Diplomová práce Návrh ventilátoru pro osobní ochranné pomůcky

(1)

0

Návrh ventilátoru pro osobní ochranné pomůcky

Diplomová práce

Studijní program: M2301 – Strojní inženýrství

Studijní obor: 3901T003 – Aplikovaná mechanika - mechanika tekutin a termody-

namika

Autor práce: Jiří Lampa

Vedoucí práce: doc. Ing. Václav Dvořák, Ph.D.

Liberec 2019

(2)

1

(3)

2

(4)

3

(5)

4 Poděkování

Rád bych poděkoval vedoucímu práce panu doc. Ing.Václavu Dvořákovi, Ph.D., za rady během zpracování mé diplomové práce a za seznámení s měřící aparaturou pro hladký průběh experimentů. Katedře energetických zařízení děkuji za umožnění přístupu k výpočetním počítačům a špičkovému softwaru pro mé výpočty, stejně jako za poskytnutí přístupu do laboratoří a ke všem důležitým přístrojům. Dále bych rád poděkoval MŠMT za podporu poskytnutou prostřednictvím projektu SGS 21277 „Experimental and numerical research in jet machines“. Panu Ing. Lukáši Vojtovi děkuji za praktické rady k používání programů ANSYS. Dále panu Ing. Jiřímu Šafkovi, Ph.D., za kvalitní výrobu upravených oběžných kol technologií 3D tisku. Děkuji mé rodině, která mne během psaní práce podporovala. Další dík patří kromě rodiny i mé přítelkyni, za velikou trpělivost během psaní práce a pevné nervy při korekci textu.

(6)

5

Návrh ventilátoru pro osobní ochranné pomůcky

---

Design of a Fan for Personal Protective Equipment

Abstrakt

:

Diplomová práce se zabývá použitím ventilátorů pro osobní ochranné pomůcky.

V teoretické části pojednává o ventilátorech, ochranných pomůckách, o teorii proudění a CFD výpočetních metodách.

V praktické části práce popisuje zkoumaný ventilátor a jeho počítačové modely.

Probíhá zde transformace geometrie ventilátoru pro použití CFD simulace, kdy je vytvořena oblast, v níž se nachází vzduch. Navrhují se nová oběžná kola s jiným počtem a výstupním úhlem lopatek. Následuje příprava a vlastní provedení CFD simulace v programu ANSYS Fluent. Je popsána ventilátorová trať a použité přístroje a vybavení pro provedení měření. Na trati jsou naměřeny charakteristiky pro různá kola a změřeny protitlaky zvolených druhů filtrů. Poté jsou zpracovány výsledky měření a charakteristiky zkoumaných oběžných kol a porovnány s výsledky z CFD simulace. Je diskutován vliv parametrů oběžných kol na charakteristiku ventilátoru. V závěru je navržena možná aplikace upravených kol pro ventilátory s různými typy filtrů.

Abstract:

The master´s thesis deals with the use of fans for personal protective equipment.

The theoretical part informs about fans, protective equipment, flow theory, and CFD computational methods.

The practical part of the thesis describes the investigated fan and its computer models. Here, the fan geometry transformation is performed to use the CFD simulation. In this process, the volume, where the air is located, is created. New impellers with a different number and output angle of blades are designed and created. Next, come the preparation and actual implementation of CFD simulation in ANSYS Fluent. The fan track, the instruments, and equipment used for measuring are described. Characteristics for different wheels are measured on the track as well as pressure loses and characteristics of selected filter types are measured. Then the measurement results and characteristics of the centrifugal wheels are processed and compared with the results of the CFD simulation. The influence of impeller parameters on fan characteristics is discussed. In conclusion, is proposed a possible application of modified wheels for fans with different types of filters.

Klíčová slova: ventilátor, proudění, ochranné pomůcky, CFD, Fluent

Key words: fan, flow, protective equipment, CFD, Fluent

(7)

6

Obsah

ÚVOD ... 15

1 RADIÁLNÍ VENTILÁTORY ... 16

1.1 Obecně o ventilátorech ... 16

1.1.1 Parametry ventilátorů ... 16

1.1.2 Dělení ventilátorů ... 18

1.2 Konstrukční prvky ... 19

1.2.1 Rotor ... 20

1.2.2 Skříň ... 21

1.2.3 Pohon... 21

1.3 Bezrozměrná čísla ... 21

1.4 Charakteristiky ventilátorů ... 23

2 OSOBNÍ OCHRANNÉ PROSTŘEDKY ... 26

2.1 Legislativa a pracovně právní předpisy ... 26

2.1.1 Zákon č. 262/2006 Sb. ... 26

2.1.2 Nařízení vlády č. 495/2001 Sb. ... 26

2.1.3 Zákon č. 309/2006 Sb. ... 27

2.1.4 Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. ... 27

2.2 Rizika na pracovišti a výběr ochranných prostředků ... 28

2.3 Druhy ochranných prostředků ... 29

2.3.1 Pro ochranu hlavy ... 29

2.3.2 Pro ochranu sluchu ... 29

2.3.3 Pro ochranu očí a obličeje ... 29

2.3.4 Pro ochranu rukou a paží ... 29

2.3.5 Pro ochranu nohou ... 30

2.3.6 Prostředky pro prevenci pádů ... 30

2.3.7 Ochrana trupu a břicha ... 30

2.3.8 Ochranné oděvy ... 30

2.4 Ochrana dýchacích orgánů ... 31

2.4.1 Výběr osobních prostředků a posouzení rizik ... 31

2.4.2 Rozdělení dle konstrukce ... 33

2.4.3 Filtrační dýchací přístroje ... 34

(8)

7

2.4.4 Izolační dýchací přístroje ... 34

2.5 Filtry ... 35

3 METODIKA ... 37

3.1 Mechanika tekutin ... 37

3.1.1 Hydrostatika ... 38

3.1.2 Kinematika ... 38

3.1.3 Stavová rovnice ... 39

3.1.4 Rovnice kontinuity ... 39

3.1.5 Bernoulliho rovnice ... 40

3.1.6 Eulerova rovnice ... 40

3.1.7 Navierova-Stokesova rovnice ... 42

3.2 CFD výpočty ... 42

3.2.1 Diskretizace ... 42

3.2.2 Modely turbulentního proudění ... 43

3.2.3 Průběh řešení ... 47

3.3 Aerodynamika radiálních ventilátorů ... 47

3.3.1 Rychlostní trojúhelníky ... 47

3.3.2 Vliv konečného počtu lopatek ... 48

3.4 Měření a nejistoty ... 49

3.4.1 Nejistota typu A ... 49

3.4.2 Nejistota typu B... 50

3.4.3 Kombinovaná standardní nejistota ... 50

4 CFD SIMULACE ... 53

4.1 Program ANSYS Fluent ... 53

4.2 Původní ventilátor ... 53

4.2.1 Vstupní geometrie ... 54

4.2.2 Výpočetní síť ... 56

4.2.3 Parametry výpočtu ... 56

4.2.4 Výsledky simulace ... 56

4.3 Kolo ventilátoru s jiným počtem lopatek ... 63

4.3.1 Úprava geometrie ... 63

4.3.2 Výsledky simulací ... 64

(9)

8

4.4 Kolo ventilátoru s jiným úhlem lopatek ... 65

4.4.1 Úprava geometrie ... 66

4.4.2 Výsledky simulace ... 66

4.5 Kombinace úprav ... 67

5 MĚŘENÍ ... 69

5.1 Měřené ventilátory ... 69

5.2 Měřící trať... 69

5.3 Použité přístroje a vybavení ... 69

5.4 Průběh měření ... 70

5.5 Zpracování dat ... 71

5.6 Měření filtrů ... 72

5.6.1 Měřené filtry a jejich kombinace: ... 72

5.6.2 Výsledky měření filtrů ... 73

6 DISKUSE VÝSLEDKŮ ... 75

6.1 Porovnání dat ze simulace a z měření ... 75

6.2 Vliv nejistoty měření ... 77

6.3 Charakteristika z měření ventilátoru ... 78

6.4 Charakteristiky z CFD simulace ventilátoru ... 79

6.4.1 Porovnání vlivu úhlu lopatek ... 79

6.4.2 Porovnání vlivu počtu lopatek ... 81

6.4.3 Porovnání kombinací úprav s původním kolem... 81

7 ZÁVĚR ... 83

Seznam použitých zdrojů ... 84

8 Přílohy ... 87

(10)

9

Seznam symbolů a jednotek:

 – čas [s]

 – číslo otáček [1]

 – číslo velikosti [1]

 – dynamická viskozita [Pas]

 – chemický potenciál [J/mol]

 – hustota [kg/m³]

 – kinematická viskozita [m²/s]

 – průtokové číslo [1]

 – relativní vlhkost [1]

 – rychlost disipace [m²/s³]

 – tlakové číslo [1]

 – účinnost [1]

 – úhlová rychlost [rad/s]

 – vířivost [1/s]

 – výkonové číslo [1]

1 – vstupní zakřivení lopatky [°]

2 – výstupní zakřivení lopatky [°]

ij – tečné napětí [Pa]

𝑄̇_𝑉 – hmotnostní tok [kg/s]

𝑄̇_𝑉 – objemový tok [m³/s]

ṁ – hmotnostní tok [kg/s]

Q̇ – tepelný výkon [W]

b – délka [m]

c – absolutní rychlost [m/s]

cp – izobarická měrná tepelná kapacita [J/(kgK)]

c_pr – průměrná koncentrace [mol/l]

c_t – aktuální koncentrace [mol/l]

d – průměr [m]

F – síla [N]

Gi – objemová síla [N/m³]

(11)

10

H – celková entalpie [J]

k – turbulentní kinetická energie [m²/s²]

l – vzdálenost [m]

m – hmotnost [kg]

M – moment [Nm]

n – látkové množství [mol]

n – otáčky [1/s]

N – počet částic [–]

n_b – měrné otáčky [1]

p – tlak [Pa]

P – výkon [W]

p_d – dynamický tlak [Pa]

P_m – výkon motoru (příkon) [W]

p_st – statický tlak [Pa]

P_V – vzduchový výkon [W]

R – molární plynová konstanta [J/(Kmol)]

r – poloměr [m]

Re – Reynoldsovo číslo [1]

S – celková entropie [J]

S – plocha [m³]

t – teplota [°C]

T – termodynamická teplota [K]

U – celková vnitřní energie [J]

u – obvodová rychlost [m/s]

V – objem [m³]

Vm – měrný objem [m³/kg]

w – relativní rychlost [m/s]

z – kompresibilní faktor [1]

(12)

11

Seznam zkratek:

12_30 – značení oběžných kol ve formátu (počet lopatek_úhel 2) 2D – dvourozměrný

3D – trojrozměrný AC – střídavý proud

BOZP – bezpečnost a ochrana zdraví při práci

CFD – Computational Fluid Dynamics - výpočetní dynamika tekutin CO – oxid uhelnatý

CO₂ – oxid uhličitý

ČSN – Česká státní norma

DNS – Direct Numerical Simulation – přímá numerická simulace EC – elektricky komutovaný

EN – Evropská norma

FK1 – Filtr kombinovaný CleanAir A1B1E1-P3 FK2 – Filtr kombinovaný CleanAir A2B2E2K2-P3 FP – Filtr proti částicím CeanAir P3

GB – gigabyte

GE – General Electric grad – gradient

KP – kompresní poměr

LES – Large Eddy Simulation – metoda velkých vírů NPK – nejvyšší přípustná koncentrace

OD – ochranná doba

OOPP – osobní ochranné pracovní prostředky RAM – Random Access Memory – operační paměť

RANS – Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations – metoda Reynoldsových časově středovaných Navierových-Stokesových rovnic

RD – rezistenční doba

RDV – radiální vysokotlaký typ ventilátoru

(13)

12

Seznam tabulek:

Tabulka 1: Typické složení přirozeného vzduchu ... 32

Tabulka 2: Hodnoty kola 12_30 ... 58

Tabulka 3: Měření filtrů s kolem 12_30 ... 74

Seznam grafů:

Graf 3: Průtoková charakteristika a účinnost kola 12_30 ... 59

Graf 4: Charakteristika a účinnost 8_30 ... 64

Graf 8: Charakteristika 12_25 ... 67

Graf 12: Charakteristika filtrů ... 73

Graf 13: Odpory filtrů podle použitých kol ... 74

Graf 15: Průtoky filtry podle kol ... 74

Graf 16: Porovnání 12_30 ... 75

Graf 1: Bezrozměrná charakteristika 12_30 a chybové úsečky ... 77

Graf 2: Průtoková charakteristika 12_30 a chybové úsečky ... 77

Graf 19: Bezrozměrné charakteristiky s různými koly - měření ... 78

Graf 20: Detailní porovnání úhlů lopatek - měření ... 78

Graf 21: Detailní porovnání počtů lopatek - měření ... 79

Graf 22: Porovnání úhlů - simulace ... 79

Graf 23: Momenty na oběžném kole při protitlaku 350 Pa ... 80

Graf 24: Účinnost dle úhlů ... 80

Graf 25: Porovnání - počty lopatek ... 81

Graf 26: Porovnání kombinací s filtry ... 82

Graf 27: Porovnání účinností pro filtry bez protitlaku ... 82

(14)

13

Seznam obrázků:

Obrázek 1: Značení ventilátorů ... 18

Obrázek 2: Rozdělení ventilátorů ... 19

Obrázek 3: Konstrukce radiálního ventilátoru ... 20

Obrázek 4: Charakteristiky ventilátoru ... 23

Obrázek 5: Souhrnná charakteristika ... 24

Obrázek 6: Charakteristika radiálních ventilátorů, 12_30: měřený ventilátor ... 24

Obrázek 7: Charakteristika č. velikosti, č. otáček a účinnosti ... 25

Obrázek 8: Charakteristika účinnosti na průtokovém čísle ... 25

Obrázek 9: Svářecí kukla s ventilátorem ... 33

Obrázek 10: Fázový diagram ... 37

Obrázek 11: Trajektorie ... 38

Obrázek 12: Proudnice s rychlostmi ... 38

Obrázek 13: Proudnice ... 38

Obrázek 14: Rovnice kontinuity ... 39

Obrázek 15: Rychlosti na radiálním kole ... 41

Obrázek 16: Metoda konečných objemů ... 43

Obrázek 17: Metody modelování stacionárního proudění ... 44

Obrázek 18: Modely turbulence ... 45

Obrázek 19: Modely založené na Boussinesquesově hypotéze ... 46

Obrázek 20: Rychlostní trojúhelníky ... 48

Obrázek 21: Rychlostní profily ... 48

Obrázek 22: Sestava ventilátoru ... 54

Obrázek 23: Výkres oběžného kola ... 54

Obrázek 26: Řez sestavou vnitřního prostoru ... 55

Obrázek 24: Oběžné kolo ... 55

Obrázek 25: Okolí kola ... 55

Obrázek 27: Rozložení rychlosti XY ... 60

Obrázek 28: Rozložení rychlosti ZX ... 60

Obrázek 29: Rozložení tlaku XY ... 61

Obrázek 30: Rozložení tlaku ZX ... 61

Obrázek 31: Vektory v detailu XY ... 62

(15)

14

Obrázek 32: Vektory ZY ... 62

Obrázek 33: Proudnice uvnitř ventilátoru ... 62

Obrázek 34: Kolo 10 lopatek ... 63

Obrázek 38: Úhel 25° ... 66

Obrázek 39: Úhel 35° ... 66

Obrázek 41: Kolo lopatky 25° ... 66

Obrázek 40: Kolo lopatky 35° ... 66

Obrázek 42: Schéma měřicí trati ... 69

Obrázek 43: Měřený ventilátor a vyrobená kola ... 70

Obrázek 44: Sestava na měření filtrů ... 72

Obrázek 45: Použité filtry ... 73

(16)

15

ÚVOD

Ochrana osob pracujících v nebezpečném prostředí je diskutovaným tématem nejen v oblasti průmyslu. Jedná se o neustále se vyvíjející oblast s vysokou prioritou především pro ochranu zdraví pracujících osob. Okolní prostředí může nenávratně poškodit lidské tělo. Nejcitlivějšími částmi na poškození těla jsou vnitřní orgány. Člověk potřebuje neustále dýchat, plíce jsou tedy vystavovány jak chemickému tak i biologickému poškození nejčastěji. Pro eliminování rizik poškození plic, která není možné odstranit jinými technickými opatřeními v místě pracoviště, slouží ochranné pracovní prostředky dýchacích orgánů.

Diplomová práce se zabývá detailněji filtračními dýchacími přístroji. Pro zvýšení komfortu uživatelů těchto ochranných prostředků jsou některé filtrační dýchací přístroje doplněny o ventilátor, který vytváří nucené proudění, a tak usnadňuje nadechování. Tato práce se věnuje především ventilátorům pro výše zmíněné použití. V práci je blíže zkoumán ventilátor CeanAir EVO Basic a jeho vlastnosti. Pomocí CFD simulace a experimentálního vyšetřování jsou zjištěny a porovnány vlastnosti nově navržených oběžných kol. V průmyslové praxi se dnes upouští od starých výpočetních postupů a ty jsou nahrazovány moderními výpočetními softwary, které usnadňují navrhování a vývoj.

Pro případy pevnostních výpočtů a hlavně výpočtů v oblasti mechaniky tekutin hrají numerické simulace důležitou roli pro studování komplexních objektů i dějů. Jejich chování a vlastnosti by dříve bez vytvoření reálného modelu nebylo možné zjistit. CFD simulace se dnes s výhodou používají v celé škále jak vědeckých tak i průmyslových aplikací. V případě ověření vypočtených dat lze dnes s použitím metod Rapid prototipingu, jako např. 3D tisku v krátkém čase vyrobit testovaný předmět, či jeho přesný model v měřítku a tak simulaci porovnat s realitou.

(17)

16

1 RADIÁLNÍ VENTILÁTORY

Stroje pro dopravu a stlačování vzdušniny jsou nepostradatelné pro strojírenství, průmysl i pro domácí aplikace. Tyto stroje se dělí podle kompresního poměru (KP) na ventilátory (KP  1), dmychadla (KP 1,5 - 3) a kompresory (KP > 3). Dopravu na delší vzdálenosti zajišťují ventilátory. Kompresory slouží pro vytváření vysokotlakého vzduchu, často k pohánění pneumatických zařízení. Dalším způsobem se stroje dělí na objemové, které stlačují vzdušninu lineárně, či rotačně písty nebo zubovým mechanismem a lopatkové, kde není oddělen prostor pro sání a výtlak. Stlačení zde zajišťuje dynamické působení rotujících lopatek.¹

Radiální ventilátory jsou lopatkové stroje sloužící k dopravě plynů či sypkých materiálů unášených vzduchem, odvodu spalin, dále mohou sloužit k chlazení proudem vzduchu. V průmyslových aplikacích se velké radiální ventilátory používají například v cementárnách, ocelárnách nebo v energetice.²

Nejrozšířenější použití radiálních ventilátorů je ve vzduchotechnice. V uzavřených prostorech, kde dnes pracuje většina lidí, je třeba dodávat potřebné množství čerstvého vzduchu. Podle náročnosti práce člověk spotřebovává 5 až 30 litrů vzduchu za minutu.

Vzduch se při dýchání zahřívá, zvlhčuje se a zvyšuje se v něm obsah CO2. V místnostech je tedy třeba měnit vzduch. Nejúčinnější metodou je přivádět čerstvý vzduch o pokojové teplotě pomocí ventilace. Vhodné je přivádět od 20 do 40 m³ na osobu a hodinu dle náročnosti práce. V prostoru s možným výskytem škodlivin je vhodné větrání podtlakové, kdy ventilátor odvádí vzduch ven z místnosti. Přetlakové větrání je vhodné zvolit v situaci, kdy je třeba přiváděný vzduch filtrovat nebo ohřívat.³

1.1 Obecně o ventilátorech

Ventilátory slouží ke kontinuální dopravě plynů při malých kompresních poměrech v rozmezí 1,01 až 1,1 výjimečně do 1,5. V těchto lopatkových strojích předává rotující oběžné kolo energii proudící tekutině. Energie předaná proudícímu jednotkovému objemu vzduchu se přeměňuje na tlakovou energii a tvoří tak celkový tlak ventilátoru. Při zvýšení tlaku se měrná hmotnost vzdušniny mění, při KP pod 1,03 se tato změna zanedbává a je považována za izochorickou. Při vyšším KP je obvykle změna stavu považována za adiabatickou.

1.1.1 Parametry ventilátorů

Pro charakterizaci ventilátorů a možnosti volby správného typu pro konkrétní účel je třeba znát následující veličiny:

1 ČERMÁK, Jan. Ventilátory. 1974. s. 17

2 CORSINI, et al., Aerodynamic Simulation of a High-Pressure Centrifugal Fan... 2013. s. 1

3 PULKRÁBEK, Jan. Větrání. 1961. s. 75

(18)

17 Celkový dopravní tlak ventilátoru

Celkový dopravní tlak p [Pa] vytvořený ventilátorem zapříčiňuje vznik proudění.

Jeho statická složka musí vyrovnat tlakové ztráty způsobené odpory v síti.

U vysokotlakých ventilátorů nelze zanedbat stlačitelnost vzduchu, je třeba s ní počítat.

Tento tlak je pro daný ventilátor určován průměrem oběžného kola d₂[m], otáčkami n [ot/min] pro vzdušninu o hustotě  a průtoku 𝑄̇_𝑉 [m³/s]. Dopravní tlak se vypočte z rozdílu celkového tlaku na výstupu z ventilátoru a před vstupem do něj.⁴

Objemový průtok

Objemový průtok 𝑄̇_𝑉 [m³/s] vyjadřuje objem vzduchu V [m³], který proteče ventilátorem za čas  [s] udávaný při hustotě vzduchu  = 1,2 kg/m³. Podle typu a velikosti ventilátorů se objemový průtok pohybuje v rozmezí 0,015 m³/s, až 300 m³/s.⁵

Výkon, příkon a účinnost

Výkon ventilátoru lze odvodit z předané mechanické energie vzdušnině. Energie je ekvivalentní práci, kterou by vykonal píst s plochou S pohybující se potrubím proti přetlaku p (konst.) do vzdálenosti l za dobu 

𝑃 =^^{𝑝∙𝑆∙𝑙}_ . (W) (1.1)

Vzduchový výkon ventilátoru PV při zanedbání stlačitelnosti lze vypočítat z rovnice

𝑃_𝑉 = 𝑄̇_𝑉∙ ∆𝑝_𝑐𝑣. (W) (1.2)

Jako každý reálný stroj, i ventilátor během své práce vykazuje ztráty. Poměr přírůstku energie v tekutině a energie přivedené ventilátoru udává celkovou účinnost ventilátoru cv. Účinnost ventilátoru, která charakterizuje i jeho aerodynamickou jakost, se stanoví vztahem

_𝑐𝑣 = ^∆𝑝_𝑃𝑚𝑣^𝑐𝑣

𝑄̇𝑉

= ^𝑄̇^𝑉_𝑃^∙∆𝑝^𝑐𝑣

𝑚𝑣 = _𝑃^𝑃^𝑣

𝑚𝑣, (1) (1.3)

kde Pmv [W] je výkon pohonu ventilátoru. Vydělením výkonu celkovou účinností se získá příkon ventilátoru.⁶

Ohřátí vzduchu ve ventilátoru

Velikost tepla dodaného při průchodu ventilátorem 𝑄̇ [W], vzniklá ztrátami ventilátoru, vypočtená z jeho příkonu P [W] a účinnosti _𝑐 [1], je stanovena z rovnice

𝑄̇ =_^𝑃

𝑐− 𝑃, (W) (1.4)

ze které je možné vypočítat ohřátí vzduchu t [K] úpravou

5VLADIMÍR, Zmrhal. Větrání.tzb-info.cz

(19)

18

∆𝑡 ∙ 𝑐_𝑝∙ 𝑚̇ = ∆𝑝 ∙ 𝑄̇_𝑉¹⁻_^^𝑐

𝑐

, (W) (1.5)

kde cp je izobarická měrná tepelná kapacita [J/(kgK)], 𝑚̇ hmotnostní tok [kg/s], na

∆𝑡 =_𝜌𝑐^∆𝑝

𝑝_𝑐(1 −_𝑐) . (°C) (1.6)

V případě klimatizačních zařízení se musí počítat s celkovou energií, která se do systému dostane. Tím, že je ventilátor součástí potrubní sítě, se postupně v tepelnou energii přemění kvůli ztrátám a disipaci skoro celý jeho příkon podle vztahu

∆𝑡_𝑐 = _𝜌𝑐^∆𝑝

𝑝

𝑐

. (W) (1.7)

Význam ohřívání vzduchu roste se stoupajícím dopravním tlakem, rozdíl teplot roste s tlakem lineárně.⁷

Pro přehlednost se k jejich rozlišení používá následující značení:

Zdroj: Janka.cz dostupné z: https://janka.cz/files/fan-brozura-cz-web.pdf

1.1.2 Dělení ventilátorů

Podle způsobu, kterým vzdušninu urychlují a podle jejich konstrukce, dělíme ventilátory na radiální, axiální, diagonální a diametrální. Lopatkové kolo radiálních ventilátorů (obr. 2c) nasává vzdušninu v ose a vytlačuje ji odstředivou silou do spirální skříně kolmo na osu otáčení. Axiální ventilátory (obr. 2a) pracují v ose proudění vzduchu, z jednoho konce nasávají vzdušninu a druhým ji vytlačují bez změny směru proudění.⁸

Diagonální ventilátory mají meridiánovou rychlost vzdušniny na vstupu takřka rovnoběžnou s osou rotace, zatímco vektor této rychlosti na výstupu má od osy rotace obecný sklon. V meridiánové rovině se sklání úhlopříčně vzhledem k prvním dvěma směrům, tedy směřuje diagonálně, viz obr. 2b. Diametrální ventilátor se podobá

7 VLADIMÍR, Zmrhal. Větrání tzb-info.cz

8 BACK, Oskar. Ventilátory: navrhování a výpočet. 1955. s. 15 Obrázek 1: Značení ventilátorů

(20)

19 radiálnímu, ale liší se tím, že v meridiánové rovině vzdušninu kolmo k ose nasává i vytlačuje, viz obr. 2d.⁹

Obrázek 2: Rozdělení ventilátorů

Zdroj: Ventilátory. Čermák. s. 19, vlastní zpracování

Podle dopravního tlaku se ventilátory dělí na nízkotlaké (do 1000 Pa), středotlaké (1000 - 3000 Pa) a vysokotlaké (nad 3000 Pa).¹⁰

Pro specifické případy, kdy nelze například z konstrukčního omezení použít větší, či výkonnější ventilátor, se může přistoupit k použití vícestupňového ventilátoru.

V praktických aplikacích se používají nejčastěji ventilátory dvoustupňové. Celý stupeň axiálního ventilátoru se skládá krom lopatkového rotoru i ze dvou lopatkových věnců připevněných ke statoru před a za kolem. Statorové lopatky mění směr proudění vzdušniny tak, aby dopadalo na rotující lopatky pod vhodným úhlem, tím zabraňují vytváření vírů a za kolem uklidňují proud, brání tzv. zkrutu proudění. V méně častých případech se statorové lopatky používají jen jednou pro každý stupeň anebo vůbec. Při spojování více radiálních ventilátorů je třeba mít ve statorové části kanálky, které vrací proudící vzdušninu zpět k ose otáčení.¹¹

Dále se ventilátory dělí např. podle orientace osy rotace na horizontální a vertikální.

Vícestupňové axiální ventilátory se podle smyslu rotace kol dělí na souběžné nebo protiběžné. Axiální ventilátory obracející směr proudění změnou smyslu otáčení, či náklonem lopatek, se nazývají reverzní. Radiální ventilátory se podle toho, ze které strany do nich vstupuje vzdušnina, dělí na jednostranně a oboustranně sací.¹²

1.2 Konstrukční prvky

Přestože existují rozdílné konstrukce ventilátorů, jejich prvky plní stejný účel.

Skládají se z rotoru, skříně a pohonu někdy doplněnému převodovým ústrojím. Skříň

10 NOVÝ, Richard. Ventilátory. 2001. s. 6

(21)

20 a pohonný systém radiálních ventilátorů je připevněn k nosnému rámu, zatímco celá sestava axiálního ventilátoru může být napojena přímo na potrubí.¹³

Obrázek 3: Konstrukce radiálního ventilátoru

Zdroj: tzb-info.cz, dostupné z: https://vetrani.tzb-info.cz/vzduchotechnicka-zarizeni/3733-prvky-vetracich-a- klimatizacnich-zarizeni-i-1-cast

Popis: 1 – oběžné kolo, 2 – sací hrdlo, 3 – výtlačné hrdlo, 4 – spirální skříň, 5 – elektromotor

1.2.1 Rotor

Rotující část ventilátoru se skládá z hřídele, na který je připevněné jedno nebo více oběžných kol. Hřídel může být vyveden přímo z motoru, či zakončen řemenicí nebo spojkou. Oběžné kolo axiálního ventilátoru tvoří nosný kotouč (náboj), který pomáhá rozvádět vzdušninu a zakrývat motor a lopatky, které jsou většinou připevněny k náboji.

Oběžné kolo radiálního ventilátoru tvoří nosný kotouč, krycí kotouč a lopatky. Podle úhlu natočení lopatek se rozlišují:¹⁴

Oběžná kola s dozadu zahnutými lopatkami

Za dozadu zahnuté lopatky se považují ty, z nichž relativní rychlost výstupního proudu směřuje pod úhlem menším než 90° od tečny oběžného kola a směřuje od radiálního paprsku proti směru rotace. Kola s těmito lopatkami se používají pro středotlaké a vysokotlaké ventilátory. Tyto ventilátory se používají tam, kde je třeba vysoká maximální účinnost a předpokládá se jejich dlouhodobý provoz. Nejsou vhodné pro dopravu vzdušnin s jemnými lepivými příměsemi z důvodu malé relativní rychlosti na sací straně. Síla působící na částice směřuje na lopatku pod malým úhlem, ty se na nich usazují a způsobují nevyváženost a chvění.

(22)

21 Oběžná kola s radiálně ukončenými lopatkami

U radiálně zakončené lopatky ideálně vystupuje proud z oběžného kola ve směru radiálního paprsku, tedy pod sklonem relativní rychlosti 90° od tečny k oběžnému kolu.

Tento tvar lopatky přichází minimálně do styku s proudícími částicemi a je odolný mechanickému namáhání. Je vhodný pro dopravu abrazivních nebo lepivých příměsí, či spalin o vysoké teplotě.

Oběžná kola s dopředu zahnutými lopatkami

Za dopředu zahnuté lopatky se považují ty, z nichž relativní rychlost výstupního proudu směřuje pod úhlem větším než 90° od tečny oběžného kola a směřuje od radiálního paprsku ve směru rotace. Jejich nižší účinnost vykompenzuje nízká pořizovací cena a malé rozměry.¹⁵

1.2.2 Skříň

U radiálních ventilátorů je skříň určena k odebírání stlačeného vzduchu z výstupu oběžného kola a jeho převádění do výtlačného hrdla ventilátoru. Skříň se vyrábí obdélníkového, trojúhelníkového nebo kruhového průřezu. Je konstruována do tvaru spirály za účelem přeměnit dynamický tlak na statický. Rozšiřující se část plní funkci difuzoru, pro zvýšení jeho účinnosti je možné přidat do statorové části rozváděcí lopatky, které se ale například ve vzduchotechnice většinou nepoužívají.¹⁶

1.2.3 Pohon

K pohonu ventilátorů se nejčastěji používají asynchronní elektromotory. Jsou vhodné kvůli malým rozměrům a bezúdržbovosti. V prostředí s nebezpečím výbuchu, například v dolech, jsou pohony pneumatické na stlačený vzduch. V dopravních prostředcích a mobilních strojích ventilátory pohání spalovací motor.¹⁷

Jednofázové elektromotory na střídavý proud (AC) jsou levné, ale mají malý výkon a účinnost, vhodné jsou např. na chlazení. Při doplnění o kondenzátor se motory dokážou rozběhnout i se zátěží a mají vyšší účinnost. Nejvyšší účinnosti a výkonu AC motoru s minimálním hlukem dosahují třífázové motory zapojeny do hvězdy, či trojúhelníku.

Nejlepší poměr účinnosti motoru na dodávaném výkonu mají elektronicky komutované motory (EC). Tyto motory mají v rotoru permanentní magnety a jsou řízeny externí elektronikou.¹⁸

1.3 Bezrozměrná čísla

K popisu aerodynamických vlastností ventilátorů slouží hodnoty celkového tlaku ventilátoru, objemového průtoku a výkonu. Ventilátory se většinou vyrábí

15 ČERMÁK, Jan. Ventilátory. 1974. s. 106-109

18Centrifugal fans and blowers [online]. 2017. s. 590

(23)

22 v homologických typových řadách s podobnou geometrií, jen s různými rozměry.

Ventilátory z dané homologické řady v určitém pracovním bodě charakteristiky lze charakterizovat pomocí parametrů: průměr oběžného kola d₂[m], výška konce lopatky b₂[m], jeho obvodová rychlost u₂ [m/s], hustota vzdušniny  [kg/m³] a její dynamická viskozita  [kg/(ms)].

Pomocí těchto veličin lze vyjádřit objemový průtok ventilátoru 𝑄̇_𝑉 [m³/s] z následující rovnice

𝑄̇_𝑉 = 𝑐_𝜑∙ 𝑑₂^𝑎 ∙ 𝑢₂^𝑏∙ 𝜌^𝑐 ∙ 𝜇^𝑑 (m/s³) (1.8) a celkový tlak pcv [Pa] z rovnice,

∆𝑝_𝑐𝑣 = 𝑐_∙ 𝑑₂^𝑒∙ 𝑢₂^𝑓∙ 𝜌^𝑔∙ 𝜇^ℎ, (Pa) (1.9) kde 𝑐_𝜑 a 𝑐_ jsou číselné konstanty.

Při dosazení rozměrů do rovnice (1.7) vyjde poměr koeficientů a, b, c, d. Po vyčíslení se vyjádří závislost koeficientů na jednom z nich a vznikne upravená rovnice,

𝑄̇_𝑉 = 𝑐_𝜑∙ 𝑑₂^2−𝑑∙ 𝑢₂^−𝑑∙ 𝜌^−𝑑∙ 𝜇^−𝑑= 𝑐_𝜑∙ 𝑑₂²∙ 𝑢₂ ∙ (^𝑑²𝜇^∙𝑢² 𝜌

)

−𝑑

(m³/s) (1.10) stejným postupem získáme z rovnice (1.8) vztah,

∆𝑝_𝑐𝑣 = 𝑐_∙ 𝑑₂^−ℎ∙ 𝑢₂^2−ℎ∙ 𝜌^1−ℎ∙ 𝜇^ℎ = 𝑐_∙ 𝜌 ∙ 𝑢₂²∙ (^𝑑²𝜇^∙𝑢² 𝜌

)

−ℎ

. (Pa) (1.11) Z předchozích rovnic vychází najevo závislost hledaných parametrů na Reynoldsově čísle,

𝑅𝑒 = ^𝑑²𝜇^∙𝑢² 𝜌

(1) (1.12)

𝑄̇_𝑉 = 𝑐_𝜑∙ 𝑑₂² ∙ 𝑢₂ ∙ 𝑓(𝑅𝑒) (m³/s) (1.13)

∆𝑝_𝑐𝑣 = 𝑐_∙ 𝑢₂²𝜌 ∙ 𝑔(𝑅𝑒) (Pa) (1.14)

se zvyšujícím se Reynoldsovým číslem se aerodynamické parametry zvyšují, ale růst je relativně malý, je tedy možno jeho vliv zanedbat a tak můžeme ze vztahů (1.12) a (1.13) vyjádřit 𝑐_𝜑 a 𝑐_:

𝑐_𝜑 =_𝑑^𝑄̇^𝑉

22∙𝑢₂, (1) (1.15)

𝑐_. =^∆𝑝_𝜌∙𝑑^𝑐𝑣

22. (1) (1.16)

Dohodou bylo určeno, že se vztahy (1.14) a (1.15) doplní vhodnými konstantami a tím se získají vztahy pro bezrozměrná čísla:  průtokové číslo a  tlakové číslo.

𝜑 = ^𝑄̇^𝑉

𝜋∙𝑑22

4 ∙𝑢₂= ^𝑄̇^𝑉

𝜋∙𝑑22

4 (𝜋𝑑₂∙𝑛)= _𝜋2^𝑄̇^𝑉

4𝑑₂³∙𝑛 (1) (1.17)

= 1^∆𝑝^𝑐𝑣

2𝜌∙𝑢₂² =1 ^∆𝑝^𝑐𝑣

2𝜌(𝜋𝑑2∙𝑛)²= _𝜋2^∆𝑝^𝑐𝑣

2𝜌∙𝑑₂²∙𝑛² (1) (1.18)

(24)

23 Díky vztahům (1.16) a (1.17) lze získat vztahy pro přepočet objemového průtoku a celkového tlaku pro geometricky podobné ventilátory.

Další bezrozměrná čísla pro popis ventilátoru jsou  číslo velikosti a  číslo otáček.

Tato čísla lze rovněž odvodit ze vztahů (1.16) a (1.17), kdy pro daný celkový tlak a průtok při daném  a  vyjádříme velikost a otáčky. Upravené vztahy pro číslo velikosti a otáček:¹⁹

=^0.25∙^−0.5 (1) (1.19)

=^0.5∙^−0.75. (1) (1.20)

Dalšími parametry ventilátorů jsou výkonové číslo , které lze vyjádřit vztahem

=^∙_

𝑐 , (1) (1.21)

škrtící číslo C, které vypovídá o tlakových ztrátách při proudění

𝐶 =^_² (1) (1.22)

a měrné otáčky nb

𝑛_𝑏 = 0,474_^_0,75^0,5. (1) (1.23)

1.4 Charakteristiky ventilátorů

K posouzení funkčnosti a kvality ventilátoru nestačí, že splňují ventilátorovou rovnici (3.18). Používání ventilátoru mohou provázet nežádoucí jevy jako např. nízká celková účinnost, hluk, vibrace, nestabilní provoz nebo poškození lopatek. Tyto vlastnosti se mohou projevovat v různých oblastech chodu ventilátoru. Pro tento účel výrobci dodávají charakteristiky chodu ventilátoru. Naměřená charakteristika reálných hodnot ventilátoru, je na obr. 4.

Obrázek 4: Charakteristiky ventilátoru

Zdroj: tzb-info.cz, dostupné z: https://vetrani.tzb-info.cz/vzduchotechnicka-zarizeni/3733-prvky-vetracich-a- klimatizacnich-zarizeni-i-1-cast

19 ČERMÁK, Jan. Ventilátory. 1974. s. 28-31

(25)

24 Z následující souhrnné charakteristiky radiálního ventilátoru typu RVD vyplývá oblast maximální účinnosti ventilátoru pro daná objemová či tlaková čísla.

Obrázek 5: Souhrnná charakteristika

Zdroj: NOVÝ, Richard. Ventilátory. s 18

Následující charakteristika bezrozměrných parametrů radiálních ventilátorů porovnává vysokotlaký ventilátor, který dosahuje nízkých hodnot tlakového čísla, zatímco nízkotlaký ventilátor s dozadu zahnutými lopatkami dosahuje vysokých tlakových čísel v širokém pásmu objemových čísel.

Obrázek 6: Charakteristika radiálních ventilátorů, 12_30: měřený ventilátor

Zdroj: NOVÝ, Richard. Ventilátory. s 17, vlastní úprava

(26)

25 Z hlediska úspory obestavěného prostoru pro ventilátor je vhodné požadovat ventilátor s vysokou hodnotou součinu  a .²⁰

Obrázek 7: Charakteristika č. velikosti, č. otáček a účinnosti

Závislost čísla velikosti a maximální účinnosti na čísle otáček a účinnosti na průtokovém čísle.

Obrázek 8: Charakteristika účinnosti na průtokovém čísle

20 NOVÝ, Richard. Ventilátory. 2001. s. 12-16

(27)

26

2 OSOBNÍ OCHRANNÉ PROSTŘEDKY

Osobní ochranné prostředky jsou prostředky, výrobky a zařízení určené pro ochranu před bezpečnostními a zdravotními riziky společně s jejich vyměnitelnými součástkami a příslušenstvím. Tyto prostředky jsou přímo nošeny, připevněny k výstroji, či ručně přidržovány. Osobní ochranné pracovní prostředky můžeme najít pod zkratkou OOPP a spadají do oboru bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, zkráceně BOZP.²¹

2.1 Legislativa a pracovně právní předpisy

Poskytování prostředků osobní ochrany pracovníkům podléhá legislativním předpisům. Stát vytváří normy pro zajišťování bezpečnosti fyzických osob. Regulují se nebezpečné látky ve výrobcích a na veřejných prostranstvích. Nejvyšší míra rizika vystavení se těmto látkám se vyskytuje v průmyslu. Tato kapitola se zabývá normami, které předepisují ochranu zaměstnanců, kteří se mohou vystavit rizikovým faktorům ve výrobním procesu. Legislativa určuje základní standard ochrany zaměstnanců, kterou jsou zaměstnavatelé povinni ze zákona zajistit.

2.1.1 Zákon č. 262/2006 Sb.

Zákoník práce ukládá zaměstnavateli povinnost zajistit zaměstnancům a dalším fyzickým osobám na pracovišti bezpečnost a ochranu zdraví při práci a provést potřebné úpravy pracovního prostředí pro minimalizaci těchto rizik podle všeobecných preventivních zásad.²²

Zaměstnanci, jimž hrozí vystavení se rizikovým faktorům, musí být o skutečnosti informováni a řádně proškoleni. Je povinností zaměstnavatele poskytnout vhodné osobní ochranné pracovní prostředky a v případě nutnosti zajistit poskytnutí první pomoci.²³

2.1.2 Nařízení vlády č. 495/2001 Sb.

Nařízení vlády stanovuje rozsah a podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků a mycích prostředků.²⁴

Ochranné prostředky musí být po celou dobu používání účinné proti vyskytujícím se rizikům, musí respektovat ergonomii, zdravotní požadavky a fyzické předpoklady zaměstnanců. Při nutnosti použití více ochranných prostředků najednou, musí tyto prostředky být vzájemně slučitelné. V případě sdílení daného prostředku více zaměstnanci musí být učiněna opatření proti šíření přenosných chorob.²⁵

21 VOJTA, Zdeněk. Osobní ochranné pracovní prostředky, 1997, s. 5

22 ČESKO. Část 5 Hlava 1 zákona č. 262/2006 Sb., zákoník práce.

23 ČESKO. Část 5 Hlava 2 zákona č. 262/2006 Sb., zákoník práce.

24 ČESKO. § 1 odst. 1 nařízení vlády č. 495/2001 Sb.

25 § 3 nařízení vlády č. 495/2001 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků, mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků

(28)

27 Nařízení vlády zaměstnavateli ukládá povinnost zjištění míry rizika na pracovišti, dále zvolení vhodných ochranných prostředků a stanovení podmínek a doby jejich používání.²⁶

Přílohy č. 2 a č. 3 k Nařízení vlády obsahují seznam ochranných prostředků řazený podle částí těla, které ochraňují a dále výčet prací a činností, kde je třeba tyto části chránit (Příloha č. 1).²⁷

2.1.3 Zákon č. 309/2006 Sb.

Zákonem č. 309/2006 Sb. o zajištění dalších podmínek bezpečnosti a ochrany zdraví při práci jsou upraveny požadavky BOZP v pracovněprávních vztazích a při činnosti nebo poskytování služeb mimo ně. Zákon udává zaměstnavatelům povinnost pravidelného měření pro zjištění hodnot rizikových vlivů, mezi které patří faktory fyzikální a chemické, biologické činitele, prach, nepříznivé mikroklimatické podmínky a další. Nelze-li zamezit výskytu výše zmíněných rizik, musí zaměstnavatel omezit jejich působení úpravou doby práce, pracovních podmínek, používání ochranných prostředků, či zřízením kontrolovaných pásem. Jedině v kontrolovaném pásmu se smí nakládat s chemickými karcinogeny, biologickými činiteli a azbestem. Osoby vstupující do tohoto pásma musí být evidovány a musí používat osobní ochranné prostředky určené pro výkon práce v kontrolovaném pásmu.²⁸

Zákon až na výjimky pro laboratorní a likvidační činnosti zakazuje práci s azbestem a těmito chemickými látkami: 2-naftylaminem, 4-aminobifenylem, benzidinem, 4- nitrodifenylem a polychlorovanými bifenyly.²⁹

2.1.4 Nařízení vlády č. 361/2007 Sb.

Nařízení stanovuje podmínky ochrany zdraví při práci. Uvádí předpisy Evropské unie a jejich návaznost na další právní normy. Upravuje členění a metody zjišťování rizikových faktorů, dále jejich hygienické limity.³⁰

Nařízení hodnotí zdravotní rizika a rozsah opatření k ochraně zdraví, podmínky poskytování a údržby ochranných prostředků.³¹

26 § 4 nařízení vlády č. 495/2001 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků, mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků

27 Příloha č. 2 a 3 k nařízení vlády č. 495/2001 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků, mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků

28 § 7 zákona č. 309/2006 Sb. o zajištění dalších podmínek bezpečnosti a ochrany zdraví při práci

29 § 8 zákona č. 309/2006 Sb. o zajištění dalších podmínek bezpečnosti a ochrany zdraví při práci

30 Část 1 nařízení vlády č. 361/2007 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci

31 Část 2 nařízení vlády č. 361/2007 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci

(29)

28

2.2 Rizika na pracovišti a výběr ochranných prostředků

Pro zajištění bezpečnosti zaměstnanců musí být prověřena možná rizika a míra jejich působení na pracovišti. Na základě zjištěných rizik se upravuje technické zabezpečení pracoviště, dále je nutné zaměstnance opatřit vhodnými osobními ochrannými prostředky.³²

Z hlediska bezpečnosti práce patří určení rizik k nejdůležitějším primárním krokům. Rizika rozdělujeme podle principu působení na fyzikální, chemická a biologická.³³

Fyzikální rizika: mechanická (náraz), tepelná (oheň), elektrická, záření (laserové), hluk.

V případě nárazu se zjišťuje hmotnost, rychlost předmětů a jejich kinetická energie, před rizikem uklouznutí je třeba zjistit smykové tření povrchů. Dále se měří hladiny vibrací, hluku, teploty, vyzářené tepelné toky a intenzita záření.

Chemická rizika: aerosoly (prach), plyny, páry, kapaliny (postřikování).

Nejprve je nutné zjistit typ a koncentraci škodlivin vlastní analýzou, či specializovanou firmou. Pro vybrané druhy chemikálií jsou stanoveny hygienické předpisy a jejich přípustné koncentrace. U specifických chemických škodlivin bez stanoveného limitu je nutné míru rizika konzultovat s orgánem ochrany veřejného zdraví.

Biologická rizika: patogenní bakterie, viry, mykotické houby, biologické antigeny.

Na zjištění biologických rizik je třeba spolupracovat s orgánem ochrany veřejného zdraví.

Riziko může představovat i samotný ochranný prostředek. Jedná se o nedostatečnou ochranu způsobenou špatným používáním, opotřebením, nebo poruchou výrobku. Dále může být problematická nekompatibilita, těsnost, hygiena, či nedostatečné pohodlí, při kterém může docházet k omezení pohybu a rozhledu. Prostředky mohou vykazovat zhoršení vlastností při vystavení určitému počasí, zdrojům tepla, plameni a chemikáliím.³⁴

Správný typ ochranných prostředků je vybírán podle výše uvedených rizik, kterým mohou být pracovníci vystaveni. Pokud je výrobek schválen oprávněnou zkušebnou a výrobce vydá prohlášení o shodě, může být ochranný prostředek považován za bezpečný k používání.³⁵

(30)

29

2.3 Druhy ochranných prostředků

Nařízení vlády č. 495/2001 Sb. rozlišuje druhy osobních ochranných prostředků podle částí těla a orgánů, které mají chránit. Dále se uvedené skupiny mohou kombinovat pro ochranu více částí.³⁶

2.3.1 Pro ochranu hlavy

Nejvyšší stupeň ochrany hlavy před úrazy představují ochranné přilby z pevných materiálů. Hutnické klobouky nejsou tolik odolné, ale chrání proti žhavým částečkám z roztavených kovů. Čepice, šátky a síťky chrání vlasy před zachycením stroji a také chrání hlavu před znečištěním.³⁷

2.3.2 Pro ochranu sluchu

Hygienickými předpisy je stanovena přípustná intenzita hluku. Pro danou intenzitu i doba, po kterou může být osoba tomuto hluku vystavena, aby nedošlo ke zdravotním obtížím. Při hladině hluku nad 85 dB je nutné používat chrániče sluchu. Rozlišujeme chrániče zátkové (špunty do uší), mušlové (obepínají ušní boltec) a akustické přilby.³⁸

2.3.3 Pro ochranu očí a obličeje

Pro mechanickou ochranu obličeje jsou vhodné obličejové štíty chránící před nárazem, postřikem kapalinou a letícími horkými částicemi. Ochranné brýle se používají v případě, že nehrozí poškození tkáně obličeje. Ty chrání pouze oči před drobnými částicemi a prachem. Brýle chránící proti optickému záření (ultrafialové, infračervené, laserové, sluneční, sváření) musí mít specifické optické vlastnosti.³⁹

2.3.4 Pro ochranu rukou a paží

Nejčastěji používanými prostředky k ochraně rukou jsou rukavice lišící se materiálem (useň, textil, plast, kovová pletenina), který určuje jejich mechanické a chemické vlastnosti. Podle konstrukce se dělí na trojprsté, pětiprsté, palcové a dlaňové.

Ochranné rukávy chrání před rozmočením rukou ve vodě (pryžové), nebo před účinky tepla (usňové). Nátepníky chrání zápěstí před pořezáním ostrými předměty při jejich přenášení. Mezi prvky ochrany rukou patří i ochranné masti, které chrání pokožku před méně škodlivými látkami a přispívají k její regeneraci.⁴⁰

36 Příloha č. 2 k nařízení vlády č. 495/2001 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků, mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků

(31)

30

2.3.5 Pro ochranu nohou

Ochranu proti zranění nohou, především chodidel poskytují různé druhy obuvi.

Profesionální obuv se liší v množství energie, které tužinka odolá při nárazu, na bezpečnostní (200 J), ochrannou (100 J) a pracovní (bez určené hodnoty). Nejodolnější obuv obsahuje kovovou bezpečnostní tužinku, nebo podešev proti propíchnutí či žáru. Dále se vyrábí obuv protiskluzová, antistatická, tepelně izolační, odolná vibracím, odolná vodě, nebo olejům. Mezi ochranu nohou patří dále chrániče kolen a nártů.⁴¹

2.3.6 Prostředky pro prevenci pádů

Do této skupiny spadají sedací postroje, zachycovací postroje, pracovní polohovací systémy, slaňovací zařízení, spojky, kotvící zařízení, pevné a poddajné zajišťovací vedení.

Tyto prostředky zajišťují bezpečný pohyb ve výškách a nad volnou hloubkou. Při pracích ve výškách, kde pracuje více lidí najednou po delší dobu, se na okrajích objektů používají prostředky kolektivního zajištění, jako ochranné a záchytné konstrukce. Všechny používané prostředky musí splňovat předpisy a musí být v bezvadném stavu. Některé prostředky mají určenou dobu použitelnosti a počet zachycení pádu, po překročení těchto parametrů se musí vyřadit.⁴²

2.3.7 Ochrana trupu a břicha

Střed těla chrání vesty, kabáty a zástěry před pořezáním, probodnutím od nářadí, či strojů a proti rozstřiku roztavených kovů. Ochranné kabáty a zástěry chrání i před chemickými a biologickými látkami. Olověné zástěry chrání před rentgenovým zářením.

Vyhřívací vesty chrání před prochladnutím. Záchranné plovací vesty chrání osoby před utonutím na vodních plochách.⁴³

2.3.8 Ochranné oděvy

Ochranné pracovní oděvy kryjí krom hlavy celou postavu, vyrábí se dvojdílné, či jako kombinézy. Dále jsou vypsány druhy oděvů s různými vlastnostmi pro specifické použití. Oděvy poskytující mechanickou ochranu proti pořezání, probodnutí, protichemické oděvy, výstražné oděvy, oděvy odolné proti žáru, ohni, rozstřiku roztavených kovů, infračervenému záření, oděvy s elektrostatickými vlastnostmi, chránící proti chladu, vodě, ionizujícímu záření a potápěčské oděvy.⁴⁴

43 Příloha č. 2 k nařízení vlády č. 495/2001 Sb. nařízení vlády, kterým se stanoví rozsah a bližší podmínky poskytování osobních ochranných pracovních prostředků, mycích, čisticích a dezinfekčních prostředků

(32)

31

2.4 Ochrana dýchacích orgánů

Prostředky ochrany dýchacích orgánů se využívají k pracovní i záchranné činnosti.

Člověka chrání před nebezpečím při nedostatku kyslíku a proti škodlivinám z ovzduší.

Kyslíkový deficit může vést k omezení důležitých životních funkcí jedince.

Nebezpečí zde představuje neschopnost lidských smyslů rozpoznat nedostatečnou koncentraci kyslíku. Osoba může snadno upadnout do bezvědomí a nemůže tak sama nebezpečný prostor opustit. Tímto se výrazně zvyšuje riziko poškození mozku či smrti.

Vdechování škodlivin může způsobit plicní onemocnění, akutní nebo chronickou intoxikaci. Riziko roste s koncentrací škodlivin, dobou vystavení se těmto látkám, s fyzickou námahou a s tím spojenou frekvencí a hloubkou dýchání.⁴⁵

K použití ochranných prostředků dýchacích orgánů se přistupuje po vyhodnocení rizik, kdy není možné upravit prostředí technickými prostředky tak, aby bylo pro dýchání bezpečné. Situační analýza hodnotí všechny parametry, především koncentraci kyslíku, druh a koncentraci škodlivin, vlastnosti přítomných škodlivin a jejich vliv na organismus, dále druh práce, vhodné ochranné prostředky a faktory ovlivňující jejich používání.⁴⁶

2.4.1 Výběr osobních prostředků a posouzení rizik

Na základě ochranné funkce se dýchací prostředky dělí na izolační dýchací přístroje a filtrační dýchací přístroje. Mimo pracovní prostředky patří do této kategorie i sebezáchranné a únikové dýchací přístroje pro případ havárie a nutné evakuace. Dále speciální prostředky určené pro hasičské sbory, armádu a potápěče.⁴⁷

Při výběru ochranných prostředků je nutno zohlednit tyto parametry: účinnost, netěsnost lícnic, nejvyšší přípustnou koncentraci škodlivin, reálnou koncentraci na pracovišti, dobu pobytu, teplotu, vlhkost, proudění vzduchu a vhodnost použitého filtru.

Důležité je identifikovat zda hrozí nedostatek kyslíku, či zda se v prostoru vyskytují škodliviny ve formě částic, plynu či páry a jaké jsou jejich koncentrace. Vdechovaný vzduch musí mít čistotu odpovídající normě ČSN EN 132.⁴⁸

(33)

32

Tabulka 1: Typické složení přirozeného vzduchu

Složky Hmotnostní % (pro suchý vzduch)

Objemová % (pro suchý vzduch)

kyslík (O2) 23,14 20,9476

dusík (N2) 75,52 78,08

argon (Ar) 1,288 0,934

oxid uhličitý (CO2) 0,048 0,0314

vodík (H2) 0,000003 0,00005

neon (Ne) 0,00127 0,001818

helium (He) 0,000073 0,000524

krypton (Kr) 0,00033 0,000114

xenon (Xe) 0,000039 0,00000087

Zdroj: VOJTA, Zdeněk. Osobní ochranné pracovní prostředky, 1997, s. 77, vlastní zpracování

Ohled je brán na druh práce a pohodlí pracovníka, jakým způsobem daný prostředek omezuje pohyb, rozhled a komunikaci na pracovišti. Prostředek musí být ergonomický, co nejméně zatěžovat osobu při dýchání a nezpůsobovat přehřátí organismu.⁴⁹

Z hlediska vlastního používání dýchacího prostředku je nejrizikovější průnik látek přes ochrannou bariéru. Každý ochranný prostředek dýchacích orgánů má přiřazenou hodnotu maximálního povoleného průniku podle předmětových norem. Ty se zjišťují laboratornímu zkouškami, nemusí tak plně reflektovat při reálném používání. Skutečnou úroveň ochrany ovlivňuje těsnost lícnicových částí, výběr filtru a doba používání.

K průniku škodlivin netěsnostmi může docházet při nedokonalém přiléhání na kůži, nebo při nádechu vytvořením dostatečného podtlaku, kdy dojde k průniku okolního vzduchu přes výdechový ventil či filtr. Tomuto předchází použití nuceného oběhu, který vytváří mírný přetlak. Pro zaručení vysokého stupně ochrany je vhodné těsnost zkontrolovat přímo při používání prostředku jednotlivými pracovníky, kteří ji budou používat.⁵⁰

Obličejová maska musí být koncipována pro rychlé nasazení a sundání, je nutné, aby ji bylo možné přizpůsobit, aby řádně dosedala a těsnila. Odpor, který působí při nádechu a výdechu musí splňovat předepsané meze. Vydechovací ventil musí správně těsnit, musí být chráněn proti nečistotám a mechanickému poškození. Zorníky nesmějí zkreslovat vidění a musí být plynotěsné. Obličejová maska se spojuje s dalšími přístroji pevně, speciálním spojením, nebo oblým závitem podle EN 148-1 o rozměru 40 x 1/7“, či dříve používaným 40 x 4 mm (GOST 876275). ⁵¹

(34)

33

2.4.2 Rozdělení dle konstrukce

Čtvrtmasky a roušky – mají nejjednodušší konstrukci, zakrývají nos a ústa. Jako filtrační člen slouží materiál masky. Mohou být doplněny výdechovým ventilem.

Nedosedají přesně a na hlavě je drží pružné textilní popruhy.

Polomasky – zakrývají nos, ústa a bradu. Lépe drží na obličeji. Polomasky proti částicím tzv. respirátory jsou tvořeny buď celé z filtračního materiálu, nebo jsou neprodyšné s jedním či dvěma pouzdry na vložkové filtry. Polomasky proti plynům mají složitější konstrukci. Obsahují upínací systém, přípojky, vdechovací a vydechovací ventily a jejich části, které musí být výměnné. Lícnicová část bývá pryžová, upínací systém je robustnější pro průnik nižší než 2 %. Polomaska nesmí vykazovat žádné změny tvaru při zvýšených teplotách a musí být nehořlavá.⁵²

Obličejová maska – svou lícnicovou částí dokonale obepíná celý obličej, chrání krom úst a nosu i oči. Obsahuje lícnici, těsnící linii masky, přípojky filtru, nebo hadice, zorníky, ventily a přízvučnou membránu.

Ústenka – je část držena zuby přiléhající ke rtům, skrze níž se dýchá. Celkový průnik vydechovacím ventilem směrem dovnitř nesmí přesáhnout 0,01 %. Mají různé provedení podle použití pro filtrační přístroje, dýchací přístroje s otevřeným okruhem nebo uzavřeným okruhem. Musí mít nosní svorku.⁵³

Kukly a přilby s přívodem vzduchu – se používají u přístrojů s nuceným přívodem vzduchu pro filtrační a některé izolační přístroje. Nelze je použít pro filtry, kde je vzduch nasáván plícemi. V místě dosednutí k tělu je vhodné vytvořit minimální mezeru, kterou uniká dýchatelný vzduch o vyšším tlaku. Tlaková clona tak brání nasátí škodlivin zvenčí.⁵⁴

Obrázek 9: Svářecí kukla s ventilátorem

Zdroj: Svařečky-obchod, Dostupné z: https://www.svarecky-obchod.cz/prislusenstvi/svareci-kukly/svareci-kukly-s- filtracni-jednotkou/37243-svarecska-kukla-ca-20-ds-cleanair-basic-evo-inovovana-quicklock-

hadice.htm?gclid=Cj0KCQiAzKnjBRDPARIsAKxfTRDR3UFYsIxcZCjGtxTlAZ8VKAby3VCCgSWI4HfHYd_DHhUbD9k4 gtcaAngmEALw_wcB