Параметры микроклимата на рабочем месте. Механизм терморегуляции человека. Л/Р

С точки зрения физики, человеческий организм представляет собой обычную незамкнутую термодинамическую систему. Поэтому для нормального самочувствия человека должен быть обеспечен тепловой баланс между его организмом и окружающей средой, т.е. интенсивность тепловыделения организма (от 85 Вт в состоянии покоя до 500 Вт при тяжёлой физической работе) должна быть равна интенсивности отдачи тепла во внешнюю среду. В противном случае будет иметь место переохлаждение, либо, наоборот, перегрев организма, чему сам организм до определённых пределов способен препятствовать.

Свойство организма человека поддерживать постоянную температуру тела называется терморегуляцией. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

Химическая терморегуляция

Химическая терморегуляция заключается в изменении интенсивности усвоения пищи и обмена веществ. Она сопровождается как непосредственно повышением или понижением (в зависимости от температуры) уровня тепловыделения, так и созданием в организме запаса внутренней (химической) энергии, способной превратиться в тепло при совершении физической работы. Например, снижение температуры окружающего воздуха или тяжёлый физический труд сопровождаются ускорением усвоения пищи организмом и, в свою очередь, увеличением потребности в ней. В большинстве случаев простудные и другие заболевания, связанные с переохлаждением организма, возникают не потому, что человек был недостаточно тепло одет, а потому, что не успел вовремя пообедать.

Физическая терморегуляция

При физической терморегуляции изменяется интенсивность теплоотдачи во внешнюю среду. Различают ниже перечисленные механизмы физической терморегуляции.

1. Конвекция, т.е. передача тепла окружающему воздуху при непрерывном   обновлении контактирующих с кожей его объёмов (как известно, нагрев воздуха сопровождается его расширением и перемещением более  тёплых объёмов вверх). Следует подчеркнуть, что только конвективный тепломассоперенос обеспечивает охлаждение организма, ибо воздух является хорошим теплоизолятором. Интенсивность процесса зависит, главным образом, от температуры воздуха, а влиять на неё можно путём изменения скорости обновления контактирующих с телом объёмов воздуха: замедлить с помощью толстого шерстяного свитера или ускорить путём  принудительного обдува.  Последний пример показывает, что на интенсивность отдачи тепла влияет и скорость движения воздуха.
2. Тепловое  (инфракрасное) излучение. Этот механизм охлаждения организма эффективен, когда температура тела заметно выше температуры окружающих предметов. Если последняя, наоборот, выше температуры тела, то  получаемое  организмом   за  счет  излучения  окружающих предметов количество  теплоты окажется больше   отдаваемого путём теплового излучения самого человеческого тела. Организм способен управлять интенсивностью отдачи тепла по первым двум механизмам за счёт расширения или сужения подкожных кровеносных сосудов.
3. Затрачивание тепла на испарение влаги (пота). При температуре воздуха и окружающих предметов выше температуры тела этот механизм остается единственным. Следует подчеркнуть, что охлаждение происходит не в результате выделения пота, а только при его испарении. Поэтому эффект возрастает при интенсификации    испарения за счёт уменьшения относительной влажности, роста скорости воздуха, а также температуры. В горных районах на интенсивность испарения может влиять и понижение барометрического давления. Только благодаря испарительному механизму охлаждения,  человек способен  выживать  при температурах  выше  42°С (температура сворачивания белка в клетках коры головного мозга).

При температуре среды около 20°С теплоотдача составляет: путём конвекции — 31%, излучения — 43,7%, испарения — 21,7%. Остальное тепло расходуется на нагревание вдыхаемого воздуха, пищи, питья (приём горячей пищи и напитков приводит, наоборот, к уменьшению расхода тепла). В состоянии покоя человек отдаёт в среднем 2400 — 2700 кДж в сутки.

Следует отметить, что на интенсивность расхода тепла организмом может напрямую (за счёт теплопередачи) влиять и температура (а также теплопроводность) объектов, находящихся в непосредственном контакте с телом. Например, длительное нахождение на холодном и влажном полу (особенно в пропускающей влагу обуви) может привести к переохлаждению организма.
К параметрам микроклимата (метеоусловиям) относятся те параметры внешней среды, которые влияют на тепловой баланс организма. Они перечислены ниже.

1. Температура воздуха t, °C.
2. Относительная влажность воздуха φ = R/Rmax  • 100%, где R - абсолютная влажность (парциальное давление водяных паров), мм. рт. ст.; Rmax - максимальная влажность (давление насыщенных водяных паров) при данной температуре, мм. рт. ст. Именно относительная (а не абсолютная) влажность воздуха определяет скорость испарения. Поэтому она и взята в качестве параметра микроклимата. Повышенная влажность (φ > 85%) затрудняет испарение пота, а слишком низкая (φ < 20%) вызывает пересыхание слизистых оболочек (глаза, дыхательные пути).
3. Скорость движения воздуха V, м/с. Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/с. Максимально допустимая скорость обдува работающих (воздушное душирование в горячих цехах) – до 3,5 м/с.
4. Интенсивность теплового (инфракрасного) излучения W, Вт/м2 (в настоящей лабораторной работе не исследуется).
   

Одновременно с метеоусловиями принято рассматривать тесно связанное с ними барометрическое давление В. Однако само оно к параметрам микроклимата не относится: мы никак не можем выдерживать его в помещении вне зависимости от давления наружного воздуха. Соответственно, барометрическое давление не нормируется.

Для расчетов систем вентиляции и кондиционирования воздуха широко используется влагосодержание (само оно также не является параметром микроклимата)

Измеряется влагосодержание в граммах водяного пара, приходящегося на 1кг сухого воздуха.

Метеоусловия, при которых терморегуляция легко обеспечивается организмом, считаются комфортными. Исходя из этого, осуществляют их нормирование. ГОСТ 12.1.005-88 (см. табл. П.2.1) устанавливает оптимальные (комфортные) диапазоны температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений (рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м от уровня пола или площадки, на которых расположены рабочие места). Кроме того, стандартом установлены и более широкие допустимые диапазоны изменения температуры, различные для постоянных и непостоянных рабочих мест. Постоянным считается рабочее место, на котором работающий проводит свыше половины рабочего времени (в сумме) или свыше 2 часов непрерывно. При обслуживании производства попеременно в нескольких пунктах (работа многостаночников) постоянным рабочим местом является вся зона обслуживания.

При назначении оптимальных и допустимых диапазонов температуры, относительной влажности и скорости воздуха стандарт исходит, во-первых, из категории тяжести труда (для помещения в целом определяется категорией тяжести труда половины и более работающих). Все работы, проводимые на предприятиях, подразделяются по тяжести на три ниже перечисленные категории.

• Категория I (легкая работа). Это работы точного машиностроения, приборостроения, а также конторские работы. Категория делится на две подкатегории:
  
  • Iа - суммарные затраты энергии до 120 ккал/час (139 Вт). Выполняются преимущественно сидя;
  • I6 - суммарные затраты энергии от 120 до 150 ккал/час (до 174 Вт). Выполняются преимущественно стоя.
• Категория II (средней тяжести). Это работы, связанные с постоянной ходьбой, переноской небольших тяжестей (до 10 кг) и выполняемые стоя (основные процессы в механосборочных, сварочных цехах, в механизированном литейном, кузнечном, прокатном, термическом производстве и т.д.). Категория также подразделяется на две подкатегории:
  
  • IIа - суммарные затраты энергии от 150 до 200 ккал/час (до 232 Вт);
  • IIб - суммарные затраты энергии от 200 до 250 ккал/час (до 290 Вт).
• Категория III (тяжёлые). Это работы, связанные с систематическим физическим напряжением, с постоянным передвижением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей (ручная ковка, ручная заливка и набивка опок в литейном производстве и т.п.). Суммарные затраты энергии человеческого организма при работах данной категории превышают 250 ккал/час (290 Вт)

Как видно из табл. П.2.1, более тяжёлый физический труд требует снижения температуры и допускает повышение скорости движения воздуха.

Во-вторых, нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха зависят от периода года. Различают два периода: теплый и холодный, разграниченные между собой среднесуточной температурой наружного воздуха +10°С; Для некоторого снижения контраста температур наружного воздуха и воздуха в помещении нормируемые для тёплого периода температуры несколько выше, чем требующиеся в холодный период года. Кроме того, для теплого периода допускается большая скорость движения воздуха, а при повышенных температурах дополнительно ограничивается относительная влажность.

Помимо этого, стандарт ограничивает колебание температуры по горизонтали, по высоте рабочей зоны, а также в течение смены.

Отдельно нормируется в стандарте интенсивность теплового излучения. Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2-при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вт/м2 - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50%, и 100 Вт/м2 - при облучении не более 25% поверхности тела. Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретый металл, стекло, «открытое» пламя и др.) не должна превышать 140 Вт/м2, при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела, а также обязательно использование средств индивидуальной защиты, в т.ч. средств защиты лица и глаз.

Помимо параметров микроклимата, ГОСТ 12.1.005-88 накладывает ограничения на температуру внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабочую зону (стен, пола, потолка и др.), или устройств (экранов и т.п.), а также на температуру наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств. Последняя, в любом случае, не должна превышать 45°С. Эти требования не распространяются на температуру поверхностей систем отопления. Кроме того, при выходе температуры поверхностей конструкций за допустимые пределы нормируется удаление от них рабочих мест.

Контроль показателей микроклимата должен производиться в начале, середине и конце холодного и теплого периодов года не менее трёх раз в смену (в начале, середине и конце). Температура, относительная, влажность и скорость движения воздуха измеряются на высоте 1,0 м от пола при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 м - при работах, выполняемых стоя.

Наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим создание нормальных метеорологических условий в рабочих зонах производственных помещений, является кондиционирование воздуха. Помимо вентиляции, кондиционирование в наиболее полном виде включает в себя охлаждение или нагрев, осушение или увлажнение приточного воздуха, рациональное распределение воздушных потоков по объёму помещения и даже целенаправленное запрограммированное изменение параметров микроклимата в течение смены. На практике чаще всего применяется общеобменная вентиляция, а в холодный период года - водяное (предпочтительнее) или паровое отопление.

В горячих цехах производят теплоизоляцию выделяющего избыточное тепло оборудования, устройство экранов, водяных и воздушных завес. На рабочих местах применяют воздушные души (иногда в струю воздуха вводят распылённую воду). Работающие снабжаются спецодеждой, изготовленной из материалов, плохо проводящих тепло или отражающих лучистую энергию. При работе с раскалённым или расплавленным металлом для защиты глаз используют специальные светофильтры. Для предупреждения простудных заболеваний у входа в производственное здание оборудуются тамбуры и воздушные тепловые завесы, используемые в холодный период года.

1. Определить метеорологические условия (температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха), а также барометрическое давление на рабочем месте.
2. Дать  санитарно-гигиеническую   оценку   микроклимата  на   рабочем месте.

В лабораторной работе используются следующие приборы:

1. Барометр-анероид БАММ-1;
2. психрометр Августа;
3. психрометр Ассмана (аспирационный) МВ-4М4;
4. анемометр чашечный.

Расчётная часть и методика выполнения лабораторной работы смотрите непосредственно в самой методичке (скачивайте).

Составители: Липатов Андрей Александрович, Юркъян Ольга Васильевна. Волгоград, ВолгГТУ, 2001 год