1. Opis zasad pomiaru i aparatury

Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu podstawowych parametrów mikroklimatu za pomocą wymienionych poniżej urządzeń. Pomiary wykonywane były czterokrotnie - w komorze suchej, wilgotnej, suchej z nagrzewaniem i wilgotnej z nagrzewaniem.

APARATURA:

• ANEMOMETR - Urządzenie to służy do bezpośredniego pomiaru przepływu prędkości powietrza w specjalnej aparaturze, która odpowiada warunkom panującym w wyrobisku górniczym.
  Po wyzerowaniu anemometru odczytuje się prędkość przepływu powietrza po upływie jednej minuty. Wyniki otrzymuje się w [m/min], a w dalszym etapie przelicza się jednostkę na [m/s].

• RURKA PITOTA-PRANDTLA I MANOMETR - Jest to metoda pośrednia do wyznaczania prędkości przepływu powietrza, na podstawie ciśnienia powietrza. Rurka Pitota-Prandtla mierzy dwa ciśnienia: całkowite i statyczne, a manometr pokazuje różnice tych ciśnień. Wyniki odczytuje się na rurce pochyłej w [mm].

• KATATERMOMETR - Za pomocą tego urządzenia mierzy się intensywność chłodzenia. Pomiar wykonuje się katatermometrem suchym i wilgotnym (owinięty szmatką nasączoną wodą).
  Po podgrzaniu katatermometru w wodzie, rozpoczyna się pomiar czasu spadku słupa alkoholu w [s] między temperaturą 38^oC a 35^oC.

• PSYCHROMETR - jest to metoda pośrednia, służąca do pomiaru wilgotności względnej,
  za pomocą dwóch termometrów: suchego i wilgotnego (po uprzednim zwilżeniu higroskopijnej tkaniny). Ruch powietrza spowodowany przez wentylatorek, powoduje parowanie wody
  ze zwilżonej tkaniny, przez co po upływie 180 [s] i wyłączeniu wentylatora odczytuje się dwie temperatury. Różnica pomiędzy wskazaniami dwóch termometrów, zwana różnicą psychrometryczną, pozwala na określenie na podstawie tablic psychrometrycznych, względnej wilgotności powietrza.

1. Wyniki pomiarów i obliczenia

PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU POWIETRZA

Anemometr

Pomiar polegał na bezpośrednim odczytaniu prędkości powietrza w komorze suchej, komorze suchej ogrzewanej, komorze wilgotniej i komorze wilgotnej ogrzewanej.

Tabela 1: Wyniki pomiarów - anemometr

PARAMETR	KOMORA
	WILGOTNA
v [m/min]	59
v [m/s]	0,98

Manometr

Z manometru odczytano wartość wychylenia słupka cieczy dla wszystkich czterech komór, co pozwoliło na obliczenie ciśnienia dynamicznego. Ostatecznie podstawiając do odpowiedniego wzoru było możliwe wyznaczenie prędkości przepływu powietrza. Wykorzystano wzory:

• wartość ciśnienia dynamicznego: P_dyn = ρ_c ·g· l · sinα

gdzie: P_dyn - ciśnienie dynamiczne [Pa]

ρ_c - gęstość cieczy w rurce manometru - woda [kg/m³] -> ρ_c =1000 kg/m³

g – przyspieszenie ziemskie [m/s²] -> g=9,81 m/s²

l – wychylenie słupka cieczy w manometrze [m]

sinα = 1/50

• wartość prędkości powietrza: v = $\sqrt{\frac{2\ \ P_{\text{dyn}}}{\gamma}\ }$

gdzie: P_dyn – ciśnienie dynamiczne [Pa]

γ – gęstość ośrodka w którym jest rurka – powietrze [kg/m³] -> γ=1,29 kg/m³

Tabela 2: Wyniki pomiarów i obliczeń - manometr

PARAMETR	KOMORA
	WILGOTNA
l [m]	0,05
Pdyn [Pa]	9,81
v[m/s]	3,9

INTENSYWNOŚĆ CHŁODZENIA

Katatermometr

Pomiaru dokonuje się poprzez ogrzanie dolnego zbiorniczka do odpowiedniej temperatury,
a następnie mierzy czas spadku temperatury z 38°C do 35°C. Pozwala nam to na określenie łącznego wpływu na ciało człowieka temperatury i wiatru.

Tabela 3: Wyniki pomiarów i obliczeń - katatermometr

KOMORA	TERMOMETR SUCHY	TERMOMETR WILGOTNY
	czas [s]	intensywność chłodzenia [mcal/cm^2s]
sucha	70,6	5,694
wilgotna	73,5	5,4694
sucha ogrzewana	111,8	3,5957
wilgotna ogrzewana	76,4	5,2618
KOMORA
SUCHA	WILGOTNA	SUCHA OGRZEWANA
$$K_{S} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{70,6} \approx 5,694$$ $$K_{w} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{32,2} \approx 12,8846$$	$$K_{S} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{73,5} \approx 5,4694$$ $$K_{w} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{36,2} \approx 11,105$$	$$K_{S} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{111,8} \approx 3,5957$$ $$K_{w} = \ \frac{F}{t_{s}} = \ \frac{402}{32,5} \approx 12,3692$$

F = 402 mcal/cm² K - [mcal/cm²s]

WILGOTNOŚĆ POWIETRZA, TEMPERATURA EFEKTYWNA I WSKAŹNIK WBGT

Psychrometr

Wilgotność względną odczytano na podstawie różnic temperatur z tablic psychro-metrycznych. Wartość temperatury efektywnej, określającą strefę komfortu dobrego samopoczucia, odczytano z nomogramu. Wskaźnik WBGT wyznacza obciążenie termiczne pracownika. Do obliczenia potrzebna jest znajomość temperatury suchej i wilgotnej. Podany poniżej wzór odnosi się do warunków w podziemnych zakładach górniczych.

WBGT=0,67t_w+0,33t_s

Tabela 4: Wyniki pomiarów i obliczeń – psychrometr

	KOMORA
	SUCHA
termometr mokry [^oC]	14,6
termometr suchy [^oC]	23,6
różnica temperatur [^oC]	9,0
wilgotność względna [%]	37,0
temperatura efektywna [^oC]	18,3
wskaźnik WBGT [-]	17,6

1. Wnioski i komentarze

ANEMOMETR

Prędkości powietrza uzyskane podczas pomiaru anemometrem we wszystkich czterech komorach są niższe od maksymalnych wartości ustalonych w normach.

MANOMETR

Prędkości powietrza pomierzone we wszystkich czterech komorach są poniżej wartości maksymalnych określonych w normach. Porównując prędkości dla czterech powyższych komór można stwierdzić, że prędkości w komorach suchych są wyższe niż te w komorach wilgotnych.

KATATERMOMETR

W przypadku ogrzanej komory wilgotnej, wartość intensywności chłodzenia jest mniejsza niż 11Kw i wynosi ≈ 10,5512. Należy obniżyć temperaturę lub skrócić czas pracy do 6h.
W ogrzanej komorze suchej można zauważyć dużą różnicę pomiędzy katastopniami suchymi
i wilgotnymi. Jest to bardzo niekorzystny stan mikroklimatu, który może spowodować zaburzenia w oddychaniu u pracownika.

PSYCHROMETR

Wg obowiązujących przepisów górniczych temperatura sucha w jednej komorze - wilgotnej ogrzanej mieści się w przedziale 28-33^oC, w tym przypadku czas pracy w wyrobisku powinien być skrócony do 6h. W reszcie komór temperatura sucha jest mniejsza od 28^oC, czyli praca może odbywać się w normalnym ośmiogodzinnym wymiarze.

Temperatur efektywna w okresie zimowym powinna mieścić się w przedziale 17,1-21,6 ^oC, natomiast w okresie letnim: 18,9-24,0 ^oC. Dla okresu zimowego temperatura ta została przekroczona w komorze wilgotnej ogrzewanej i wynosi 22,8 ^oC. W komorze suchej wartość tego parametru jest niższa i ma wartość 18,3 ^oC. W pozostałych komorach wyniki mieszczą się
w normach.

Wg Rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 16 czerwca 2009 r. i normy
PN-EN 27243 wskaźnik WBGT we wszystkich komorach, przy minimalnym ruchu powietrza dla osób zaaklimatyzowanych w środowisku gorącym nie przekracza 25, więc praca może odbywać się ciągle.

1. Profilaktyka

Przy projektowaniu i wykonywaniu robot górniczych należy prowadzić rozpoznanie pierwotnej temperatury skał, zaś w przypadku temperatury wyższej niż 30 °C należy opracować prognozę warunków klimatycznych oraz ustalić środki zapewniające utrzymanie właściwych warunków klimatycznych, między innymi poprzez:

• właściwy sposób przewietrzania, (prędkość, ilość powietrza i stabilność kierunków przepływu powietrza oraz intensywność chłodzenia),

• stosowanie właściwych urządzeń pomiarowych,

• zastosowanie odpowiednich typów i rodzajów stosowanych maszyn i urządzeń chłodniczych,

• zapewnienie właściwego zakresu i częstotliwości kontroli przez osoby dozoru ruchu górniczego, energomechanicznego i wentylacji.

W przypadku gdy zastosowane środki nie zapewniają w wyrobisku wybierkowym lub przodku drążonego wyrobiska korytarzowego warunków określonych w § 270 ust. 2, należy zastosować schładzanie powietrza.