Понятие теплового баланса

Микроклимат производственных помещений.

Эргономика

Эргономика – это наука, которая изучает взаимодействие человека и машинной части системы «человек – машина – среда обитания» с учетом психологических антропометрических, социальных и других возможностей человека. Одним из основных показателей эргономичности технических систем является обитаемость, управляемость, усвояемость, обслуживаемость.

Так, например, обитаемость – мера соответствия характеристик производственной среды биологическим, психологическим особенностям человека, она учитывает санитарно-гигиенические условия на рабочем месте (освещенность, шум, вибрации и психологические факторы). Например, соответствие средств отображения информации, органов управления возможностям анализаторов человека и опорно-двигательного аппарата человека.

Управляемость обеспечивает возможность ведущей роли человека в управлении системой: «человек – машина – среда обитания», т.е. исключает такие сигналы и команды, которые дезорганизуют работу системы. Управляемость задает требования к содержанию напряженности деятельности, ее ритму по отношению к точности и быстродействию оператора.

Усвояемость – это возможность быстрого овладения оператором умением и навыками управления и обслуживания системой.

Обслуживаемость – пространственная доступность регулируемых, ремонтируемых или заменяемых элементов, обеспечивающая рациональность действий при ремонте, монтаже системы.

Социально-психологическими показателями в эргономике являются соответствие конструкции объекта, организации рабочего места, характеру и степени группового взаимодействия.

Психологические показатели – это соответствие техники возможностям восприятия памяти, мышления и навыков человека.

Психофизиологические показатели – это соответствие техники характеристикам анализаторов человека (соответствие зрительному полю человека).

Антропометрические показатели – соответствие техники размерам и форме тела человека.

Тепловой баланс имеет место при , где - тепловыделения человека; - тепловыделения окружающей среды. При тепловом балансе температура внутренних органов остается постоянной.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществ­ляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью , излучением на окружающие поверхности и в процессе тепломассообмена , при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами , и при ды­хании:

.

Параметры — температура окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма — характеризуют конкретную производственную обстановку и отличаются большим многообразием. Остальные параметры — температура, скорость, относительная! влажность и атмосферное давление окружающего воздуха — получи­ли название параметров микроклимата.

Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочета­нии с повышенной влажностью может привести к значительному на­коплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня — гипертермии — состоянию, при котором температура тела поднимается до 38...39°С. При гипертермии и, как следствие, тепловом ударе наблюдаются головная боль, голово­кружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение. Пульс и дыхание учащены, в крови увеличивается содержание азота и молочной ки­слоты. При этом наблюдается бледность, синюшность, зрачки рас­ширены, временами возникают судороги, потеря сознания.

Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения и даже переохлаждения организма — гипотер­мии. В начальный период воздействия умеренного холода наблюдает­ся уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдоха. При про­должительном действии холода дыхание становится неритмичным,, частота и объем вдоха увеличиваются, изменяется углеводный обмен. Увеличение обменных процессов при понижении температуры на 1°С составляет около 10 %, а при интенсивном охлаждении может возрасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена. Появле­ние мышечной дрожи, при которой внешняя работа не совершается, а вся энергия превращается в теплоту, может в течение некоторого времени задерживать снижение температуры внутренних органов. Результатом действия низких температур являются холодовые трав­мы.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Напри­мер, понижение температуры и повышение скорости воздуха способ­ствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотда­чи при испарении пота, что может привести к переохлаждению орга­низма. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления.

Переносимость человеком темпера­туры, как и его теплоощущение, в значи­тельной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу вре­мени и тем быстрее наступает перегрев тела.

Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насы­щенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток. Тепловые излучения ко­ротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усилен­ное потовыделение, а при длительном облучении — тепловой удар. Длинноволновые лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздейст­вия инфракрасных лучей является катаракта глаза.

Атмосферное давлениеоказывает существенное влияние на про­цесс дыхания и самочувствие человека.

Изме­нение давления воздуха, вне этих пределов приводит к затруднению дыхания и уве­личению нагрузки на сердечно-сосудистую систему. Так, на высоте 2...3 км (ро2 = 70 мм рт. ст) насыщение крови кислородом снижает до такой степени, что вызывает усиление деятельности сердца и лег­ких. Но даже длительное пребывание человека в этой зоне не сказывается существенно на его здоровье, и она называется зоной доста­точной компенсации. С высоты 4 км диффузия ки­слорода из легких в кровь снижается до такой степени, что, несмотря на большое содержание кислорода, может наступить ки­слородное голодание — гипоксия. Основные признаки гипок­сии — головная боль, головокружение, замедленная реакция, нару­шение нормальной работы органов слуха и зрения, нарушение обме­на веществ.

Процессы регулирования тепловыделений для поддержа­ния постоянной температуры тела человека называются терморегуля­цией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5°С.

Терморегуляция биохимическим путем за­ключается в изменении интенсивности происходящих в организме окислительных процессов. Например, мышечная дрожь, возникаю­щая при сильном охлаждении организма, повышает выделение теп­лоты до 125...200 Дж/с.

Терморегуляция путем изменения интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать пода­чу крови (которая является в данном случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или рас­ширения кровеносных сосудов. При высоких температурах окружающей среды кровеносные сосуды кожи расширяются и к ней от внутренних органов притекает боль­шое количество крови и, следовательно, больше теплоты отдается окружающей сре­де. При низких температурах происходит обратное явление: сужение кровеносных сосудов кожи, уменьшение притока крови к кожному покрову и, следовательно, меньше теплоты отдается во внешнюю среду.

Терморегуляция путем изменения интен­сивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения.

Терморегуляция организма осуществляет­ся одновременно всеми способами. Так, при пони­жении температуры воздуха увеличению теплоотдачи за счет увеличе­ния разности температур препятствуют такие процессы, как умень­шение влажности кожи и, следовательно, уменьшение теплоотдачи путем испарения, снижение температуры кожных покровов за счет уменьшения интенсивности транспортирования крови от внутрен­них органов и вместе с этим уменьшение разности температур.

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005—88 и санитарными нормами СН 2.2.4.548—96. Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями.

В этих документах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: темпе­ратура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от:

–способности организма человека к акклиматизации в разное время года,

– характера одежды, интенсивности производимой работы,

– ха­рактера тепловыделений в рабочем помещении.

При учете интенсивности труда все виды работ исходя из общих энергозатрат организма делятся на три категории: легкие, средней тя­жести и тяжелые. К легким работам (категория I) с затратой энергии до 174 Вт отно­сятся работы, выполняемые сидя или стоя, не требующие системати­ческого физического напряжения (работа контролеров, в процессах точного приборостроения, конторские работы и др.). Легкие работы подразделяют на категорию 1а (затраты энергии до 139 Вт) и категорию 16 (затраты энергии 140... 174 Вт).

К работам средней тяжести (категория II) относят работы с затра­той энергии 175...232 Вт (категория II а) и 233...290 Вт (категория II б). В категорию II а входят работы, связанные с постоянной ходьбой, вы­полняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей, в

категорию II б — работы, связанные с ходьбой и переноской неболь­ших (до 10 кг) тяжестей (в механосборочных цехах, текстильном про­изводстве, при обработке древесины и др.).

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 (в механосборочных цехах, текстильном производстве, при обработке древесины и др.).

По интенсивности тепловыделений производственные помеще­ния делят на группы в зависимости от удельных избытков явной теп­лоты. Явной называют теплоту, воздействующую на изменение тем­пературы воздуха помещения, а избытком явной теплоты - разность между суммарными поступлениями явной теплоты и суммарными теплопотерями помещений.

В рабочей зоне производственного помещения согласно ГОСТ 12.1.005—88 могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия. Оптимальные микроклиматические ус­ловия — это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечива­ет ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высот­кой работоспособности. Допустимые микроклиматические условия — это такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вы­звать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие, и по­нижение работоспособности. Оптимальные параметры микроклима­та в производственных помещениях обеспечиваются системами кон­диционирования воздуха, а допустимые параметры — обычными системами вентиляции и отопления.

Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в про­изводственных помещениях. Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из по­мещения и подачей в него свежего воздуха, По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механи­ческим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).

В зависимости от того, для чего служит система вен­тиляции,— для подачи (притока) или удаления (вы­тяжки) воздуха из помещения или (и) для того и дру­гого одновременно, она называется приточной, вытяж­ной или приточно-вытяжной.

Кондиционирование воздуха — это создание и авто­матическое поддержание в помещениях независимо от наружных условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, влажности, чис­тоты и скорости движения воздуха, наиболее благопри­ятных для людей или требуемых для нормального про­текания технологического процесса. Поэтому на про­мышленных предприятиях кондиционирование воздуха применяется либо для обеспечения комфортных (опти­мальных) санитарно-гигиенических условий, создание которых обычной вентиляцией невозможно, либо как составная часть технологического процесса. В последнем случае кондиционирование применяют: для поддержания определенных температурно-влажностных условий, позволяющих производить обработку материалов и изделий с минимальными допусками (точ­ное машиностроение, приборостроение, оптическая про­мышленность, изготовление и калибровка измеритель­ного инструмента);

для обеспечения особой чистоты воздуха и исключения выделения влаги из воздуха, а также попадания пота С рук рабочих на точно обработанные поверхности изделий (изготовление точных приборов, электровакуум­ная и полупроводниковая промышленность и т. п.);

для поддержания заданного содержания влаги в ма­териалах и изделиях.

Системы кондиционирования могут работать круг­лый год или только в летнее время, выполняя в послед­нем случае охладительно-осушительные функции.

Кондиционер — это вентиляционная установка, кото­рая с помощью приборов автоматического регулирова­ния поддерживает в помещении заданные параметры воздушной среды. Кондиционеры бывают двух видов: установки полного кондиционирования воздуха, обеспе­чивающие постоянство температуры, относительной влажности, скорости движения и чистоты воздуха; уста­новки неполного кондиционирования, обеспечивающие постоянство только части этих параметров или одного параметра, чаще всего температуры.