypadku wydzilaniu 0,5 g/s (około 2 kg potu na godzinę) w krótkim czasie oraz 0,25 g/s (okolo 1 kg/godz.) w okresie parogodzinnym .
Odpowiada to stratom cieplnym odpowiednio o mocy 1,2 i 0,6 kW .
Dla porównania, ciepło przemian metabolicznych w organizmie człowieka wzrasta od około 100 W w stanie spoczynku do około 1 kW podczas ekstremalnego wysiłku .
2. Sposoby klimatyzacji indywidualnych stanowisk pracy
Hełm przeciw pyłowy jest przeznaczony do ochrony dróg oddechowych
górników pracujących w warunkach dużego zapylenia. Hełm może być stosowany w wyrobiskach o dużym zapyleniu oraz w pobliżu silnych źródeł zapylenia,jak:
-przesypy, wysypy, wywroty itp.
-miejsca przeładunku urobku ze środków transportu opnowego,
-wiercenia otworów w caliźnie - maszynowe i ręczne.
Hełm jest skuteczną ochroną dróg oddechowych, w przypadku jego systematycznego stosowania.
Układ filtracji, zastosowany w hełmie posiada właściwości ochronne, określone dla II-stopnia ochronnego. Stanowi ochronę przed nietrującymi pyłami zwłókniającymi o NDS 2mg/m3. Hełm nie zapewnia ochrony przed gazami oraz mgłą substancji szkodliwych dla zdrowia. Z uwagi na wymuszony nawiew powietrza na twarz, spełnia częściowo funkcje podobne, jak przy stosowaniu urządzeń klimatyzacyjnych w klimacie gorącym.
2.1. Parametry techniczne hełmu
Wielkość - jedna. Na skutek szerokiego zakresu regulacji obwodu opaski głowy i pozycji pasów nośnych można go dopasować do każdego rozmiaru głowy.
Ilość nadmuchiwanego powietrza - ok. 160 dm3/min
Spiętrzenie wentylatora - ok. 70 Pa
Moc silnika wentylatora - ok. 0,77 W
Żywotność silnika - ok. 1000 godzin
Zespół zasilający - akumulator Ca-Ni o napięciu 7 V
Napięcie wyjściowe akumulatora - 5 V
Pojemność - 1,8 Ah
Maksymalny czas pracy po naładowaniu - 8 h
Hałas zespołu napędowego - <= 70 dB na poziomie uszu użytkownika.
Masa hełmu - 950g
Masa akumulatora - 500g
2.3.Konstrukcja i zasada działania hełmu AH
Hełm składa się z dwóch zasadniczych zespołów:
-czaszy z uchylną osłoną twaezy, układem filtrów, uszczelnień głowy i twarzy, wentylatora z silnikiem, kabla do połączenia z akumulatorem zasilającym
-akumulatora zasilającegoz wyłacznikiem.
Dmuchawa (3) zasysa zapylone powietrze (7) poprzez filtr wstępny (5) inastępnie przetłacza je poprzez filtr dokładnego oczyszczania (1) znajdujący się wewnątrz czaszy hełmu (2).
Przepływ powietrza wytwarza w częśći twarzowej hełmu nadciśnienie zapobiegające przedostawaniu się pyłu do ust, nosu i oczu użytkownika. Nadciśnienie powietrza utrzymuje się nawet przy dużej częstotliwośći oddychania podczas ciężkiej pracy fizycznej. Oczyszczone powietrze przepływające wzdłuż twarzy stwarza uczucie chłodzenia.
2.4. Proponowane sposoby klimatyzacji indywidualnej w LGOM
W celu właściwego doboru urządzenia klimatyzacyjnego bardzo istotna jest wszestronna znajomość warunków potrzebnych do wytworzenia komfortu cieplnego. Najważniejszymi zmiennymi parametrami, które wpływają na stan komfortu cieplnego są :
- wydatek energetyczny organizmu ludzkiego, - przewodnictwo cieplne odzieży, - temperatura powietrza, - średnia temperatura promieniowania, - względna prędkość przepływu powietrza, - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w otaczającym powietrzu .
Operatorzy maszyn samojezdnych pracują w trudnych warunkach cieplnych, spowodowanych przede wszystkim wydzielaniem ciepła przez silniki wysokopręzne dużej mocy .
Ponadto, na drogi przejazdowe przeznacza się chodniki odprowadzające zużyte powietrze
W badaniach przyjęto, że dla stanowisk pracy operatorów maszyn samojezdnych parametry muszą spełniać następujące wymogi :
Tc = 301 K ( 28 )
k = 11 katastopni wilgotnych
Tot - Tc < Tsk
w < 1,5 m / s
Tc - temp. dopuszczalna, K
Tot - temp. otoczenia, K
k - intensywność chłodzenia, katastopnie wilgotne
w - prędkość przepływu powietrza, m / s
Tsk - temp. scian osłony, K
Przy projektowaniu indywiualnej klimatyzacji kabin operatorów należy przestrzegać następujących zaleceń :
- wykluczona jest realizacja projektów przewidujących instalowanie dużych urządzeń klimatyzacyjno-wentylacyjnych w przestrzeni ograniczonej daszkiem ochronnym,
- należy zachować dotychczasową możliwość obsługi dżwigni,
- sposób zainstalowania klimatyzatora powinien zapewnić w miarę łatwy dostęp do urządzenia oraz w minimalnym stopniu utrudniać obsługę innych układów maszyny.
- zainstalowane na maszynie ddodatkowe urządzenie klimatyzacyjne nie powinno przekraczac gabarytów maszyny .
Klimatyzowanie kabiny operatora może odbywać się według następujących wariantów :
a) W czasie nawiewu bezpośredniego na operatora z zastosowaniem kurtyn powietrznych
ochłodzone i osuszone powietrze wypływa z otworów płyty perforowanej znajdującej się bezpośrednio nad siedziskiem operatora, pod główną krawędzią rur stanowiących daszek ochronny .
Pozostała struga klimatyzowanego powietrza, w środku której znajduje się operator, charakteryzuje się równomiernością pola prędkości i temperatury .
Taki sposób nawiewu jest często stosowany w technice klimatyzacyjnej, gdyż daje możliwość doprowadzenia do przestrzeni pracy operatora dużych ilości powietrza lub usuwania znacznych zysków ciepła, przy wspomnianej wcześniej równomierności
temperatury .(rys.36.)
b) Nawiew bezpośredni na operatora w kabinie zamkniętej polega na obudowaniu stanowiska pracy operatora trwałymi przegrodami przeżroczystymi otwieranymi z jednej strony.
Nawiew realizowany jest podobnie jak w poprzednim wariancie, tzn. powietrze wywiewane jest z otworów znajdującej się nad operatorem skrzynki nawiewnej z płytą perforowaną.(rys.37)
c) Nawiew bezpośredni na operatora realizowany może być przez zastosowanie specjalnego kombinezonu roboczego dla operatora, który byłby większy od używanej przez operatora w normalnych warunkach odzieży.
Ta nadwymiarowość niezbędna jest do stworzenia specyficznego rodzaju kanału, którym przepływałoby powietrze o odpowienich poarametrach klimatycznych .
Przepływ pomiędzy materiałem kombinezonu a skórą operatora daje możliwość efektywnego odbioru ciepła wytworzonego przez organizm człowieka i ciepła promieniowania .
W czasie projektowania takiego kombinezonu należy przewidzieć odpowiedniej konstrukcji szybkozłączne połączenie, przez które dopływałoby powietrze z urządzenia klimatyzacyjnego (rys.39).
3. Ogólna charakterystyka techniczna kabiny klimatyzowanej typu UKR-3B
Przeznaczeniem urządzenia jest filtrowanie i ochładzanie powietrza nawiewanego do zamkniętej kabiny w celu uzyskania i utrzymania obniżonej temperatury powietrza na stanowiskach obsługi urządzeńä typu "Roxon".
3.1. Podstawowe dane techniczne
Kabina operatora bez agregatu Klimatyzacyjnego ma wymiary 1600 x 1115 x 2100 mm, natomiast agregat chłodniczy usytuowany na dachu Kabiny ma wymiary 840 x 650 x 320 mm. Podstawowe dane techniczne urządzenia są następujące:
- wydajność chłodnicza 3,5 kVW
- waydajno nawiewu ochłodzonego powietrza 700 - 800 m3/h
- czynnik chłodniczy freon R-12
- moc cieplna skraplacza 5,4 k W
- zasilanie urządzenia z sieci 3 x 500 V 50 Hz
3.2. Budowa urządzenia klimatyzacyjnego.
Kompletna kabina klimatyzowana składa się z następujących podzespołów:
- kabiny operatora,
- agregatu klimatyzacyjnego,
- skrzynki zasilającej,
- układu stcrowniczo-sygnalizacyjnego.
3.3. Budowa kabin operatora
Ściany kabiny i dach posiadają konstrukcją rozbieralną. ściany wykonane są z płyty z włókien mineralnych osłoniętych od strony zewnętrznej blachą o grubości 2 mm natomiast od strony wewnętrznej blachą perforowaną "lochblech". Dach kabiny wykonany jest z podobnych płyt mineralnych osłoniętych od wewnątrz blachą perforowaną o grubości 1 mm, a od zewnątrz blachą o grubości 2 mm. Dodatkowo dach wzmocniony jest płytą z blachy 5 mm. W dachu wykonane są trzy otwory do nawiewu ochłodzonego powietrza o średnicy 0 100 mm, natomiast w tylnej ścianie otwór recyrkulacyjny ţ 160 mm, Elementem mocnym i wzmacniającym ściany i dach jest rura stalowa 50 x 50 x 2 mm. Drzwi o wymiarach 1750 x 700 mm umieszczone po obu stronach kabiny zapewniają swobodny dostęp do kabiny. Na przedniej,wygiętej ścianie kabiny umieszczone jest okno o wymiarach 1100 x 970 mm umożliwiaJące obserwację pracy wysięgnika młota hydraulicznego, natomiast dwa boczne okna trapezowe zabudowane w ścianach bocznych i dwa okna o wymiarach 850 x 5500 mm zabudowane w drzwiach umożliwiają obserwację w kierunkach bocznych. Szyby okien wykonane są ze szkła klejonego o grubości 6 mm.
3.4.Budowa agregatu klimatyzacyjnego
W konstrukcji agregatu istnieją dwie wydzielone komory:
- komora spręrarkowo-skraplająca i komora oziębiacza.
W komorze spręrarkowo-skraplająca znajdują się
-semihermetyczna sprężarka chłodnicza COPELAND DKL-150,
-skraplacz freonu PT 22-10T-5R-540A-2,5P-3NC, zbiornik freonu XK 0,9L,
-dwa elektrowentylatory "Fiat 306" oraz presostaty wysokiego i niskiego cisnienia KP-5 i KP-2
.
W komorze oziębiacza umieszczone są:
-oziębiacz-parowacz freonu PT 22-10T-3R-300A-2,5P-3NC,
-dwa wentylatory nawiewu S-753 "Aurora",
-termostatyczny zawór rozprężny TUF,
-zawór elektromagnetyczny EVR-3 oraz filtr-odwadniacz freonu.
Konstrukcja agregatu klimatyzacyjnego wykonana jest z ceownik, kątowników oraz blachy stalowej.Wlot powietrza do komory oziębiacza następuje przez filtry pyłowe i gazowe, natomiast wylot ochłodzonego powietrza następuje przez trzy króćce o przekroju kołowym 0 100 mm zlokalizowane w środkowej części tej samej ściany. Na przeciwległej ścianie znajduje się prostokątny otwór 540 x 250 mm wylotu powietrza chłodzącego skraplacz, za na pozostałych dwóch ścianach znajdują się dwa otwory 262 mm, przez które zasysane jest powietrze do komory sprgľarkowwo-skraplającej. Ceowniki wzmacniające dolną płyt agregatu Klimatyzacyjnego wykorzystywane są do montażu agregatu dachu kabiny.
3.5.Skrzynka zasilająca
Odbiornikami mocy ze skrzynki zasilającej są:
-semihermetyczraa sprężarka C0PELAND UICL-150 o poborze mocy P 500 W
-dwa silniki wwentylatora nawiewu zasilane prądem stałym 24 V
- dwa elektrowentylatory zasilane prądem stałym 24 V.
Jako ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym w obwodach 500 V zastosowano system uziemiających przewodów ochronnych, Urządzenia na 24 V nie wymagają dodatkowej ochrony.
3.6.Skrzynka sterownicza Z1
Skrzynka sterownicza Z1 zabudowana w kabinie zawiera przyciski sterownicze wentylator nawiewu i agregatu sprężarkowo-skraplającego oraz lampki sygnalizacyjne poprawnej pracy. wentylatorów nawiewu i sprężarki, a także lampkę sygnalizującą stan awaryjny.
Obwody sterowania i sygnalizacji zasilane są z transformatora T Ma 1000 500/24 W. Wentylatory nawiewu i chłodzenia komory sprężarkowowo-skraplającej sterowane są jedną parą przycisków przy czym w obwód wentylatorów wŁączony jest styk przełącznika kontrolującego napięcie 24 V prądu stałego. Silnik sprężarki zaŁączony jest za pomocą drugiej pary przycisków przy czym jego uruchomienie możliwe jest tylko przy pracujących wentylatorach. Zanik< napięcia 500 V i 24 V = spowoduje samoczynne zatrzymanie wszystkich urządzeńä. 2zadziałanie presostatów NC lub WWC zabudowanych na instalacji chłodniczej spowoduje wyŁączenie sprężarki aż do zwolnienia blokady w tych presostatach.
3.7.Działanie agregatu klimatyzacyjnego
W agregacie klimatyzacyjnym wyróżnić można trzy obiegi:
- obieg freonu
- obieg powietrza klimatyzowanego,
- obieg powietrza chłodzącego agregat sprężarkowo-skraplający
W obiegu freonu sprężarka zasysa z parowacza pary freonu, skrapla je do cisnienia kondensacji i tłoczy do skraplacza, gdzie następuje kondensacja freonu. Ciekły freon kierowany jest do zbiornika, a następnie poprzez filtr-osuszacz i zawór elektromagnetyczny płynie do termostatycznego zaworu rozprężnego, w którym następuje redukcja cisnienia freonu do wartości umożliwiaJącej jego odparowanie w wężownicach parowacza. W parowaczu kosztem ciepła przejętego od oziębionego i odwilżonego powietrza następuje parowanie freonu. Powstaje para jest zasysana przez sprężarkę, w której zamyka się obieg chłodniczy.
W obiegu powietrza klimatyzowanego, powietrze z wyrobiska kopalnianego jest zasysane do komory oziębiacza przez zestaw siatkowych filtr pyłowych i gazowych, W parowaczu powietrze zostaje ochłodzone i odwilżone, skąd trzema elastycznymi przewodami kierowane jest do otworów nawiewnych w dachu kabiny. Obieg powietrza realizowany jest za pomocą dwóch wentylatorów promieniowych.
Obieg powietrza chłodzącego agregat sprężarkowo-skraplający odbywa się następująco: dwa wentylatory osiowe zasysają, poprzez siatkowe filtry pyłowe, powietrze kopalniane do Komory sprężarkowo-skraplającej.
PrzepływaJące powietrze chłodzi silniczki elektrowentylatorów, semihermetyczną sprężarkę, a następnie przepływaJąc pomiędzy lamelami skraplacza odbiera ciepło skraplania freonu, po czym jest wytłaczane do atmosfery kopalnianej.
Lokalizacja otworów: powietrza zasysanego do komory oziębiacza i wylotu powietrza ogrzanego w komorze sprężarkowo-skraplającej, na przeciwległych ścianach agregatu klimatyzacyjnego nie powoduje dodatkowego obciążenia termicznego powietrza zasysanego przez wentylatory nawiewu.
3.8. Charakterystyka czynnika chłodniczego
Zastosowany w urządzeniu klimatyzacyjnym czynnik chłodniczy freon R-12 należy podobnie jak freon R-22 stosowany w górnictwie węglowym i miedziowym do grupy czynników chłodniczych niewybuchowych, niepalnych, nietoksycznych lub o małym działaniu toksycznym. W obiektach lądowych stosowany jest w instalacjach chłodniczych, w których cała ilość czynnika mogłaby przedostać się do pomieszczeniaä lub wywołać zagrożenia.
Małe napełnienie instalacji chłodniczej urządzenia klimatyzacyjnego sprawia, że w przypadku awarii i wycieku freonu z parowacza, w otoczeniu urządzenia chłodniczego w ciągu 1 godziny utrzymywać się będzie stężenie pary freonu 0,1 %obj. gdy tymczasem nieszkodliwe stężenia są do 30 % obj. Freon R-12 jest czynnikiem trwałym, rozkłada się dopiero w obecności ognia. W zakresie temperatur spotykanych w technice klimatyzacyjnej jest chemicznie obojętny w stosunku do wszystkich metali z wyjątkiem stopów zawierających więcej niż 2 % magnezu. Ma równieżľ zdolność łatwego rozpuszczania większości substancji organicznych. W obecności wody działa agresywnie na szkło.
Literatura:
1.Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej Z.222
„Wybrane problemy eksploatacji złóż na dużych głębokościach”
Gliwice 1994
2.Zeszyty Naukowe Politechniki Sląskiej Z.213
„ Dyskomfort cieplny w środowiskach pracy kopalń głębokich”
Gliwice 1993
3.Przegląd Górniczy nr 1-8, rok 1963
A.Frycz „ Zagadnienie regulacji temperatury ciała ludzkiego w warunkach
...
Jussy_S