автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Влияние тепловыделений от аппаратов предприятий общественного питания на микроклимат в рабочей зоне

005007954

На правах рукописи

Давыдов Артем Михайлович

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ ОТ АППАРАТОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ НА МИКРОКЛИМАТ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ

Специальность 05.18.12 -Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ЯНВ 2012

Москва - 2012

005007954

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова» на кафедре «Технологические машины и оборудование»

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор, почетный

работник высшего профессионального образования РФ

Кирпичников Владимир Павлович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Семенов Евгений Владимирович

Кандидат технических наук Плечёва Надежда Дмитриевна

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Научно-

исследовательский институт пшцеконцентрат-ной промышленности и специальной пищевой технологии Россельхозакадемии («ГНУ НИИПП и СПТ», г. Москва)

Защита состоится 16 февраля 2012 г. в 15:00 на заседании Диссертационного Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.196.07 при ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова» по адресу: 115998, г. Москва, Стремянный пер., 36, корп. 3, ауд. 353.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова».

Автореферат размещен на сайте referat_vak@mon.gov.ru

Автореферат разослан 12 января 2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета, Л^/7г

д.х.н., профессор ЪсД/Т.Н. Чалых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На предприятиях общественного питания все тепловые аппараты выделяют значительное количество теплоты. Аппаратами с наибольшим тепловыделением являются: плиты, сковороды, жарочные и пекарные шкафы, фритюрницы. Температуры рабочих поверхностей этих аппаратов достигают 190...450"С.

Наименее изученными и отработанными в техническом плане являются параметры микроклимата рабочей зоны тепловых аппаратов. Главным условием, определяющим параметры микроклимата рабочей зоны тепловых аппаратов, является требование по обеспечению санитарного благополучия работников осуществляющих технологический процесс на этих аппаратах.

Использование современных приборов и методик экспериментальных исследований, методов квалиметрии, математической обработки данных и компьютерных технологий позволяет ставить и решать задачи по нормализации микроклимата в рабочей зоне тепловых аппаратов, которые ранее не могли быть выполнены.

Цель работы Оценка современного теплового технологического оборудования с большими тепловыделениями в окружающую среду с точки зрения его воздействия на работника, находящегося в его рабочей зоне. Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- провести анализ температурных полей тепловых аппаратов с большими тепловыделениями с целью проверки их соответствия требованиям ГОСТа по допустимой температуре на наружной поверхности аппаратов;

- провести оценку микроклимата рабочей зоны тепловых технологических аппаратов предприятий общественного питания;

- экспериментально изучить закономерности формирования температурных полей в рабочей зоне теплового технологического оборудования, используемого в горячих и кондитерских цехах предприятий общественного питания;

- определить пространственные границы зон предельно допустимых температур в рабочей зоне, построить изотермы предельно допустимых температур, а так же дать математическую обработку полученных результатов;

- дать рекомендации по совершенствованию теплового технологического оборудования и методам защиты работников, а так же нормативным документам для работников горячих и кондитерских цехов, работающих в основном на тепловом оборудовании с большим тепловыделением в окружающую среду.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана методика, и экспериментальный стенд для осуществления исследований температурных полей поверхностей и рабочих зон аппаратов предприятий общественного питания с большими тепловыделениями в окружающую среду;

- впервые экспериментально установлены пространственные границы предельно допустимых температур в рабочей зоне исследуемых электротеп-

ловых аппаратов, и показано, что температурные параметры микроклимата рабочих зон исследуемых аппаратов значительно выходят за допустимые значения;

- установлено, что наибольшие тепловыделения в рабочую зону у аппаратов с открытой жарочной поверхностью. При этом в рабочей зоне электроплит с чугунными конфорками со сплошным жарочным настилом верхняя часть туловища работника оказывается в зоне температур до 50°С, голова - в зоне температур до 65°С, а руки - до 140°С;

- впервые составлены уравнения, позволяющие определить пространственные границы зоны недопустимых температур для исследуемых тепловых аппаратов с большими тепловыделениями в окружающую среду в зависимости от расстояния от аппарата и температуры окружающего воздуха в помещении.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- результаты и вытекающие из них выводы позволяют решить ряд актуальных проблем, связанных с разработкой электротеплового технологического оборудования, с большими тепловыделениями в окружающую среду, с точки зрения ограничения их воздействия на работника;

- полученные результаты позволяют внести изменения в технологический процесс приготовления пищи в тепловых аппаратах, в нормативные документы на условия труда работников горячих и кондитерских цехов предприятий общественного питания, а так же ограничения на использование электроплит с жарочным шкафом;

- основные результаты исследования могут быть использованы при конструировании и производстве тепловых аппаратов, а так же в учебном процессе при чтении курсов: «Оборудование предприятий общественного питания» и «Охрана труда» для студентов специальности 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания» и 151000.62 «Технологические машины и оборудование».

Апробация работы.

Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на девятой научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» с международным участием (Барнаул, 2006); на 19-ых, 20-ых и 24-ых Международных Плехановских чтениях (Москва, 2006, 2007, 2011); на конференциях проводимых Инженерно-экономическим факультетом и кафедрой Технологические машины и оборудование (Москва, 2009,2010).

Разработанные рекомендации были использованы ООО «Профессиональное Кухонное Оборудование «АТЕСИ», при проектировании теплового оборудования (жарочные и пекарные шкафы, плиты, сковороды), а так же при составлении технических паспортов на эти аппараты.

Материалы диссертационной работы применены в учебном процессе Инженерно-экономического факультета. Используются при чтении курсов: «Оборудование предприятий общественного питания» и «Охрана труда» для студентов специальности 260800.62 «Технология продукции и организация

общественного питания» и 151000.62 «Технологические машины и оборудование».

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ, из которых 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7 докладов на международных и всероссийских конференциях, общим объемом 2,88 п.л.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов и предложений, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 142 страницы машинописного текста (в том числе 72 рисунка, 8 таблиц), 103 источника литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы, ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость выполненного исследования.

В первой главе рассмотрены методы и параметры тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов на предприятиях общественного питания. Рассмотрены виды применяемого теплового технологического оборудования и обоснована целесообразность и необходимость применения как универсального, так и специализированного теплового технологического оборудования. Проанализированы нормативные документы, определяющие требования к микроклимату в производственных помещениях и на рабочих местах. Проведен обзор и аналитический анализ литературных источников, посвященных, исследованиям в области оценки и нормализации микроклимата в производственных помещениях, а так же влиянию высоких температур на организм человека.

Значительный вклад в решение проблемы улучшения санитарно гигиенических условий в производственных помещениях внесли: Богословский В.Н., Кувшинов Ю.А., Кудрин А.Б., Петров C.B., Ткачук К.Н., Шахба-зян Г.Х., Шлейфман Ф.М., Карнаух Н.Г. Зацарный В.В., Яковлева C.B., Малышева А.Е. и др. Однако многие задачи в этой области остаются до сих пор не решенные.

Оценка микроклимата в производственных помещениях с использованием нормативных документов: СанПиН 2.2.4.548-96, ГОСТ 12.1.005-88, формализована.

Анализ литературных источников показывает, что состояние микроклиматических условий в горячих и кондитерских цехах предприятий общественного питания очень часто не соответствует их допустимым значениям, приведенным в нормативных документах. Кроме того, стандартная методика не позволяет в большинстве случаев однозначно оценить различные сочетания физических параметров, характеризующих состояние микроклимата в котором находится работник в рабочей зоне теплового аппарата. Требуются дополнительное исследование и на их основе корректировка требований к тепловым аппаратам и нормативным документам, определяющим условия

работы работников горячих и кондитерских цехов предприятий общественного питания, работающих на тепловых аппаратах с большими тепловыделениями в окружающую среду.

На основании проведенного анализа литературных источников целью данной диссертационной работы является оценка современного теплового технологического оборудования с большими тепловыделениями в окружающую среду с точки зрения его воздействия на работника, находящегося в его рабочей зоне. Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи:

1.Провести анализ температурных полей тепловых аппаратов с большими тепловыделениями с целью проверки их соответствия требованиям ГОСТа по допустимой температуре на наружной поверхности аппаратов.

2.Провести оценку микроклимата рабочей зоны тепловых технологических аппаратов предприятий общественного питания.

3.Экспериментально изучить закономерности формирования температурных полей в рабочей зоне теплового технологического оборудования, используемого в горячих и кондитерских цехах предприятий общественного питания.

4.0пределить пространственные границы зон предельно допустимых температур в рабочей зоне, построить изотермы предельно допустимых температур, а так же дать математическую обработку полученных результатов.

5.Дать рекомендации по совершенствованию теплового технологического оборудования и методам защиты работников, а так же нормативным документам для работников горячих и кондитерских цехов, работающих в основном на тепловом оборудовании с большим тепловыделением в окружающую среду.

Во второй главе приведены объекты и методы исследования. Проведены теоретические исследования каждого из объектов. Обоснованы пространственные параметры рабочей зоны тепловых аппаратов.

Для обеспечения проведения исследований параметров разработан экспериментальный стенд, электрическая схема которого представлена на рисунке 1.

Исследования температурных параметров рабочей зоны аппаратов проводились в установившемся режиме его работы для наихудших условий работы человека, которыми являются: наибольшая температура рабочей поверхности и в рабочей камере, работа теплового аппарата на полной мощности, рабочие поверхности и камеры тепловых аппаратов не загружены.

Измерение температуры воздуха рабочей зоны каждого из тепловых аппаратов производились хромель-копелевыми термопарами, установленными в характерных точках рабочей зоны исследуемого аппарата. В каждой точке замер температуры осуществлялся пятикратно, за достоверный результат бралось среднеарифметическое значение.

Потенциометр (типа КСП), градуированный в градусах Цельсия, записывал на ленту, в процессе эксперимента, температуру в различных точках рабочей зоны. Величина питающего напряжения регулировалась с помощью автотрансформатора с точностью до 1 В.

В процессе проведения исследований поддерживалась постоянная температура в помещении на расстоянии 800 миллиметров от пола примерно дзы-э8о»,5огц ^ +24°С. Такая температура

принята как среднее значение, исходя из имеющихся данных по распределению температуры по высоте помещения и времени года для горячих и кондитерских цехов различных предприятий.

Контроль за температурой воздуха в помещении горячего цеха осуществлялся с помощью переносного, универсального цифрового термометра типа «АК.847» с датчиком температуры и влажности, на расстоянии 800 мм от пола.

Значительная часть исследований проводилась в производственных условиях. Поэтому поддержание постоянной температуры в помещении было за-

К505

Рис.

1 -

Принципиальная электрическая схема экспериментального стенда: А, В, С - фазы; N - нулевой провод; АП - автоматический переключатель; XI, Х2 -разъемы; Л - сигнальная лампа; Т1, Т2, ТЗ -трансформаторы; К505 - комплект измерительных приборов; КСП - 4 - потенциометр самопишущий; ЦТ -измеритель температуры и влажности АЯ847.

труднено. Однако, за счет естественного охлаждения помещения путем открывания окон удавалось ее поддерживать в интервале +23°С...+26°С на высоте 800 мм от пола.

Относительная влажность воздуха в горячих и кондитерских цехах различных предприятий колеблется в зависимости от времени года и типа предприятия и составляет примерно 40%. В экспериментах относительная влажность воздуха измерялась при помощи универсально цифрового термометра типа «АЛ847» и поддерживалась в рабочей зоне аппарата на высоте 800 мм от пола в пределах 38...42%. Поддержание заданной влажности осуществлялось за счет искусственного увлажнения воздуха помещения путем впрыскивания нагретой воды на крыльчатку вращающегося вентилятора.

Температурные поля поверхностей аппаратов измерялись бесконтактным способом при помощи тепловизионной камеры. Для исследований была выбрана камера ЕЫЯ, подходящая по своим параметрам (диапазоном измеряемых температур - от -10°С до +400°С и чувствительностью - 0,2°С), как наиболее компактный удобный в применении прибор. Обработка тепловизи-онных изображений проводилась на компьютере в программе ТИегтаСАМ.

Полученные цветные термограммы показывают распределение температуры по поверхности теплового оборудования и позволяют определить температуру в любой точке на поверхности исследуемого оборудования.

Цветные термограммы для всех исследуемых аппаратов приведены в приложении диссертационной работы.

Температурные поля рабочей зоны исследовались с помощью экспериментального стенда (рис. 2), состоящего из: штатива, передвижной подставки на колесах, одиннадцати реек длинной 1 м, крепежных механизмов, измерительной линейки, термопар и самопишущего потенциометра, градуированного в °С. На штативе, с помощью крепежных механизмов на заданной высоте закреплялись деревянные рейки, из которых нижние 5 реек имели поворотный механизм. На конце каждой из реек с помощью изолированной жесткой проволоки закреплялись хромель-копелевые термопары, соединенные с потенциометром КСП - 4. Термопары размещались друг над другом по одной вертикальной линии. Измерения проводились в плоскости, перпендикулярной фронтальной поверхности аппарата и проходящей через вертикальную ось симметрии аппарата.

Рис. 2 - Конструктивная схема размещения термопар: а - размещение термопар в рабочей зоне жарочного шкафа; б - размещение термопар над рабочей поверхностью плиты; в -размещение термопар в рабочей зоне плиты; 1 - 11 - хромель-копелевые термопары; 12 - крепежный механизм; 13 - деревянная рейка; 14 - штатив; 15 - передвижная подставка; 16 - измерительная линейка; КСП- 4 - потенциометр самопишущий.

При замере температуры воздуха в рабочей зоне жарочного и пекарного шкафов в начале эксперимента передвижная подставка со штативом размещалась таким образом, чтобы термопары, закрепленные на рейках, находились на расстоянии 20 мм от фронтальной поверхности исследуемого аппарата (рис. 2.а). После произведенных замеров в этих точках подставка передвигалась от теплового аппарата, и производились замеры на расстоянии 100 мм от фронтальной поверхности аппарата, по мере удаления от аппарата, интервал между горизонтальными точками измерений температур увеличивался со 100 мм на 200 мм. Точки замера температур находились в интервале от 0 до 800 мм по горизонтали. Для точности измерений на передвижной подставке размещалась выносная стрелка, которая в процессе передвижения подставки двигалась по измерительной линейке, размещенной на полу.

При замере температуры воздуха в рабочей зоне плит, сковород, фри-тюрниц над их рабочими поверхностями нижние пять реек с термопарами поворачивались на 90°, и подставка подкатывалась к аппарату таким образом, чтобы оставшиеся 6 термопар (1-6) располагались непосредственно

над центром рабочей поверхности (рис. 2.6). При измерении температуры воздуха в точках над краем аппарата нижние пять реек с термопарами поворачивались в исходное положение, и замеры производились по всем 11 термопарам (рис. 2.в). По мере удаления от аппарата интервал между горизонтальными точками измерений температур увеличивался, аналогично измерениям для жарочного и пекарного шкафов.

Термопары по высоте непосредственно над рабочей поверхностью аппарата размещались более часто (100 мм), по мере удаления от поверхности аппарата расстояние между термопарами увеличивалось на 150, дальше на

200 мм.

Результаты экспериментальных исследований, полученные с помощью тепловизора FLIR и самопишущего потенциометра КСП-4, представлены на рис. 3 и 4, из которых

Рис. 3 - Температурные поля рабочих зон исследуемых аппаратов: а - пекарный шкаф ШПЭСМ-3; б - жарочный шкаф ШЖЭ - 0,85В; в - сковорода СЭСМ- 0,5; г - тигельная сковорода гАШБШ N900. видно, что температурные поля у всех исследуемых аппаратов симметричны, точки с наибольшей температурой располагаются в плоскости, перпендикулярной фронтальной поверхности аппаратов и проходящей через их ось симметрии. В соответствии с этим в характерных точках этой плоскости необходимо производить измерения.

Кроме того, следует отметить, что температура на наружной поверхности жарочных и пекарных

Я) в» *>

Рис. 4 - Температурные поля рабочих зон исследуемых аппаратов: а -плита ПЭСМ - 4Ш; б -плита ELEKCTROLUXZBTOE 2; в -плита ПЭ - 0.48Н; г - плита ELECTROLUX Elco 900; д - плита ПЭТ- 17; е- фритюрница ФЭСМ-20; ж - плита ELECTROLUXZLRTE1.

шкафов значительно превышает максимально допустимую 60 °С.

Оптимальной рабочей зоной человека около аппарата считается зона, габариты которой определяются в соответствии с ГОСТ 12.2.033-78 по усредненным показателям параметров человека, т.е.: средний рост человека и средняя длина его рук. Высота рабочей зоны перед аппаратом составляет -1800 мм, глубина - 800 мм, а для аппаратов с жарочной поверхностью -плюс 400 мм над рабочей поверхностью. Рисунки рабочей зоны с обоснованием ее пространственных параметров приведены во второй главе диссертационной работы.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования температурных полей рабочей зоны электротепловых аппаратов и составлены уравнения, позволяющие определить пространственные границы зоны недопустимых температур для исследуемых тепловых аппаратов в зависимости от расстояния от аппарата и температуры окружающего воздуха в помещении.

Измерения температуры в рабочей зоне проводились при разогреве аппарата до установившейся максимальной температуры в плоскости, перпендикулярной фронтальной поверхности по оси симметрии, что соответствует наихудшим условиям труда в рабочей зоне аппарата. По результатам экспериментальных исследований полученных с помощью самопишущего потенциометра составлены температурные сетки рабочих зон и построены по ней изотермы, по каждому из рассматриваемых нами аппаратов.

Кухонные плиты

Температурные поля рабочих зон рассмотренных нами плит имеют неравномерный характер (рис. 5).

Из рисунка 5а видно, что человек, находящийся в рабочей зоне плиты ПЭСМ-4Ш, при не работающем жарочном шкафе, попадает в следующие температурные зоны: ноги - 23...30°С, туловище - 31...56°С, голова -41... 65°С, руки -63... 140°С.

При включенном жарочном шкафе и закрытой дверце (рис. 56) температура в верхней части рабочей зоны практически не меняется, а в нижней части возрастает, и ноги человека подвергается воздействию более высоких температур - 23.. ,35°С.

При открытой дверце жарочного шкафа (рис. 5в) температура в нижней, средней и верхней частях рабочей зоны возрастает и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 23...30°С, туловище -26. ..36°С, голова - 36. ..70°С, руки - 32... 130°С.

В момент открывания дверцы жарочного шкафа туловище, руки и голова человека подвергаются кратковременному воздействию выходящего потока разогретой паровоздушной смеси из рабочей камеры, которая имеет более высокие температуры. При этом температура в рабочей зоне значительно возрастает, и все тело человека находится в зоне недопустимо высоких температур.

Графики предельно допустимых значений температур (28°С) в координатах h, I и t по каждому из аппаратов представлены в третьей главе диссертационной работы. При этом h - высота рабочей зоны, мм; I - расстояние

б)

Рис. 5 - Изотермы рабочей зоны плиты ПЭСМ-4Ш: а - жарочный шкаф выключен; б - жарочный шкаф включен, дверца закрыта; в - жарочный шкаф включен, дверца открыта.

В результате математической обработки с помощью компьютерной программы Microsoft Office Excel полученные результаты могут быть аппроксимированы различными уравнениями, описывающими положение границы зоны недопустимых температур при различной температуре окружающей среды . (на уровне 800 мм от пола). Обусловле-

' но это тем, что четкая граница зоны не-

допустимых температур не может быть проведена, так как она занимает определенную область, где температура в различных точках одинаковая. Соответственно, различные уравнения для границы зоны недопустимых температур дают ее описание с различной точностью охвата всех точек. При этом для каждого типа аппарата максимальная установившаяся температура на его излучающих поверхностях есть величина постоянная.

При расчете границы зоны недопустимых температур для плиты ПЭСМ - 4И1, при выключенном жарочном шкафе, более точный результат (81,7%) дает аппроксимирующая экспоненциальная зависимость:

h = 610,7ет№' +142,67(24-/). (1)

Для плиты ПЭСМ - 4Ш при включенном жарочном шкафе, аппроксимирующая полиноминальная зависимость (86,1%);

h = -0,0007/г + l,3963i + 347,49+185,44(24 - (). (2)

При включенном жарочном шкафе с открытой дверцей картина поля у

от аппарата,

t - температура воздуха в

плиты резко меняется, и граница недопустимых температур смещается далеко от плиты и превращается практически в широкую зону. Поэтому, сходимость результатов в данном случае становится относительно низкой и составляет по экспоненциальной зависимости - 49,83%:

А = 61,155е0-°°36' +55,07(24-0- (3)

Человек, находящийся в рабочей зоне плиты ЕЬЕСТЯОШХ 2ВТОЕ 2, при не работающем жарочном шкафе (рис. 6а), попадает в следующие температурные зоны: ноги - 19.. ,26°С, туловище - 27., .46°С, голова - 36.. ,53°С, руки-46...120°С.

Рис. б - Изотермы рабочей зоны плиты ЕЬЕСТВ01 Ь'Х '¿ВТОЕ 2: а - жарочный шкаф выключен; б - жа-рочный шкаф включен, дверца закрыта; в - жарочный шкаф включен, дверца открыта.

При включенном жарочном шкафе и закрытой дверце (рис. 66) температура в верхней части рабочей зоны практически не меняется, а в нижней части возрастает, и ноги человека подвергается воздействию более высоких температур - 19,..30°С.

При открытой дверце жарочного шкафа (рис. бв) человек попадает в следующие температурные зоны: ноги - 19...32°С, туловище - 28...40°С, голова - 32...65°С, руки - 30... 120°С.

В момент открывания дверцы жарочного шкафа туловище, руки и голова человека подвергаются кратковременному воздействию выходящего

потока разогретой паровоздушной смеси аналогично плите ПЭСМ-4Ш, и человек оказывается в зоне недопустимо высоких температур.

Зона недопустимых температур (выше 28°С) находится на уровне туловища, головы и рук работника. При включенном жарочном шкафе и закрытой дверце зона недопустимых температур смещается вниз. При этом температура повышается в непосредственной близости к дверце жарочного шкафа. При открывании дверцы температурное поле рабочей зоны резко меняется, а область недопустимых температур (выше выделенной кривой) увеличивается и смещается в направлении к полу аналогично плите ПЭСМ-4Ш.

Сравнивая характер температурных полей над рабочими поверхностями рассмотренных плит (рис. 5, 6) со сплошным жарочным настилом (ПЭСМ-4Ш) и отдельно стоящими квадратными конфорками (ЕЬЕСПЮШХ гВТОЕ 2) можно сказать, что температурные поля над рабочей поверхностью различаются незначительно. У плиты ЕЬЕСШОШХ гВТОЕ 2 (рис. 6) с отдельно стоящими конфорками температура воздуха непосредственно около конфорки выше, но по мере удаления температура снижается более интенсивно, чем у плиты со сплошным жарочным настилом. Температурные поля рабочей зоны плит имеют аналогичный характер. Однако температурное поле у плиты с отдельно стоящими конфорками более благоприятно для работы человека.

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (94,82%) при расчете границы зоны недопустимых температур для плиты ЕЬЕСПЮШХ ¿ВТОЕ 2 при выключенном жарочном шкафе:

А = -0,0002/2 + 0,8386/ + 861,08+91,5(24 - Г). (4)

При включенном жарочном шкафе, более точный результат дает полиноминальная зависимость (96,05%):

А = -0,0005/2 + 0,6485/+582,72 + 91,5(24 - (). (5)

При включенном жарочном шкафе с открытой дверцей картина поля у плиты резко меняется, и граница недопустимых температур смещается от плиты и превращается в широкую зону. Поэтому сходимость результатов в данном случае относительно снижается и составляет по экспоненциальной зависимости - 80,14%:

Ъ = Зб.бОЗе0'003" + 37,57(24 - /). (6)

Человек, находящийся в рабочей зоне тэновой плиты (рис. 7), попадает в следующие температурные зоны: ноги - 20...27°С, туловище - 28...38°С, голова - 32.. .45°С, руки - 35... 180°С.

Зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и рук работника.

В сравнении с плитой с чугунными конфорками образующими сплошной жарочный настил, температурное поле тэновой плиты существенно отличается. Над жарочной поверхностью, воздух, омывая тэны, поднимается более быстро к верху не успевая отдавать теплоту окружающему воздуху, тем самым температурное поле над рабочей поверхностью тэновой плиты имеет вертикально вытянутый характер, а температура воздуха при удалении

Рис. 7 - Изотермы рабочей зоны плиты ПЭТ- 0.17

от рабочей поверхности изменяется менее интенсивно, чем у плит с чугунными конфорками.

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (96,54%) при расчете границы зоны недопустимых температур для плиты ПЭТ - 0,17 при ее работе на полную мощность:

h = 833,Пе0,0009' +149,25(24 -1). (7) Из рисунка 8 видно, что человек, находящийся в рабочей зоне электроплиты с чугунными конфорками не имеющей жарочного шкафа (ПЭ - 0,48Н) попадает в следующие температурные зоны: ноги - 23...32°С, туловище -33...68°С, голова - 45...70°С, руки -65...140°С.

Зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и

рук работника.

Сравнивая температурные поля аналогичных плит с жарочным шкафом и без него, по данным приведенным на рисунках 5а и 8, можно сказать, что наличие жарочного шкафа ухудшает процесс прохождения воздуха в нижней части рабочей зоны, тем самым температуры в этой области у плиты с жарочным шкафом превышают температуры в рабочей зоне аналогичной плиты не имеющий жарочный шкаф,

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (96,96%) при расчете границы зоны недопустимых температур для плиты ПЭ - 0,48Н при ее работе на полную мощность:

h = 0,0003/2 + 0,0967/ + 744,68 +121,91(24 -1). (8)

Человек, находящийся в рабочей зоне плиты ELECTROLUX ZIRTE 1 (рис. 9) со стеклокерамическими инфракрасными конфорками попадает в следующие температурные зоны: ноги - 23...34°С, туловище - 35...63°С, голова - 43.. .54°С, руки - 50... 180°С.

Температура воздуха над рабочей поверхностью плиты с инфракрасными конфорками при удалении от рабочей поверхности резко понижается, более интенсивно, чем у плит с чугунными конфорками.

Рис. 8 - Изотермы рабочей зоны плиты ПЭ-0,48Н

3032 34 36 38

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (88,75%) при расчете границы зоны недопустимых температур для плиты ЕЬЕСТШЭШХ 21ЯТЕ 1 при ее работе на полную мощность:

Л = -0,000512 +1,5357/ + 440,42 +173,4(24 - <). (9)

Проведенные исследования показывают, что человек находящийся в рабочей зоне различных электроплит предназначенных для тепловой кулинарной обработки в наплитной посуде подвергается постоянному воздействию недопустимо высоких температур. Соответственно работу у плит для приготовления в наплитной посуде следует отнести к вредному производству.

Температура в рабочей зоне плиты повышается снизу вверх и по мере приближения к плите, а над рабочей поверхностью плиты возрастает сверху вниз.

Для уменьшения вредного воздействия высоких температур желательно по возможности переводить технологи-Рис. 9 - Изотермы рабо- ческие процессы тепловой кулинарной чей зоны плиты ЕЬЕСТЯОШХ обработки с плиты в специализирован-7ЛКТЕ1 ные аппараты с более низкими темпе-

ратурами рабочей поверхности (плиты для непосредственной жарки, жа-рочные поверхности, сковороды и т.д.).

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- экспериментально установлены пространственные границы предельно допустимых температур в рабочей зоне рассмотренных нами кухонных электроплит;

- зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и рук работника, а при наличии у плиты жарочного шкафа и открывании дверцы она смещается ниже в область его ног;

- наиболее неблагоприятное температурное поле для работников находится в рабочей зоне у плиты с чугунными конфорками и сплошным жароч-ным настилом;

- наличие у плиты жарочного шкафа приводит к тому, что персонал подвергается воздействию недопустимо высоких температур и мощного инфракрасного излучения в процессе загрузки и выгрузки емкостей с продуктом из жарочного шкафа, а так же повышению температуры в нижней части рабочей зоны плиты.

Сковороды

Характер распределения температуры в рабочей зоне сковород аналогичен электроплитам.

Из рисунка 10 видно, что человек, находящийся в рабочей зоне сковороды СЭСМ - 0,5 попадает в следующие температурные зоны; ноги -26.. ,45°С, туловище - 46.. .70°С, голова - 40.. ,54°С, руки - 60... 110°С.

Зона недопустимых температур (выше жирной изотермы 28°С) находится на уровне ног, туловища, головы и рук работника. В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (85,44%) при расчете границы зоны недопустимых температур для сковороды СЭСМ - 0,5 при ее работе на полную мощность:

/¡ = 0,0024/2+1,0356/ + 312,5. (10) Человек, находящийся в рабочей зоне тигельной сковороды гАШ881 N900 (рис. 11), попадает в следующие температурные зоны: ноги - 22...25°С, туловище - 26...28°С, голова - 28.. ,33°С, руки - 27.. .41°С.

Зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и рук работника.

Сравнивая характер температурных полей над рабочими поверхностями рассмотренных сковород (СЭСМ - 0,5 и гАМШГ N900) (рис. 10, 11) можно сказать, что температурные поля над рабочей поверхностью значительно различаются. У сковороды СЭСМ - 0,5 (рис. 10) температура воздуха непосредственно около чаши выше, а область недопустимых температур сдвинута в сторону ног человека, по мере удаления температура снижается более интенсивно, чем у тигельной сковороды. Температурное поле у тигельной сковороды более благоприятно для работы человека.

В этом случае аппроксимирующая экспоненциальная зависимость дает более точный результат (96,69%) при расчете границы зоны недопустимых температур для сковороды 2А1\Т1881 N900 при ее работе на полную мощность:

И = $&%Пе~°,т1 +109,34(24-0- (11)

Человек, находящийся в рабочей зоне открытой сковороды (рис. 12), попадает в следующие температурные зоны: ноги - 22...25°С, туловище -25...32°С, голова - 26.. ,34°С, руки - 28..,68°С.

Зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы

26 28 3032 34 36

Рис. 10 - Изотермы рабочей зоны сковороды СЭСМ- 0,5

26 28 30

Рис. 11 - Изотермы рабочей зоны тигельной сковороды N900

и рук работника.

В сравнении со сковородой с чугунной чашей, температурное поле открытой сковороды существенно отличается, оно аналогично температурному

полю тигельной сковороды. Температурное поле над рабочей поверхностью открытой сковороды имеет вертикально вытянутый характер, а температура воздуха при удалении от рабочей поверхности изменяется менее интенсивно, чем у сковороды с чугунной чашей. Тем самым температурное поле рабочей зоны открытой сковороды более благоприятно для работы человека, чем температурное поле рабочей зоны сковороды с чугунной чашей.

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает боРис. 12 - Изотермы рабо- лее точный результат (77,65%) при расчет зоны открытой сковороды чехе границы зоны недопустимых тем-ЕЬЕСТЯОШХЕ1со900 ператур для сковороды ЕЬЕСТЮШХ

ЕЬСО 900 при ее работе на полную мощность:

И = -0,0175/2 - 6,9812/ +1028,2 + 93,9(24 - /). (12)

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- экспериментально установлены пространственные границы предельно допустимых температур в рабочей зоне рассмотренных нами электрических сковород;

- зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и рук работника;

- руки персонала подвергаются воздействию недопустимо высоких температур и мощного инфракрасного излучения в процессе загрузки и выгрузки в чашу сковороды продуктов, подвергающихся тепловой кулинарной обработке, особенно у сковород с глубокой чашей;

- наиболее неблагоприятные условия работы персонала в рабочей зоне сковороды с чугунной чашей (СЭСМ - 0,5), так как у нее зона недопустимых температур смещена на уровень ног работника.

Жарочные шкафы

Результаты экспериментальных исследований рабочей зоны жарочного шкафа ШЖЭ - 0,85В представлены на рисунке 13.

Из приведенных данных видно, что человек, находящийся в рабочей зоне жарочного шкафа, при закрытой дверце, попадает в следующие температурные зоны: ноги - 22...26°С, туловище - 28...32°С, голова - 26...35°С, руки - 26...34°С (рис. 13а). При открытой дверце температуры в рабочей зоне возрастают и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 23...45°С, туловище - 32...60°С, голова - 32...65°С, руки -

32...150°С (рис. 136) В момент открывания дверцы туловище, руки и голова человека подвергаются кратковременному воздействию выходящего потока, разогретой паровоздушной смеси, которая имеет более высокие температуры.

Рис. 13 - Изотермы рабочей зоны жарочного шкафа ШЖЭ - 0,85В: а-с закрытой дверцей, б-с открытой дверцей.

Температурное поле рабочей зоны при закрытой дверце шкафа имеет неравномерный характер, температура повышается снизу вверх и по мере приближения к шкафу, при открывании дверцы температура в рабочей зоне повышается, особенно в районе открытой дверцы. Зона недопустимых температур находится на уровне верхней части туловища, головы и рук работника при открывании дверцы зона недопустимых температур увеличивается и смещается вниз, в сторону к работнику (верхняя часть ног, туловище, голова и руки).

Аппроксимация экспериментальных данных недопустимых температур в рабочей зоне жарочного шкафа ШЖЭ - 0,85В, получена в виде следующих зависимостей:

- при закрытой дверце жарочного шкафа аппроксимирующая экспоненциальная зависимость дает более точный результат (82,29%):

И = 782,25г0,0015' +271,48(24-0; (13)

- при открытой дверце жарочного шкафа приемлемую сходимость (85,63%) имеет только полиноминальная зависимость:

А = 0,0009/' -0,6894/+ 692,2+ 350,88(24-0- (14)

Пекарные шкафы

По результатам экспериментальных исследований, полученных с помощью самопишущего потенциометра составлены температурные сетки рабочей зоны и построены по ним изотермы для пекарного шкафа ШПЭСМ-3 (рис. 14).

Из приведенных данных видно, что человек, находящийся в рабочей зоне пекарного шкафа при закрытых дверцах, попадает в следующие температурные зоны: ноги - 24...33°С, туловище - 31...33°С, голова - 29...34°С, руки - 35... 60°С (рис. 14а).

При открытой дверце верхней секции температуры в верхней части рабочей зоны возрастают и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 24,..33°С, туловище - 31...43°С, голова - 32...45°С, руки - 43... 120 "С (рис. 146).

36 40 50

Рис. 14 - Изотермы рабочей зоны пекарного шкафа ШПЭСМ- 3: а - с закрытой дверцей, б-с открытой верхней дверцей

В этом случае аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (97,43%) при расчете границы зоны недопустимых температур для пекарного шкафа ШПЭСМ-3 с закрытыми дверцами:

Н = 0,00151г- 0,24091 + 362,25 +119,75(24 - /)- (15)

При открытой верхней дверце, более точный результат (86,57%) дает аппроксимирующая полиноминальная зависимость:

И = 0,0008/2 + 0,0853/ + 351,8 +119,75(24 - /). (16)

При открытой дверце средней секции температуры в средней и верхней частях рабочей зоны возрастают и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 24...33°С, туловище - 32...50°С, голова -32...50Т, руки-40...120°С (рис. 15а).

При открытой дверце нижней секции температуры в средней и верхней частях рабочей зоны возрастают и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 24...35°С, туловище - 35...40°С, голова -3 6... 50°С, руки - 3 8... 120°С (рис. 156).

При всех открытых дверцах температуры в рабочей зоне значительно возрастают и человек подвергается воздействию более высоких температур: ноги - 24...45°С, туловище - 35...50°С, голова - 40...70°С, руки - 40...135°С (рис. 15в).

Когда у шкафа ШПЭСМ-3 открыта средняя дверца дает более точный результат аппроксимирующая полиноминальная зависимость (85,52%):

б)

Рис. 15 Изотермы рабочей зоны ШПЭСМ-3: а - с открытой средней дверцей, 6 - с открытой нижней дверцей, в-со всеми открытыми дверцами

В случае, когда все дверцы открыты более точный результат (82,6%) дает аппроксимирующая полиноминальная зависимость:

А = О,ООО»2 - 0,43111 + 405,36 + 3 8,0(24 -0 (19) В момент открывания дверцы туловище, руки и голова человека подвергаются кратковременному воздействию выходящего потока разогретой паровоздушной смеси, которая имеет более высокие температуры. При открывании дверцы верхней секции действию выходящего потока подвергается верхняя часть туловища и голова человека, при открывании дверцы средней секции - все туловище и голова, при открывании дверцы нижней секции - верхняя часть ног, туловище и голова. При трех одновременно открытых дверцах температура в рабочей зоне значительно возрастает, поток, омывая открытые дверцы, отрывается от пекарного шкафа, все тело человека находится в зоне недопустимо высоких температур.

Температурное поле рабочей зоны при закрытых дверцах шкафа имеет неравномерный характер, температура повышается снизу вверх и по мере приближения к шкафу. При открывании дверец температура в рабочей зоне

А = 0,0003/2 -0,2683/ +514,36+119,75(24-/). (17)

Когда у шкафа ШПЭСМ-3 открыта нижняя дверца, приемлемую сходимость (86,86%) имеет только полиноминальная зависимость:

" - 0,334/ + 446,98 + 38,0(24 - (18)

повышается, особенно в районе открытой дверцы. Зона недопустимых температур находится на уровне середины ног, головы и рук работника.

Фритюрницы

По результатам экспериментальных исследований, составлены температурные сетки рабочей зоны и построены по ним изотермы для фритюрницы ФЭСМ - 20 (рис. 16).

Из приведенных данных видно, что человек находящийся в рабочей зоне фритюрницы (рис. 16), попадает в следующие температурные зоны: ноги -22...26°С, туловище - 2б...28°С, голова -25...28°С, руки- 26...45°С.

В момент помещения сетки с продуктом в разогретое масло туловище, руки и голова человека подвергаются кратковременному воздействию поднимающегося потока, разогретой паровоздушной смеси, которая имеет более высокие температуры.

Зона недопустимых температур находится на уровне туловища, головы и рук работника, в основном в нее попадают его руки.

В этом случае при расчете границы зоны недопустимых температур для фритюрницы ФЭСМ - 20 аппроксимирующая полиноминальная зависимость дает более точный результат (94,08%):

к = -О.ООЗЗ/2 - 2,7963/ + 872,44-190,64(24—/). (20)

Выводы и предложения

1. Разработана методика, и экспериментальный стенд для осуществления исследований температурных полей поверхностей и рабочих зон аппаратов предприятий общественного питания с большими тепловыделениями в окружающую среду.

2. Экспериментально установлены пространственные границы предельно допустимых температур в рабочей зоне исследуемых электротепловых аппаратов, и показано, что температурные параметры микроклимата рабочих зон исследуемых аппаратов значительно выходят за допустимые значения.

3. Температурное поле над открытыми жарочными поверхностями (плиты, сковороды, фритюрницы) возрастает сверху вниз, а в рабочей зоне снизу вверх и по мере приближения к аппарату.

4. Установлено, что наибольшие тепловыделения в рабочую зону у аппаратов с открытой жарочной поверхностью. Наличие у плиты жарочного шкафа приводит к тому, что персонал дополнительно подвергается воздействию недопустимо высоких температур и мощного инфракрасного излучения в процессе загрузки и выгрузки емкостей с продуктом из жарочного

Рис. ¡6-Изотермы рабочей зоны фритюрницы ФЭСМ-20

шкафа, а так же повышению температуры в нижней части рабочей зоны плиты.

5. Составлены уравнения, позволяющие определить пространственные границы зоны недопустимых температур для исследуемых тепловых аппаратов с большими тепловыделениями в окружающую среду в зависимости от расстояния от аппарата и температуры окружающего воздуха в помещении, при установившейся максимальной температуре на рабочей поверхности или в рабочей камере;

6. Для уменьшения вредного воздействия тепловыделений от тепловых аппаратов на человека, находящегося в его рабочей зоне предлагается:

- переводить процессы тепловой кулинарной обработки с аппаратов с открытой жарочной поверхностью в специализированные аппараты камерного типа с теплоизоляцией рабочей камеры;

- не использовать на предприятиях кухонные плиты с жарочными шкафами;

- при работе с тепловыми аппаратами с большими тепловыделениями в окружающую среду использовать одежду, обеспечивающую защиту головы, шеи и рук работника и обладающую теплоизоляционными свойствами;

- при разработке конструкций тепловых аппаратов обеспечить снижение тепловыделений в рабочую зону и исключить попадание работника в зону недопустимых температур;

- внести изменения в нормативные документы на условия труда и отнести работу у аппаратов с большими тепловыделениями к вредному производству.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах: Статьи в изданиях рекомендованных ВАК

1. Кирпичников ВН., Давыдов AM Температурные поля рабочей зоны электроплит предприятий общественного питания // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. №11.- Тамбов: Изд-во Тамбовский государственный технический университет, 2009. - С. 96-103 (0,65 пл.)

2. Кирпичников В.П., Давыдов AM Анализ температурных полей рабочей зоны тепловых аппаратов // Мясная индустрия. №12. - М.: Изд-во Редакция журнала «Мясная индустрия» 2009. - С. 50-51 (0,3 пл.)

Статьи и тезисы в научных изданиях

1. Богов МИ, Давыдов А.М. Утилизация и регенерация теплоты на предприятиях общественного питания // Липатовские чтения. Тезисы докладов. - М.: Изд-во РЭАим. Г.В. Плеханова, 2005. -С. 2 (0,1 пл.)

2. Давыдов AM, Кирпичников ВИ Исследования тепловьщелений от тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Чтения в честь 90-летия со дня рождения профессора Гордона ЛИ Тезисы докладов. - М: Изд-во РЭА им. ГВ. Плеханова, 2006. - С. 60-61 (0,1 пл.)

3. Кирпичников В.П, Ботов М.И, Давыдов А.М Использование тепловизоров для исследования параметров рабочей зоны тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Современные проблемы техники и технологии пищевых

производств: Сборник статей и докладов девятой научно-практческой конференции с международным участием. - Барнаул: Изд-во Аггг. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползуно-ва, 2006.-С. 187-190 (0,3 пл.)

4. Кирпичников В.П., Давыдов АМ Анализ тепловыделений от тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Девятнадцатые Международные Плехановские чтения. Тезисы докладов профессорско-преподавательского состава. -М: Изд-во РЭА им. ГБ. Плеханова, 2006. - С. 367-368 (0,1 пл.)

5. Давыдов АМ Обоснование методов исследования тепловыделений в рабочей зоне тепловых аппарата предприятий общественного питания // Двадцатые Международные Плехановские чтения. Тезисы докладов аспирантов, магистрантов, докторатов и научных сотрудников. - М.: Изд-во РЭА им. Г.В. Плеханова, 2007. - С. 188 (0,1 пл.)

6. Кирпичников В.П., Ботов М.И., Давыдов АМ. Температурные поля рабочей зоны пекарного шкафа типа ШПЭСМ // Труды Инженерно-экономического факультета. Выпуск 6. - М.: Изд-во РЭА им. ГБ. Плеханова, 2009. - С. 207-213 (0,4 пл.)

7. Кирпичников BIL, Давыдов АМ Температурные поля рабочей зоны фри-■порницы ФЭСМ-20 // Сборник научных трудов кафедры торгово-технологического оборудования. - М.: Изд-во ГОУ ВПО «РЭА им. Г.В. Плеханова», 2009. -. С. 70-73 (ОД пл.)

8. Кирпичников В JL, Д авыдов АМ. Температурные поля рабочей зоны жа-рочного шкафа типа ШЖЭ // Труды Инженерно-экономического факультета. Выпуск 6. -М.: Изд-во РЭАим. ГБ. Плеханова, 2009. - С. 214-218 (0,3 п.л.)

9. Кирпичников В.П., Давыдов АМ. Экспериментальный стенд и методика измерения температуры рабочей зоны тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Липатовские чтения. Тезисы докладов. - М.: ГОУ ВПО «РЭА им. ГБ. Плеханова, 2010. - С. 74-77 (0,23 п.л.)

10. Давыдов АМ. Математическая обработка температурных полей рабочих зон тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Двадцать четвертые Международные Плехановские чтения. Тезисы докладов аспирантов и магистрантов. - М: ГОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова, 2011. - С. 206-207 (0,1 пл.)

Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь в предоставлении экспериментальной базы для проведения исследований:

- заведующему кафедрой технологии и организации предприятий питания, Д.Т.Н., почетному работнику высшего профессионального образования РФ Баранову Борис Алексеевичу;

- руководству комбината общественного питания ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова».

Подписано в печать 11.01.2012г. Заказ № <1 Тираж: 100 экз. ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова» 115998, г. Москва, Стремянный пер., 36.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.В. ПЛЕХАНОВА»

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ ОТ АППАРАТОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ НА МИКРОКЛИМАТ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ

Специальность 05.18.12 -Процессы и аппараты пищевых производств

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Кирпичников В.П.

61 12-5/1517

На правах рукописи

ДАВЫДОВ АРТЕМ МИХАИЛОВИЧ

Москва 2012

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение 4

Глава 1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи 9

1.1. Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в электротепловых аппаратах 9

1.2. Классификация теплового оборудования предприятий

общественного питания 13

1.2.1. Кухонные плиты 17

1.2.2. Сковороды 20

1.2.3. Фритюрницы 21

1.2.4. Жарочные и пекарные шкафы 22

1.3. Требования, предъявляемые к микроклимату производственных помещений и нормирование его параметров 25

1.3.1. Нормирование инфракрасного излучения 27

1.4. Влияние высоких температур на организм человека 31

1.5. Предел переносимости высоких температур 36

1.6. Влияние инфракрасного излучения на организм человека 38

1.7. Краткие выводы и рекомендации 42 Глава 2. Объекты и методы исследования 46

2.1. Объекты исследования 46

2.1.1. Кухонные плиты 46

2.1.2. Сковороды 51

2.1.3. Плиты контактной жарки 52

2.1.4. Жарочные шкафы 53

2.1.5. Пекарные шкафы 54

2.1.6. Фритюрницы 5 5

2.2. Методы исследования 56 2.2.1. Обоснование пространственных параметров рабочей зоны

тепловых аппаратов 56

2.2.2. Экспериментальный стенд для исследований температурных полей рабочих зон электротепловых аппаратов 60

2.2.3. Метод измерения температуры воздуха в рабочей зоне тепловых аппаратов 63

Глава 3. Исследования температурных полей рабочей зоны

электротепловых аппаратов 73

3.1. Кухонные плиты 73

3.2. Сковороды 90

3.3. Жарочные шкафы 95

3.4. Пекарные шкафы 98

3.5. Фритюрницы 106

3.6. Выводы и предложения 108 Библиографический список использованной литературы 111 Приложение 121

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Основные функции государства определяются целями социально-экономической политики. Развитие потребительского рынка, и, в частности, системы общественного питания, является одним из основных направлений социально-экономического развития России [16].

Благодаря активной политике государства в области социальных преобразований и созданию благоприятного предпринимательского и инвестиционного климата, обеспечены высокие темпы развития индустрии питания и ресторанного бизнеса [53].

По состоянию на конец 2008 г., по данным Росстата [68], число организаций общественного питания составило 35,3 тысяч, в том числе: ресторанов и кафе - 28,5 тыс., баров - 3,3 тыс., столовых при предприятиях и учреждениях и поставок продукции общественного питания - 3,5 тыс. При этом средняя численность работников общественного питания на конец 2008г. составила 604 тысячи, в том числе: в ресторанах - 361,7 тыс., в барах - 22,5 тыс., в столовых при предприятиях и учреждениях и поставка продукции общественного питания - 219,8 тыс.

Одним из важнейших технологических процессов в общественном питании является тепловая кулинарная обработка продуктов, которая осуществляется с использованием разного теплового технологического оборудования (плиты, сковороды, фритюрницы и т.д.)[20]. Данный вид оборудования характеризуется высокой энергоемкостью и выделяет значительное количество теплоты в окружающую среду [6, 10, 33, 34]. Обслуживающий персонал находится в непосредственной близости к оборудованию, в так называемой рабочей зоне [33, 22]. Соответственно тепловое оборудование оказывает существенное влияние на температурный режим рабочей зоны.

Кроме того, горячие и кондитерские цеха предприятий общественного питания относятся к теплонапряженным помещениям с тепловыделениями,

достигающими 290 - 348 Вт/м3[30]. Соответственно санитарные условия труда в горячих цехах предприятий общественного питания во многих случаях являются неблагоприятными [60, 61].

На сегодняшний день эта проблема рассмотрена нормативными документами (ГОСТ 12.1.005-88, СанПиН 2.2.4.548-96, СНиП 41-01-2003, СП 2.3.6.1079-01, Закон РФ №184-ФЗ от 27 декабря 2002г. «О техническом регулировании») [21,27, 70, 71], в которых оговорены предельно допустимые температуры воздуха.

Работ, посвященных исследованию микроклимата горячих цехов на сегодняшний день в литературе очень мало. При этом все они в основном посвящены исследованиям температуры, влажности и скорости движения воздуха [2, 8, 9, 45, 50, 51, 64, 69, 82]. Исследований же по влиянию тепловыделений на микроклимат в рабочей зоне теплового аппарата вообще не проводилось.

Значительную часть рабочего времени работники горячего цеха находятся в непосредственной близости с тепловым аппаратом и подвергаются интенсивному тепловому воздействию от разогретых поверхностей, а так же воздушных потоков, омывающих человека при открывании дверец жарочных и пекарных шкафов и т.д. Кроме того, на них воздействуют лучистые потоки энергии, возникающие от раскаленных конфорок плит, сковород, ИК - излучателей и других разогретых поверхностей [34, 35, 37, 38, 39, 46, 77]. Соответственно, проведение исследований влияний тепловыделений от тепловых аппаратов на микроклимат рабочей зоны играет важное значение.

Результаты исследований позволят обоснованно нормировать производственный микроклимата с учетом специфических особенностей различных тепловых аппаратов, так как при этом решаются вопросы обеспечения безопасных условий труда и сохранения здоровья работающих в горячих цехах. Широкое внедрение мероприятий по профилактике перегреваний в горячих цехах позволит обеспечить безопасные условия труда, повысить производительность труда и продлить период трудовой деятельности.

Цель и задачи исследования

Целью данной диссертационной работы является оценка современного теплового технологического оборудования с большими тепловыделениями в окружающую среду с точки зрения его воздействия на работника, находящегося в его рабочей зоне.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

- провести анализ температурных полей тепловых аппаратов с большими тепловыделениями с целью проверки их соответствия требованиям ГОСТа по допустимой температуре на наружной поверхности аппаратов;

- провести оценку микроклимата рабочей зоны тепловых технологических аппаратов предприятий общественного питания;

- экспериментально изучить закономерности формирования температурных полей в рабочей зоне теплового технологического оборудования, используемого в горячих и кондитерских цехах предприятий общественного питания;

- определить пространственные границы зон предельно допустимых температур в рабочей зоне, построить изотермы предельно допустимых температур, а так же дать математическую обработку полученных результатов;

- дать рекомендации по совершенствованию теплового технологического оборудования и методам защиты работников, а так же нормативным документам для работников горячих и кондитерских цехов, работающих в основном на тепловом оборудовании с большим тепловыделением в окружающую среду.

Научная новизна работы

- разработана методика, и экспериментальный стенд для осуществления исследований температурных полей поверхностей и рабочих зон аппаратов предприятий общественного питания с большими тепловыделениями в окружающую среду;

- впервые экспериментально установлены пространственные границы предельно допустимых температур в рабочей зоне исследуемых электротепловых аппаратов, и показано, что температурные параметры микроклимата рабочих зон исследуемых аппаратов значительно выходят за допустимые значения;

- установлено, что наибольшие тепловыделения в рабочую зону у аппаратов с открытой жарочной поверхностью. При этом в рабочей зоне электроплит с чугунными конфорками со сплошным жарочным настилом верхняя часть туловища работника оказывается в зоне температур до 50°С, голова - в зоне температур до 65°С, а руки - до 140°С;

- впервые составлены уравнения, позволяющие определить пространственные границы зоны недопустимых температур для исследуемых тепловых аппаратов с большими тепловыделениями в окружающую среду в зависимости от расстояния от аппарата и температуры окружающего воздуха в помещении.

Практическая значимость работы

- результаты и вытекающие из них выводы позволяют решить ряд актуальных проблем, связанных с разработкой электротеплового технологического оборудования, с большими тепловыделениями в окружающую среду, с точки зрения ограничения их воздействия на работника;

- полученные результаты позволяют внести изменения в технологический процесс приготовления пищи в тепловых аппаратах, в нормативные документы на условия труда работников горячих и кондитерских цехов предприятий общественного питания, а так же ограничения на использование электроплит с жарочным шкафом;

- основные результаты исследования могут быть использованы при конструировании и производстве тепловых аппаратов, а так же в учебном процессе при чтении курсов: «Оборудование предприятий общественного питания» и «Охрана труда» для студентов специальности 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания» и 151000.62 «Тех-

нологические машины и оборудование».

Данные исследования выполнены на кафедре технологических машин и оборудования инженерно-экономического факультета Российского Экономического Университета им. Г.В.Плеханова.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ

На предприятиях общественного питания тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов является важнейшим технологическим процессом, для осуществления которого используется технологическое оборудование. Конструктивные и эксплуатационные особенности кухонных плит и специализированного теплового оборудования целесообразно рассмотреть в связи с их технологическим назначением, в зависимости от условий проведения того или иного процесса тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов [33].

1.1 Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в электротепловых аппаратах

Тепловая кулинарная обработка состоит в том, что продукт путем нагревания доводится до состояния кулинарной готовности. Воздействие температуры на продукт приводит к изменению его физико-химических, структурно-механических и органолептических свойств. Эти свойства обусловливают вкус, запах, цвет, консистенцию, которые характеризуют степень готовности продукта. Доведение продукта до состояния кулинарной готовности является основной целью тепловой кулинарной обработки [47, 49, 76].

В кулинарной практике существует довольно много методов тепловой кулинарной обработки, но в основе их лежит два способа - сухой (жарка) и влажный (варка) нагрев. Поэтому основными методами тепловой кулинарной обработки считают жарку и варку, а другие - разновидностью основных способов [14, 47]. При доведении продукта до состояния кулинарной готовности не всегда используют только один прием обработки. Во многих случаях сначала применяют сухой, а затем влажный нагрев или наоборот. Наиболее распространенные в общественном питании способы жарки и варки - это жарка на разогретой поверхности или в замкнутой камере и варка в воде

9

[33]. Кроме того, подвод энергии к продукту может осуществляться к его поверхности или по всему его объему.

Влажный нагрев. Существует несколько разновидностей влажного нагрева: варка, припускание, тушение.

Общим для всех этих приемов является то, что средой, передающей теплоту продукту, является вода, бульон, молоко или пар. И в том и в другом случае обеспечивается равномерный прогрев продукта. В качестве варочной среды вода и пар применяются как при атмосферном, так и при повышенном давлении. Первое имеет место при варке продуктов в открытых сосудах. Температура варочной среды в основном 100°С и более.

При варке продукт полностью погружают в воду или в жидкость, содержащую воду (бульон, молоко, сахарный сироп), либо помещают в атмосферу водяного пара. Припускание представляет собой нагревание продукта в собственном соку или с небольшим количеством жидкости, не покрывающим продукт полностью.

Характерным для процесса тушения является варка продукта в собственном соку с добавление пряностей и приправ или в соусе.

Основной вид влажного нагрева - варка, состоит из двух периодов: I- период нагрева среды с продуктом до кипения, и 2 - период собственно варки, тихое кипение. Второй период характеризуется значительным, в несколько раз, сокращением потребления теплоты, т.к. оно в это время расходуется только на возмещение потерь в окружающую среду и на испарение влаги [33,34].

Влажный нагрев продукта производится в основном в каких-либо сосудах: в котлах с самостоятельным источником теплоты, в котлах на-плитных и другой наплитной посуде. Для обеспечения нормальных условий проведения процесса влажного нагрева того или иного вида необходимо лишь предусмотреть возможность подвода соответствующего количества теплоты в единицу времени, возможность регулирования нагрева [79].

Сухой нагрев. В отличие от влажного сухой нагрев или жарка продуктов производится без добавления воды при более высоких температурах (250...300°С), обеспечивающих появление на них специфической корочки [15]. При жарке, в отличие от варки, теплота к поверхности продукта подводится неравномерно [33].

Жарка - комплекс сложных физических, химических, физико-химических, тепло- и массообменных изменений структуры, объема и свойств продукта, в результате которых готовое изделие приобретает специфический вкус, запах, цвет и т. д. [33, 34].

Приемы жарки различаются по способу передачи теплоты продукту: в одних основную роль играет теплопроводность, а в других - излучение.

Почти во всех случаях, когда продукт полностью или частично нагревается путем теплопроводности, в качестве теплопередающей среды используется жир. Он способствует обеспечению равномерности нагрева продукта и, обладая плохой теплопроводностью, выполняет функцию ограничителя температуры.

Для приготовления различных блюд и изделий на плите требуются различные температуры рабочей поверхности конфорки [ 34, 74, 93]. При оптимальной температуре конфорки в процессе жарки готовые изделия получаются высокого качества, они не подгорают и расходуют меньше жира [33,34,74, 92]. Увеличение температуры поверхности конфорки немного выше оптимальной вызывает перерасход энергии и жиров, подгорание последних, что приводит к снижению качества и необходимости частого помешивания или переворачивания изделий.

На начальной стадии процесса тепловой кулинарной обработки в период разогрева полуфабриката при варке или жарке температура рабочей поверхности конфорки может быть значительно выше, чем в период доведения до готовности. Величина температуры поверхности конфорки, в этом случае, будет ограничена возможностями нагревателя.

Таким образом, электрические и теплотехнические параметры кон-

11

форок должны быть взаимосвязаны с технологическими и энергетическими показателями осуществляемых процессов.

Наиболее распространенными в кулинарной практике являются следующие приемы жарка:

Жарка на открытой поверхности. Обычно осуществляется на различных плитах с использованием наплитной посуды, а также на поверхности плит для непосредственной жарки, электросковородах и т.д.

Жарка во фритюре. Продукт полностью или частично погружают в жир, нагретый до температуры 160-180°С. Благодаря одновременному соприкосновению с жиром всей поверхности продукта, корочка на нем образуется быстро и равномерно. Для этой цели используют обычно специализированные тепловые аппараты - фритюрницы, а также электрические сковороды [33].

Жарка в замкнутых камерах. При жарке в замкнутых камерах продукт нагревается главным образом путем излучения, а также за счет конвекции горячего воздуха. Некоторую часть теплоты продукт получает путем теплопроводности от дна посуды, в которую он помещен.

Для осуществления процесса жарки обычно используют специализированные аппараты (жарочные и пекарные шкафы, грили, конвектома-ты и пароконвектоматы) [33].

Одно из основных требований, предъявляемых технологическим процессом тепловой кулинарной обработки к теплотехническим параметрам аппарата, - это соответствие температуры на рабочей поверхности или в объеме технологическому процессу приготовления различных блюд и изделий.

Вторым, не менее важным требованием, является соответствие мощности аппарата и ее изменения требованиям технологического процесса тепловой кулинарной обработки продукции общественного питания [76].

Кроме того, существенное значение на качество тепловой кулинарной обработ�