Учебно-методическое пособие. Методы исследования и гигиеническая оценка влажности воздуха
методическая разработка

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПО ГИГИЕНЕ И ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

ТЕМА: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Актуальность темы.

Факторы внешней среды могут оказывать благоприятные и неблагоприятные воздействия на здоровье людей. Температура, влажность и движение окружающего нас воздуха, атмосферное давление, солнечная и тепловая радиация, радиоактивное излучение, шум, вибрация и ряд других факторов характеризуют в совокупности физические свойства воздушной среды, в том числе микроклимат в жилых, общественных и производственных помещениях.

Гигиеническое значение этих показателей заключается в основном в их влиянии на тепловое равновесие организма.

Микроклимат помещений является важнейшим фактором окружающей среды, от которого во многом зависит состояние здоровья и работоспособность людей.

Высокая температура воздуха в сочетании с повышенной влажностью и малой скоростью воздуха, особенно в условиях высокой интенсивности трудового процесса, резко затрудняет отдачу тепла путем конвекции и испарения, в результате чего возможно перегревание организма. При низкой температуре, высокой влажности и скорости воздуха наблюдается противоположная картина – переохлаждение, так как увеличивается отдача тепла способом проведения. При высокой или низкой температуре окружающих предметов, стен снижается или увеличивается отдача тепла путем излучения. Возрастание влажности, т.е. насыщенности воздуха помещения водяными парами, приводит к снижению отдачи тепла испарением.

Не6лагоприятный микроклимат помещения может отрицательно влиять на самочувствие и работоспособность человека, а в определенных случаях может привести к расстройству здоровья. Особенно чувствительны к изменению микроклиматических условий лица с сердечно-сосудистыми, бронхо-легочными, нервно-психическими и другими за6олеваниямии.

По состоянию микроклимата можно судить о6 эффективности воздухообмена в помещении, в частности о работе приточно-вытяжной вентиляции.

Цель занятия.

Учебная:

• закрепить теоретические знания о сущности влажности, как физического состояния воздуха и овладеть навыками ее определения.
• ознакомить  студентов с устройством приборов для определения влажности воздуха и правилами пользования ими.
• научить студентов определять все виды влажности, имеющие гигиеническое значение и интерпретировать полученные дынные.

Обучающийся должен знать:

1. Физиолого-гигиеническое значение влажности воздуха помещений.
2. Правила пользования приборами для измерения влажности воздуха.
3. Гигиенические нормативы параметров микроклимата для различных помещений.
4. Принципы организации профилактических мероприятий по предупреждению неблагоприятного влияния влажности на организм

Обучающийся должен уметь:

5. определять влажность воздуха в помещении;
6. оценивать полученные результаты

Развивающая:

- формирование у студентов гигиенического мышления

Воспитательная:

- формирование профессиональных качеств у будущих специалистов

Задания:

В процессе изучения темы обучающиеся должны:

1. Прочитать учебный материал по данной теме занятия.
2. Ознакомиться с устройством и принципом работы приборов для измерения влажности воздуха.
3. Определить абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха по формулам, по психрометрическому графику и упрощенным методом или по таблицам
4. Провести анализ и дать гигиеническую оценку полученным результатам исследований.

УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Под влажностью воздуха понимают содержание в нем водяного пара. Для характеристики влажности воздуха используют следующие понятия: абсолютная, максимальная, относительная влажность, дефицит насыщения и физиологический дефицит насыщения, точка росы.

Абсолютная влажность выражается парциальным давлением водяных паров в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.) или в единицах массы (количестве водяных паров) в граммах в кубическом метре воздуха (г/м3). Абсолютная влажность дает представление об абсолютном содержании водяных паров в воздухе, но не показывает степени его насыщения.

Максимальная влажность (мм рт. ст.) - упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, или количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м3 воздуха при данной температуре. Максимальная влажность воздуха зависит от температуры. Чем выше температура воздуха, тем больше требуется водяных паров для полного его насыщения.

Относительная влажность (%) - отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, или процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения.

Дефицит насыщения (мм рт.ст.)– разница между максимальной и абсолютной влажностью.

Физиологический дефицит насыщения (мм рт.ст.) – разность между максимальной влажностью воздуха при температуре 37 °С (температура выдыхаемого воздуха) или 32 °С (температура поверхности кожного покрова человека) и абсолютной влажностью воздуха в момент исследования. Физиологический дефицит влажности показывает, сколько граммов воды может быть удалено из организма с вдыхаемым воздухом или с поверхности кожи каждым кубометром воздуха.

Точка росы - температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают пространство 1 кубического метра воздуха или температура, при которой абсолютная влажность станет максимальной.

Наибольшее гигиеническое значение для характеристики влажности воздуха имеют относительная влажность и дефицит насыщения, так как они определяют степень насыщения воздуха водяными парами и позволяют судить об интенсивности и скорости испарения пота с поверхности тела или при дыхании при той или иной температуре. Чем меньше относительная влажность, тем дальше воздух от состояния насыщения и быстрее происходит испарение воды, следовательно, интенсивнее теплоотдача при испарении пота.

Для измерения влажности используют методики, основанные на принципах психрометрии и гигрометрии.

Психрометрия использует зависимость степени охлаждения смоченной водой поверхности от скорости испарения ее влаги. Приборы, действие которых обосновано на этом принципе, называют психрометрами.

Гигрометрический (сорбционный) принцип основан на способности гигроскопических тел поглощать из воздуха влагу в количестве, пропорциональном относительной влажности воздуха, изменяя при этом свою длину, массу, упругость, электропроводность и другие характеристики. Приборы, работа которых основана на использовании этого принципа, называют гигрометрами, гигрографами.

Гигрометры - приборы, с помощью которых можно непосредственно определить относительную влажность (рис. 2). Прибор представляет собой раму, в которой вертикально натянут обезжиренный волос. Один конец волоса укреплен на верхней части рамы, другой (нижний) перекинут через блок и к нему прикреплен небольшой груз, при помощи которого

Рис. 2. Гигрометр 

волос всегда находится в слегка натянутом состоянии. К блоку прикреплена стрелка.

При увеличении влажности воздуха волос удлиняется, при уменьшении влажности укорачивается. Изменения длины волоса приводят в движение стрелку, которая перемещается по шкале. На шкале нанесены цифры относительной влажности в процентах.

Гигрограф - самопишущий прибор, который применяется для непрерывной регистрации изменений относительной влажности воздуха в течение длительного времени. Прибор устроен аналогично термографу.

В качестве воспринимающей части, реагирующей на изменение влажности воздуха, служит обезжиренный пучок волос, который при помощи системы рычажков соединяется со стрелкой, заканчивающейся пером. В зависимости от влажности воздуха длина пучка волос изменяется, что приводит в движение систему и на ленте барабана вычерчивается кривая относительно влажности воздуха.

Рис. 3. Гигрограф

Абсолютная влажность воздуха определяется приборами, которые называются психрометрами. Они бывают двух видов: аспирационный психрометр Ассмана и психрометр Августа.

Психрометр Августа (стационарный) предназначен для определения влажности и температуры воздуха в жилых и служебных помещениях, в которых нет открытых источников лучистой энергии (рис.4). Психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров, условно называемых "влажным" и "сухим". Резервуар "влажного" термометра обернут кусочком тонкой материи (батист или марля), конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой. Верхний край сосуда должен находиться на расстоянии 3—4 см от резервуара термометра. С поверхности влажной материи происходит испарение воды.

Рис.4. Психрометр Августа

На процесс испарения затрачивается тепло, поэтому "влажный" термометр будет охлаждаться и показывать более низкую температуру, чем "сухой". При определении влажности воздуха прибор следует оградить от источников излучения и случайных движений воздуха. Отсчеты показаний обоих термометров производят через 10—15 мин после установки прибора.

Аспирационный психрометр является усовершенствованным прибором и также состоит из двух одинаковых термометров - "сухого" и "влажного" (рис. 5). Оба термометра психрометров заключены в

Рис. 5 Психрометр Ассмана

металлические трубки, через которые равномерно просасывается исследуемый воздух с помощью маленького заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора. Такое устройство обеспечивает защиту резервуаров термометров от лучистой энергии и гарантирует постоянную скорость движения воздуха вокруг термометров. Кроме того, благодаря просасыванию значительной массы воздуха показания приборов более точные, чем у психрометра Августа, который определяет влажность воздуха, находящегося лишь в непосредственной близости от прибора.

Методика определения влажности. Влажность определяют одновременно с измерением температуры воздуха в центре помещения на высоте 1,5 м от пола вдали от отопительных приборов и прямых солнечных лучей.

При определении влажности психрометром Ассмана предварительно готовят прибор: проверяют его комплектность, исправность термометров, готовят штатив или крюк для подвешивания психрометра, дистиллированную воду.

Убедившись в полной готовности прибора и места определения, набирают дистиллированную воду в резиновый баллончик (пипетку), имеющийся в комплекте психрометра, и увлажняют батистовую обертку «влажного» термометра, избегая при этом попадания капель воды внутрь трубок психрометра. После смачивания пипетку вынимают, и капли воды, оставшиеся на внутренней стенке металлической трубки, удаляют полоской фильтровальной бумаги. Заводят механизм аспиратора и подвешивают прибор вертикально резервуарами вниз в месте измерения. При этом исследуемый воздух засасывается в трубки, омывает резервуары термометров, затем поступает в вертикальную металлическую трубку, расположенную между термометрами, и удаляется через отверстия в верхней части прибора.

Так как воздух движется с постоянной скоростью (2 м/с), испарение воды с поверхности резервуара "влажного" термометра происходит более равномерно, чем в станционном психрометре, и не зависит от скорости движения воздуха в помещении. Экспозиция до отсчета показаний при комнатной температуре составляет 4 мин, на холоде 10 —15 мин (при такой экспозиции необходимо повторно заводить механизм аспиратора).

Показания термометров считывают обязательно до окончания работы аспиратора.

Абсолютная влажность вычисляется по формуле:

где: К - искомая абсолютная влажность,

       F - максимальная упругость водяных паров при температуре влажного   термометра (по таблице 4 ), мм рт.ст.

      0,5 - психрометрический коэффициент,

t - температура сухого термометра, °С

t1 - температура влажного термометра, °С

В - барометрическое давление в момент исследования, в мм. рт.ст,

755 - среднее барометрическое давление, мм. рт.ст

Определение абсолютной влажности воздуха психрометром Августа основано на строгой зависимости между степенью влажности воздуха, испаряемостью воды и соответственным охлаждением влажного термометра. Точные показания психрометра возможны лишь при хорошем испарении с поверхности смоченного термометра. Это обеспечивается правильной повязкой влажного термометра кисеей, батистом или марлей и зависит также от чистоты ткани.

Шарик термометра покрывают одним слоем ткани, причем края ее не должны заходить один на другой более чем на 1/4 окружности шарика. Ткань предварительно смачивают дистиллированной водой, чтобы она плотно и без складок облегала шарик термометра. Загрязненная ткань плохо смачивается водой, поэтому ее необходимо сменять не реже 2 раз в месяц. Для предупреждения загрязнения можно хранить обернутый шарик влажного термометра погруженным в стаканчик с водой, но за 15 мин до наблюдения стаканчик надо опустить на 2—3 см ниже шарика термометра, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха и чтобы около шарика термометра не было воздуха с повышенной влажностью. Для уверенности в достаточной смоченности ткани лучше всего за 10—15 мин до отсчета показаний погрузить шарик термометра в стаканчик с водой, а затем снова опустить стаканчик на 2—3 см ниже шарика. Показания сухого и влажного термометров снимают через 10—15 мин после установления психрометров в пункте наблюдения. Предварительно следует убедиться, что температура влажного термометра достигла низшего уровня. В зависимости от системы термометра отсчет температуры производят с точностью до 0,2° (на ртутных термометрах) или до 0,5° (на спиртовых термометрах). Отсчет производят быстро, с тем, чтобы приближение наблюдателя к психрометру не искажало показаний термометров. Сначала отмечают десятые доли, а затем целые градусы.

Примечание. При работе с психрометром на морозе ткань обертки влажного термометра обрезают непосредственно под шариком. За 30 мин до начала наблюдения шарик термометра погружают в стаканчик с дистиллированной водой комнатной температуры. Ледяная корочка, оставшаяся на ткани от предыдущего смачивания, тает, что становится заметным по подъему температуры влажного термометра. Стаканчик убирают, снимают каплю воды с кончика ткани и через 25—30 мин производят отсчет. При отрицательных температурах определение влажности психрометрическим методом может давать большие ошибки, поэтому в этих условиях следует пользоваться другими приборами (волосным гигрометром, термоэлектрическим психрометром и др.).

Таблица 4 Максимальное напряжение водяных паров в мм рт. столба при разных температурах

Абсолютную влажность вычисляют по формуле Реньо с точностью до второго десятичного знака:

где: f — максимальное напряжение водяных паров в воздухе при температуре влажного термометра (находится по таблице 1);

α — психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (например, для небольшой закрытой комнаты — 0,00120, для большой закрытой комнаты— 0,00100, для наружной атмосферы — 0,00090—0,00074), при скоростях выше 2,0—2,5 м/с изменения психрометрического коэффициента становятся очень малыми;

t — температура по сухому термометру;

t1 — температура по влажному термометру;

В — барометрическое давление в момент наблюдения

Определение относительной влажности: 

а) по формуле

где: К — абсолютная влажность в миллиметрах рт. ст.;

F — максимальная влажность в миллиметрах рт. ст. при температуре сухого термометра;

б)        по психрометрической таблице 6, приложенной к психрометру Ассмана.

Искомую влажность находят в точке пересечения линии, идущей горизонтально от показания "сухого" термометра, с линией, проведенной вертикально от показания "влажного" термометра;

в)        по таблице 5 к психрометру Августа для скорости движения воздуха 0,2м/с;

г)        по ориентировочному расчету, основанному на следующих соображениях: при одинаковых показаниях сухого и влажного термометров (см. первую и последнюю графы психрометрической таблицы 3 для помещения с температурой 12—25° и со скоростью движения воздуха до 0,2 м/с)  относительная влажность равна 100%; при каждом уменьшении относительной влажности на 10% разность в показаниях сухого и влажного термометров составляет 0,6—1,6°; при практических определениях ее можно принять в среднем за 10.

Таким образом, для ориентировочного нахождения относительной влажности (не пользуясь ни формулой Реньо, ни таблицами) следует вычесть из 100% величину, полученную при умножении разности между показаниями сухого и влажного термометров на 10.

Пример. Сухой термометр показывает 20,0°, а влажный — 16,5°; разность между ними равна 3,5°; умножая эту величину на 10 и вычитая полученное произведение из 100, найдем относительную влажность — 65%.

Определение максимальной влажности

Пользуясь таблицей упругости насыщенных водяных паров в зависимости от температуры, нужно найти максимальное напряжение водяных паров в воздухе (с точностью до 2-го десятичного знака) при температуре сухого термометра.

Определение дефицита насыщения

Находят разность между максимальной влажностью  при температуре сухого термометра (в мм.рт.ст.) и найденной абсолютной влажностью (в мм.рт.ст.).

Определение физиологического дефицита насыщения

Находят разность между максимальной влажностью при температуре поверхности тела (32 0С) или температуре выдыхаемого воздуха (37 °С) (в мм.рт.ст.) и найденной абсолютной влажностью (в мм.рт.ст.).

Определение точки росы

По таблице упругости насыщенных водяных паров находят температуру, при которой найденная абсолютная влажность воздуха является максимальной влажностью.