удк 711.168 производственный климат и его влияние на организм

УДК 711.168
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КЛИМАТ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Ю.В. Скрыпников асп., В.И. Фоменко к.т.н., проф.
Микроклимат производственных помещений - это климат внутренней среды этих помещений,
который определяется действующими организм человека сочетаниями температуры, влажности и
скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.
На (рис. 1) приведена классификация производственного микроклимата.
Рис. 1 Виды производственного микроклимата
Метеорологические условия рабочей среды (микроклимат) оказывают влияние на процесс
теплообмена и характер работы. Микроклимат характеризуется температурой воздуха, его влажностью и
скоростью движения, а также интенсивностью теплового излучения. Длительное воздействие на
человека неблагоприятных метеорологических условий резко ухудшает его самочувствие, снижает
производительность труда и приводит к заболеваниям.
Высокая температура воздуха способствует быстрой утомляемости работающего, может привести
к перегреву организма, тепловому удару. Низкая температура воздуха может вызвать местное или общее
охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания либо обморожения.
Влажность воздуха оказывает значительное влияние на терморегуляцию организма человека.
Высокая относительная влажность (отношение содержания водяных паров в 1 м3 воздуха к их
максимально возможному содержанию в этом же объёме) при высокой температуре воздуха
способствует перегреванию организма, при низкой же температуре она усиливает теплоотдачу с
поверхности кожи, что ведёт к переохлаждению организма. Низкая влажность вызывает пересыхание
слизистых оболочек путей работающего.
Подвижность воздуха эффективно способствует теплоотдаче организма человека и положительно
проявляется при высоких температурах, но отрицательно низких.
Субъективные ощущения человека меняются в зависимости от изменения параметров
микроклимата (таблица 1).
В процессе труда в производственном помещении человек находится под влиянием определённых
условий, или микроклимата - климата внутренней среды этих помещений. К основным нормируемых
показателям микроклимата воздуха рабочей зоны относятся температура, относительная влажность,
скорость движения воздуха. Существенное влияние на параметры микроклимата и состояние
человеческого организма оказывает также интенсивность теплового излучения различных нагретых
поверхностей, температура которых превышает температуру в производственном помещении.
Таблица 1
Зависимость субъективных ощущений человека от параметров рабочей среды
Температура
воздуха, оС
21
24
30
Относительная влажность
воздуха, %
40
75
85
90
20
65
80
100
25
50
65
80
90
Субъективное ощущение
Наиболее приятное состояние.
Хорошее, спокойное состояние.
Отсутствие неприятных ощущений.
Усталость, подавленное состояние.
Отсутствие неприятных ощущений.
Неприятные ощущения.
Потребность в покое.
Невозможность выполнения тяжелой работы.
Отсутствие неприятных ощущений.
Нормальная работоспособность.
Невозможность выполнения тяжёлой работы.
Повышение температуры тела.
Опасность для здоровья.
Относительная влажность воздуха представляет собой отношение фактического количества паров
воды в воздухе при данной температуре к количеству водяного пара, насыщающего воздух при этой
температуре.
Если в производственном помещении находятся различные источники тепла, температура
которых превышает температуру человеческого тела, то тепло от них самопроизвольно переходит к
менее нагретому телу, т.е. человеку. Различают три способа распространения тепла: теплопроводность,
конвекцию и тепловое излучение.
В реальных условиях тепло передаётся не каким-либо одним из указанных выше способов выше
способов, а комбинированным.
Тепло, поступающее в производственное помещение от различных источников, влияет на
температуру воздуха в нём.
Человек в процессе труда постоянно находится в состоянии теплового взаимодействия с
окружающей средой. Для нормального протекания физиологических процессов в организме человека
требуется поддержание практически постоянной температуры (36,6 °С). Способность человеческого
организма к поддержанию постоянной температуры носит название терморегуляции. Терморегуляция
достигается отводом выделяемого организмом тепла в процессе жизнедеятельности в окружающее
пространство.
Теплоотдача от организма в окружающую среду происходит в результате: теплопроводности
через одежду (QT); конвекции тела (QK); излучения на окружающие поверхности (QИ), испарения влаги с
поверхности кожи (Qисп); нагрева выдыхаемого воздуха (QB), т.е.:
Qобщ = QТ + QК + QИ + Qисп + QВ ,
(1)
Для изучения влияния микроклимата на тепловое состояние рабочих и оценки теплозащитных
свойств спецодежды был проведен расчет теплообмена по методу Н.К. Витте. Температура кожи
определялась в строго симметричных точках лба, груди, тыла кистей с помощью электротермометра
ЭТУ-М.
Q = M ± R ± C − E,
(2)
где Q - величина задержанного в организме или потерянного тепла, кДж/мин;
М - величина, теплопродукции, ккал/мин; R- теплоотдача радиацией, - кДж/мин;
С - теплоотдача конвекцией, кДж/мин;
Е - теплоотдача испарением пота, кДж/мин;
Определение, теплоотдачи радиацией и конвекцией проводилось по Формулам Н.К. Зитте:
R = 0,093 П (t cm − t n ) кДж/мин,
(3)
С = 0,012(0,273 + V ) П (t в − t n ) кДж/мин,
где П - участвующая в теплообмене поверхность тела, м2;
tст - температура стен, оС;
tn
средняя
взвешенная
температура
поверхности
одежды), оС;
V - скорость движения воздуха, м/сек;
tв- температура воздуха, оС
Потери тепла испарением определялись по формуле:
(4)
тела
(кожи
и
где
Е = 0,585 Р кДж/мин,
Р - количество испарившегося пота, г/мин.
(5)
Исследованием были охвачены рабочие основных профессий шести механизированных забоев члены комплексных бригад в возрасте от 33 до 54 лет, со стажем работы 10-29 лет. Были обследованы 6
машинистов комбайнов, 6 машинистов крепи и 14 горнорабочих очистного забоя.
Изменение температуры кожи у горнорабочих в течение рабочей смены приводится в таблице 2
Таблица 2
Температура кожи в динамике рабочего дня
Лоб
Грудь
Кисти
Средняя взвешенная
31,9/31,8
32,9/32,9
30,1/30,2
32,6
Машинисты
механизированной
крепи, оС
31,9/31,5
32,8/32,6
29,9/30,1
32,4
Лоб
Грудь
Кисти
Средняя взвешенная
28,1/28,0
29,9/29,9
25,9/25,9
29,4
28,3/27,9
29,7/29,5
26,3/26,5
29,1
27,0/27,0
20,1/29,9
24,2/24,1
29,2
Лоб
Грудь
Кисти
Средняя взвешенная
27,9/27,8
29,5/29,4
25,8/26,0
28,2
28,2/28,3
29,8/29,7
25,4/25,9
29,3
26,3/26,8
29,9/29,8
24,3/23,5
29,0
Лоб
Грудь
Кисти
Средняя взвешенная
27,6/27,5
29,8/29,9
26,2/26,4
29,4
27,9/27,8
30,0/30,0
24,6/24,9
29,3
26,6/26,7
30,2/30,0
24,9/24,7
29,3
Горнорабочие
очистного забоя, оС
Температура, оС
До работы
Через 2 часа
Через 4 часа
Конец смены
Машинисты комбайна,
о
С
31,6/31,6
32,7/32,6
29,4/29,4
32,3
Примечание: числитель - температура слева, знаменатель - температура справа.
Температура кожи является показателем теплопотерь с поверхности тела. При одинаковых
микроклиматических условиях у рабочих разных профессий величина потерь тепла конвекцией и
радиацией почти одинакова, разница может быть в потерях тепла за счет потоиспарения. Расчет
теплового баланса, проведенный по методике Н.К. Витте, представлен в таблице 3.
Таблица 3
Тепловой обмен машинистов комбайна, крепи и горнорабочих очистного забоя в различных
метеорологических условиях
Теплопродукция,
кДж/мин
Теплоотдача, кДж/мин
конвекцией
радиацией
испарением
Тепловой
баланс
14,07
14,07
14,07
14,07
14,07
-9,618
-5,3298
-12,222
-7,518
-10,836
-5,859
-5,313
-5,246
-6,510
-6,241
-6,552
-4,284
-4,788
-4,662
-5,082
-7,959
-0,0857
-8,186
-4,620
-8,089
машинист
крепи
Скорость
движения
воздуха, м/с
1
0,56
2,4
0,88
1,85
8
12
9,8
11
8,6
1
0,56
2,4
0,88
1,85
17,514
17,514
17,514
17,514
17,514
-9,622
-5,456
-12,344
-7,518
-10,832
-7,812
-5,313
-6,749
-6,187
-6,379
-7,157
-7,056
-6,300
-7,056
-6,758
-7,056
-0,311
-7,879
-3,247
-6,455
горнорабочих
очистного
машинист
комбайна
Температура
воздуха и стен,
о
С
8
12
9,8
11
8,6
8
12
9,8
11
8,6
1
0,56
2,4
0,88
1,85
29,904
29,904
29,904
29,904
29,904
-10,248
6,712
-12,339
-7,174
-11,252
-7,849
-6,720
-6,749
-6,187
-6,678
-7,686
-7,266
-7,174
-10,500
-7,812
+4,292
+9,206
+3,641
+6,044
+4,2
Уравнение (1) носит название уравнения теплового баланса. Вклад перечисленных выше путей
передачи тепла непостоянен и зависит параметров микроклимата в производственном помещении, а
также от температуры окружающих человека поверхностей (стен, потолка, оборудования).
Нормальное тепловое самочувствие человека при выполнении им работы любой категории тяжести
достигается при соблюдении теплового баланса.
Влияние температуры окружающего воздуха на человеческий организм связано в первую
очередь с сужением или расширением кровеносных сосудов кожи. Под действием низких температур
воздуха кровеносных сосуды кожи сужаются, в результате чего замедляется поток крови к
поверхности тела и снижается теплоотдача от поверхности тела за счёт конвекции и излучения. При
высоких температурах окружающего воздуха наблюдается обратная картина: за счёт расширения
кровеносных сосудов кожи и увеличения притока крови существенно увеличивается теплоотдача.
В нормативных документах введены понятия оптимальных и допустимых параметров
микроклимата.
Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие сочетания количественных
параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека
обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без
напряжения механизмов терморегуляции.
Допустимые условия обеспечивают таким сочетанием количественных параметров
микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека может вызвать
преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния
организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы
физиологических приспособленных возможностей.
Регулирование параметров микроклимата направлено на создание для человека зоны
комфорта. Зона комфорта – оптимальное для организма человека сочетание значений микроклимата.
Значения параметров зоны комфорта определяются интенсивностью процессов тепло- и влагообмена
человеческого организма в различных состояниях: отдых, работа различной тяжести, умственный
труд и особенностями сезонной адаптации человека к различным климатическим условиям.
Интенсивность процессов тепло- влагообмена является следствием терморегуляции
человеческого организма. Известно, что параметры микроклимата оказывают на человека не только
физиологическое, но и психологическое влияние. Поэтому ученные различных стран давно пытаются
разработать способы комплексной психофизической оценки влияния параметров микроклимата на
человека. Имеется более 70 предлагаемых способов такой оценки. Среди этих способов выделяется,
благодаря своей наглядности и комплексности. Способ определения, так называемого, показателя
самочувствия (СЧ) человека. Этот способ основан на математической зависимости между величиной
этого показателя и значениями следующих факторов: температуры воздуха помещения tвз. на высоте
0,5метров от уровня пола, средней температуры стен и окружающих предметов tп.ср., средней
скорости движения воздуха в помещении V, f абсолютной влажностью воздуха (г/м3). Эта
математическая зависимость выражается формулой:
СЧ = 7,83 − 0,1tвз − 0,0968t п.ср. − 0,0372 f − 0,0367 V (37,8 − tвз ) ,
(6)
Рассчитанные по этой формуле значения показателя самочувствия СЧ измеряются от 1 до 7 и
имеют следующую интерпретацию: 1 - жарко; 2 – слишком тепло; 3 – тепло, но приятно; 4 – приятно;
5 – прохладно, но приятно; 6 – холодно; 7 – очень холодно.
В физиологии различают условную и действительную акклиматизацию. Действительная
физиологическая акклиматизация наступает при выработке организмом устойчивых функциональных
изменений, делающих возможным существование в тяжелых и даже вредных условиях окружающей
среды. Причем такая приспособленность организма возможна к условиям как жаркого, так и
холодного климата. Следовательно, и значение показателей самочувствия людей, живущих в
различных климатических условиях, при одинаковых значениях параметров микроклимата будут
различны, и прямо указывает на то, что и границы зон комфорта должны трансформироваться для
различных климатических районов.
Кроме того, следует учитывать, что в своем ежедневном цикле жизнедеятельности человек
постоянно осуществляет переход из внешней среды в искусственную среду помещения и наоборот.
Такие переходы влияют на процесс терморегуляции организма. Эта необходимость пребывания
человека в двух средах накладывает свои требования к регулированию значений параметров
микроклимата. Так, в жаркий период года, если разность между температурами наружного и
внутреннего воздуха превышает 6оС (в среднем, поскольку эта величина зависит и от влажности
воздуха), то возникает вероятность простудных заболеваний. С другой стороны, при очень холодной
зиме для быстрой нормализации теплового состояния человека в помещении требуется более высокая
температура, чем в районах с теплой зимой. Поэтому гигиенические нормы микроклимата
помещений должны учитывать влияние и этих факторов.
В ГСН 3.36042-99 «Санитарные нормы микроклимата» представлены оптимальные и
допустимые параметры микроклимата в производственном помещении в зависимости от тяжести
выполняемых работ, количества избыточного тепла в помещении и сезона (времени года).
Различают холодный и перехолодный периоды года (со среднесуточной температурой
наружного воздуха ниже + 10°С), а также теплый период года (с температурой +10°С и выше). Все
категории выполняемых работ подразделяются на: легкие (энергозатраты до 172 Вт), средней
тяжести (энергозатраты до 172-293 Вт) и тяжёлые (энергозатраты более 293 Вт). По количеству
избыточного тепла производственные помещения делятся на помещения с незначительными
избытками явной теплоты (QЯ.Т. < 23,2 Дж/м3с) и помещения со значительным избытками явной
теплоты (QЯ.Т> 23,2 Дж/м3с). Производственные помещения с незначительными избытками явной
теплоты относятся к “холодным цехам”, а со значительными - к “горячим”.
Для поддержания нормальных параметров микроклимата в рабочей зоне применяют:
механизацию и автоматизацию технологических процессов, защиту от источников теплового
излучения, устройство систем вентиляции, кондиционирования воздуха и отопления. Важное место
имеет и правильная организация труда и отдыха работников, выполняющих трудоёмкие работы в
горячих цехах.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Безопасность жизнедеятельности / Под ред. Л.А. Муравья. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.:
ЮНИТИ-ДАНА, 2003. - 431 с.
2. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов С.В. Белов, А.В.
Ильницкая, А.Ф. Козьяков. - 4-е изд. испр. и доп. М.: Высшая школа, 2004. - 606 с.
3. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для вузов Н.П. Кукин, В.Л. Лапин,
Н.Л. Пономарёв. - 2-е изд. испр. и доп. М.: Высшая школа, 2001. - 319 с.
4. Витте Н.К. Теплообмен человека и его гигиеническое значение Киев, 1956. Киевский НИИ
гигиены труда и профзаболеваний.