Параметры микроклимата и их нормирование в производственных помещениях.
К параметрам микроклимата относятся: температура и влажность воздуха, а так же скорость его движения на рабочем месте. Именно эти параметры создают наиболее благоприятные условия для работы на производстве. Вряд ли можно говорить о высокой производительности труда в помещении, где слишком высокая или слишком низкая температура. Если воздух в помещении не перемещается, то есть, его скорость равна нулю, очень быстро в этом помещении станет душно, и люди будут задыхаться. При слишком сухом воздухе высыхают слизистые оболочки органов дыхания, дыхание становится тяжёлым. Так же тяжело дышать и при повышенной влажности воздуха.
В любом производственном помещении необходимо создать такие параметры микроклимата, при которых человек будет чувствовать себя комфортно. Необходимость учёта основных параметров микроклимата вытекает из сохранения теплового баланса между человеком и окружающей средой.
Теплообмен организма человека с окружающей средой.
Нормальная температура организма человека составляет 36,6оС. При температуре внутренних органов выше 43оС и ниже 25оС человеческий организм погибает. Если бы не происходил теплообмен организма с внешней средой, то человек неминуемо погибал бы от жары летом или от переохлаждения, причём не только зимой. Процесс теплообмена заключается в том, что человеческий организм постоянно вырабатывает тепло. Человек работает, его мышцы сокращаются, как и при выполнении любой механической работы, они выделяют определённое количество тепла. Если бы теплообмен человека с окружающей средой не происходил, неминуемо бы наступил перегрев организма. Также неминуемо наступило бы переохлаждение организма в состоянии покоя, когда мышцы вырабатывают минимальное количество тепла. То есть, человеческий организм должен отдавать избытки вырабатываемого им тепла в окружающую среду, а так же иметь способность получать дополнительное тепло из окружающей среды, в случае своего переохлаждения.
Нагляднее всего процесс теплообмена человеческого организма описывает уравнение теплового баланса
Q = M ± R ±S – E
где Q – температура внутренних органов человека;
M – тепло, вырабатываемое организмом;
R – теплоприём или теплоотдача за счет теплового излучения;
S – теплоприем или теплоотдача за счет конвекции;
Е – теплоотдача организма за счет потоотделения.
Из уравнения видно, что для того чтобы поддерживать постоянную температуру Q, организм должен вырабатывать тепло M. Избытки вырабатываемого тепла отводятся в окружающую среду за счет явления теплового излучения и конвекции, а также с помощью потоотделения. За счёт излучения человек отдает до 45% избытка тепла, за счет конвекции - до 35% и 25% избыточного тепла из организма с помощью потовыделения. Естественно, что теплоотдача организма за счёт теплового излучения и конвекции возможна только в том случае, если температура окружающей среды ниже температуры тела человека. Причем интенсивность теплоотдачи при этом тем больше, чем больше разница температур. Если температура окружающей среды равна или выше температуры тела человека, теплоотдача происходит только за счёт выделения пота, а тепловое излучение и конвекция при этом осуществляют теплоприём.
Из уравнения теплового баланса хорошо видна важность такого явления теплообмена как конвекция, то есть теплоприем или теплоотдача за счет нагрева или охлаждения воздуха, омывающего поверхность тела. Представим себе помещение, в котором скорость движения воздуха равна 0. При температуре окружающей среды более низкой, чем температура тела человека, за счет теплового излучения поверхности кожи будет происходить нагрев слоя воздуха вокруг человека. Конечно, этот слой очень тонкий, но очень быстро произойдет выравнивание температур поверхности тела и температуры данного слоя воздуха. Теплоотдача за счет теплового излучения прекратиться, начинается обильное потовыделение, причем на испарение пота в этом случае человеческие организм затрачивает более 3000 кДж своей энергии. Именно поэтому, в жаркую и безветренную погоду человека чувствует себя гораздо хуже, чем при такой же температуре окружающей среды, но, при наличии пусть даже с легкого ветерка.
Системы терморегуляции человеческого организма.
Процессы теплообмена человеческого организма с окружающей средой происходят с помощью систем терморегуляции. В организме человека существует четыре системы терморегуляции:
-терморегуляция через кожу;
-терморегуляция с помощью системы кровообращения;
-терморегуляции с помощью органов дыхания;
-биохимическая терморегуляция.
Наибольший теплообмен происходит через кожу человека. Именно через кожу осуществляется потовыделение, через неё же происходят максимальные теплоприём и теплоотдача за счёт теплового излучения и конвекции. В целом 80% теплообмена происходит через кожу.
Примерно 13% избытков тепла человеческий организм отдает через органы дыхания. Недаром в жаркую погоду дыхание человека становится более глубоким и более частым.
Терморегуляции с помощью системы кровообращения тесно связана с терморегуляцией через кожу. При повышении температуры нашего организма, например, в результате тяжелой физической работы, кровь через наши капилляры приливается к поверхности кожи. В этом можно убедиться наглядно, увидев, как наливаются кровью наши вены при выполнении таких работ. Начинается интенсивное тепловое излучение. В состоянии покоя или при пониженной температуре окружающей среды, кровь уходит с поверхности кожи, сохраняя своё тепло. Недаром говорят «настолько замерз, что посинел». Конечно, здесь речь не идёт о какой-нибудь выработке красящих ферментов в организме при переохлаждении. Это кровь уходит с поверхности кожи и цвет кожи, естественно изменяется и бледнеет.
Очень важную роль в процессах теплообмена играет биохимическая система терморегуляции. При переохлаждении человек испытывает дрожь во всём теле. А это не что иное, как работа наших мышц. Мышцы работают, следовательно, они выделяют тепло, и это тепло поддерживает тепловой баланс в нашем организме. Биохимическая система терморегуляции способна повышать уровень обмена веществ в нашем организме при снижении температуры, и снижать его при повышенной температуре нашего организма. В целом на биохимическую систему терморегуляции приходится до 5% теплообмена.
Влияние неблагоприятных параметров микроклимата на организм человека.
Как повышенная, так и пониженная температура окружающего воздуха неблагоприятно сказываются на самочувствии человека. При повышенных температурах, когда теплообмен происходит только с помощью потовыделения, и при наличии при этом повышенной влажности 70-80%, которая затрудняя потовыделение, человеческий организм неминуемо будет перегреваться.
Перегревание имеет три формы.
1) Тепловая гипертермия. Возникает при небольшом перегреве и при этом температура тела человека немного повышается. Начинается обильное потовыделение, человека мучает жажда, его сердцебиение и дыхание учащаются, возможны головные боли, головокружение, одышка, затруднение речи.
2) Судорожная болезнь. При более сильном перегреве организма в нём нарушается водно-солевой обмен и как, следствие этого, начинаются судорожные сокращения мышц, особенно икроножных. Потовыделение усиливается, начинается сгущение крови.
3) Тепловой удар. При интенсивном потовыделении человеческий организм быстро обезвоживается. Температура тела при этом поднимается до 40-41о, человек теряет сознание, его пульс становится редким и слабым. Наиболее характерным признаком теплового удара является полное отсутствие потовыделения.
Судорожная болезнь и тепловой удар могут привести к смертельному исходу.
Переохлаждение также приводит к нарушению важнейших физиологических процессов в нашем организме. Начинается всё с нарушения деятельности капилляров и мелких артерий. При этом человек чувствует озноб пальцев, замерзают кончики ушей. В целом переохлаждение человека делится на три стадии, каждая из которых характеризуется своими симптомами. В течении 1 и 2 стадии температура тела человека снижается до 35,5С. При этом происходит:
-спазм сосудов кожи;
-пульс становится более редким;
-повышается артериальное давление;
-увеличивается легочная вентиляция;
-увеличивается теплопродукция организма.
Таким образом до 35о С наш организм борется против охлаждения собственными силами.
Во время 3 стадии переохлаждения происходит:
-падение температуры тела;
-снижение деятельности ЦНС;
-снижение артериального давления;
-уменьшение легочной вентиляции;
-уменьшение теплопродукции.
3 стадия переохлаждения, если человеку вовремя не оказать помощь, может привести к смертельному исходу.
Гигиеническое нормирование параметров микроклимата.
Из всего сказанного выше становится понятно, почему так важно создать в производственных помещениях наиболее благоприятные для человека параметры микроклимата.
В целом параметры микроклимата делятся на оптимальные и допустимые. Любые другие значения температуры, влажности воздуха, его скорости движения считаются недопустимыми.
Оптимальными считаются такие значения параметров микроклимата, при которых системы терморегуляции человеческого организма работают без перенапряжения и человек испытывает комфорт.
Допустимыми считаются такие значения параметров микроклимата, при которых системы терморегуляции работают с некоторым напряжением, но это напряжение не приводит к ухудшению состояния человека.
Ясно, что оптимальные и допустимые значения параметров микроклимата зависят от многих факторов. Представим, что летом в жару человек заходит в помещение, внутри которого температура воздуха составляет примерно 20оС. Вряд ли человек почувствует облегчение от жары и с помощью кондиционера он постарается снизить температуру в помещении. Зимой же зайдя в это же помещение с улицы, где температура опустилась до -40оС он довольно долго не сможет согреться – температура явно мала. Таким образом, можно определить, что значение параметров микроклимата зависят от температуры вне помещения.
Для удобства нормирования календарный год разделили на два периода: теплый и холодный. Граница между двумя этими периодами находится на значении среднесуточной температуре +10оС. Если температура наружного воздуха больше этого значения, период года считается тёплым, если меньше – холодным.
Но кроме температуры наружного воздуха на определение оптимальных и допустимых значений параметров микроклимата внутри помещения большое влияние оказывает вид выполняемой работы. Одно дело, когда человек занят тяжелым физическим трудом, то есть его организм интенсивно вырабатывает тепло. И совсем другое дело, если человек выполняет легкую работу без больших энергозатрат. Чем тяжелее работа, выполняемая человек, тем меньшая температура внутри помещения требуется для создания её оптимального значения. То есть для выбора оптимальных параметров микроклимата необходимо учитывать еще и категорию работ, которая, в свою очередь, определяется энергозатратами человека при выполнении данной работы.
Категории работ делятся:
I. Лёгкие (энергозатраты до 172 Вт).
II. Средней тяжести (энергозатраты 172-293 Вт).
III. Тяжелые (энергозатраты более 293 Вт).
К легким работам (категория I) с затратой энергии до 174 Вт относятся работы, выполняемые сидя или стоя, не требующие систематического физического напряжения Легкие работы подразделяют на категорию Iа (затраты энергии до 139 Вт) и категорию Iб (затраты энергии 140...174 Вт).
К работам средней тяжести (категория II) относят работы с затратами энергии 175...232 Вт (категория IIа) и 233...290 Вт (категория IIб). В категорию IIа входят работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей. В категорию IIб — работы, связанные с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей
К тяжелым работам (категория III) с затратой энергии более 290 Вт относят работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением, с переноской значительных (более 10 кг) тяжестей.
Таким образом, для того чтобы нормировать параметры микроклимата в производственных помещениях, необходимо в зависимости от периода года и от категории выполняемых работ из ГОСТ 12.1.005 – 88 выбрать табличные значения оптимальных и допустимых параметров микроклимата внутри данного помещения. Например, при выполнении тяжелых работ (категория IIIб) в холодный период года оптимальная температура в помещении должна находится в пределах 16…18оС, оптимальная влажность воздуха составляет при этом 40…60%, а оптимальная скорость движения воздуха не должна превышать 0.3 м/с. Допустимыми параметрами будут считаться: температура 13…19оС, влажность – не более 75%, а скорость воздуха не должна превышать 0,5 м/с.
