Микроклимат производственных помещений

Человек находится в постоянной взаимосвязи с окружающей его средой. По мере возможности он приспосабливается к ней, а при невоз­можности всеми доступными средствами приспосабливает ее к себе, обеспечивая тем самым условия для своего нормального существования.

Работающий человек примерно одну треть своего времени находит­ся на производстве во взаимосвязи с производственной средой, которая характеризуется различными факторами: микроклиматом производ­ственных помещений, интенсивностью технологических процессов, при­меняемыми материалами и механизмами и т.д.

Микроклиматом производственных помещений называются метеорологиче­ские условия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влаж­ности, скорости движения воздуха и теплового облучения.

Показателями, характеризующими микроклимат в производ­ственных помещениях, являются:

- температура воздуха;

- температура поверхностей;

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового облучения.

Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение тепло­вого баланса человека с окружающей средой и поддержание оптималь­ного или допустимого теплового состояния организма.

Организм человека представляет собой термодинамическую сис­тему с высоким постоянством средней температуры тела при значительно меняющихся условиях поступления и потерь тепла.

Для нормального протекания физиологических процессов в организме человека требуется поддержание практически постоянной тем­пературы его внутренних органов (приблизительно 36,6 °С). Но в про­цессе труда человек постоянно находится в состоянии теплового взаимо­действия с окружающей средой. Способность человеческого организ­ма к поддержанию постоянной температуры носит название терморе­гуляции. Терморегуляция достигается отводом излишнего тепла в процессе жизнедеятельности от организма в окружающее пространст­во. Эта величина зависит от степени физической нагрузки и парамет­ров микроклимата в помещении (в состоянии покоя - 85 Вт, возрас­тая при тяжелой физической работе до 500 Вт).

Путями такой теплоотдачи являются: теплопроводность через одежду (Q_T); конвекции тела (Q_к), излучения на окружающие поверхности (Q_н), испарения влаги с поверхности кожи (Q_исп), а также за счет нагрева выдыхаемого воздуха (Q_в), что представлено урав­нением теплового баланса

Q_общ = Q_Т + Q_к + Q_и+ Q_исп + Q_в . (3.1)

Вклад перечисленных составляющих передачи тепла непостоя­нен и зависит от параметров микроклимата в помещении, от темпе­ратуры стен, потолка, оборудования. Теплоотдача конвекцией за­висит от температуры воздуха в помещении и скорости его движе­ния на рабочем месте, а отдача теплоты путем испарения - от от­носительной влажности и скорости движения воздуха. До 90 % от­вода общего количества тепла осуществляется через излучение, конвекцию и испарение.

Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона

Q_к = a_кF_э(t_пов – t_ос), (3.2)

где а_к - коэффициент теплоотдачи конвекции (при нормальных параметрах микроклимата a_к =4,06 Вт/(м²×°С); t_пов -температу­ра поверхности тела человека (принимать зимой 27,7 °С, летом 31,5 °С); t_ос- температура воздуха, омывающего тело человека; F_э -эффективная поверхность тела человека (для практических расчетов F_э = 1,8 м²).

Удерживаемый на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до 8 мм при скорости движения воздуха n = 0) препятст­вует отдаче теплоты конвекцией. При увеличении атмосферного давления (Р) и в подвижном воздухе толщина пограничного слоя уменьшается, и при скорости движения воздуха 2 м/с она составля­ет около 1 мм. Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

Передача теплоты теплопроводностью описывается уравнением Фурье:

(3.3)

где l₀ - коэффициент теплопроводности тканей одежды челове­ка, Вт/ (м ×°С); D₀- толщина одежды человека, м.

Теплопроводность биологических тканей человека мала, поэто­му основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана-Больцмана

(3.4)

где C_пр- приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²×К⁴); F- площадь поверхности лучистого потока, м²; Y_1-2- коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхно­стей F₁ и F₂ и показывающий долю лучистого потока, приходя­щуюся на поверхность F₂ от всего потока, излучаемого поверхно­стью F₁;T₁ - средняя температура поверхности тела и одежды че­ловека, °К; Т₂ - средняя температура окружающих поверхностей, °К.

Для практических расчетов в диапазоне температур окружаю­щих человека предметов 10…60 °С приведенный коэффициент излу­чения С_пр = 4,9 Вт/(м²×К⁴), а коэффициент облучаемости Y_1-2 =1,0. В этом случае значение лучистого потока зависит в основном от степени черноты e итемпературы окружающих человека предметов, т.е. Q_л = f (Т_оп; e).

Влияние температуры окружающего воздуха на человеческий организм связано в первую очередь с сужением или расширением кровеносных сосудов кожи. Под действием низких температур воз­духа кровеносные сосуды кожи сужаются, в результате чего замед­ляется поток крови к поверхности тела и снижается теплоотдача от поверхности тела за счет конвекции и излучения. При высоких температурах окружающего воздуха наблюдается обратная картина: за счет расширения кровеносных сосудов кожи и увеличения притока крови существенно увеличивается теплоотдача в окру­жающую среду.

Повышенная влажность (b> 85 %) затрудняет теплообмен между организмом человека и внешней средой вследствие уменьшения испарения влаги с поверхности кожи, а низкая влажность (b< 20 %) приводит к пересыханию слизистых оболочек дыхательных путей. Движение воздуха в помещении улучшает теплообмен между те­лом человека и внешней средой, но излишняя скорость движения воздуха (сквозняки) повышает вероятность возникновения про­студных заболеваний.

Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую сре­ду при испарении влаги, выводимой на поверхность тела потовыми железами:

Q_п = G_п×r, (3.5)

где G_n- масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с; r - теп­лота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.

Различают острые и хронические формы нарушение терморегуляции.

Острые формы нарушения терморегуляции:

- тепловая гипертермия - теплоотдача при относительной влаж­ности воздуха75…80 % - легкое повышение температуры тела, обильное потоотделение, жажда, небольшое учащение дыхания и пульса. При более значительном перегреве возникает также одышка, головная боль и головокружение, затрудняется речь и др.

- судорожная болезнь - преобладание нарушения водно-солево­го обмена - различные судороги, особенно икроножных мышц, сопровождаемые большой потерей пота, сильным сгущением крови. Вязкость крови увеличивается, скорость её движения уменьшается и поэтому клетки не получают необходимого количества кислорода.

- тепловой удар - дальнейшее протекание судорожной болезни
- потеря сознания, повышение температуры до 40…41 °С, слабый учащенный пульс. Признаком тяжелого поражения при тепловом ударе является полное прекращение потоотделения.

Тепловой удар и судорожная болезнь могут заканчиваться и смертельным исходом.

Хронические формы нарушения терморегуляции приводят к изменениям в состоянии нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем человека, формируя производственно-обусловленные заболе­вания.

Длительное охлаждение часто приводит к расстройству деятельности капилляров и мелких артерий (ознобление пальцев рук, ног кончиков ушей). При этом происходит и переохлаждение всего орга­низма. Широко распространены вызываемые охлаждением заболева­ния периферийной нервной системы, особенно пояснично-крестцовый радикулит, невралгия лицевого, тройничного, седалищного и других нервов, обострения суставного и мышечного ревматизма, плев­рит, бронхит, асептическое и инфекционное воспаление слизистых оболочек дыхательных путей и др.

Влажный воздух лучше проводит тепло, а подвижность его увеличивает теплоотдачу конвекцией, что это приводит к большому обморо­жению (даже смерти) при условии низкой температуры, высокой влажности и подвижности воздуха.

Выделяют три стадии охлаждения организма челове­ка, которые характеризуются следующими показателями;

I-II стадии - температура тела от 37 до 35,5°С. При этом происходит:

- спазм сосудов кожи;

- урежение пульса;

- снижение температуры тела;

- повышение артериального давления;

- увеличение легочной вентиляции;

- увеличение теплопродукции.

Таким образом, в пределах до 35 °С организм пытается бороться собственными силами против охлаждающего микроклимата.

III стадия - температура тела ниже 35 °С. При этом происходит: падение температуры тела;

- снижение деятельности центральной нервной системы;

- снижение артериального давления;

- уменьшение легочной вентиляции;

- уменьшение теплопродукции.

Заболевания, вызываемые охлаждением: обморожения, отеки лок­тей и ступней, острые респираторные заболевания и грипп.

Создание благоприятного микроклимата рабочей зоны является гарантом поддержания терморегуляции организма, повышения работоспособности человека на производстве.

Министерством здравоохранения Российской Федерации (с 2004 г. - Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации) разработаны гигиенические требования к показателям микроклимата рабочих мест производственных помещений, которые устанавливаются с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы, периодов года.

Нормативные документы определяют понятия оптимальных и допустимых параметров микроклимата.

Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционально­го и теплового состояния организма без напряжения механизмов его терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работо­способности (табл. 3.1).

Перепады температуры воздуха по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны превышать 2 °С и выходить за пределы величин, указанных в табл. 3.1 для отдельных категорий работ.

Допустимыми условиями являются такие, которые при длитель­ном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функциональ­ного и теплового состояния организма, сопровождающиеся напря­жением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но мо­гут наблюдаться временное ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.

Таблица 3.1

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

ГОСТ 12.1.005-88 «Воздух рабочей зоны Общие санитарно-гигиенические требования» устанавливает оптимальные и допус­тимые параметры микроклимата в производственном помещении в зависимости от тяжести выполняемых работ, количества избыточ­ного тепла в помещении и сезона (времени года). Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях обес­печиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые параметры - обычными системами вентиляции и отопления.

В соответствии с этим ГОСТом различают холодный и переход­ный 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 (172…293 Вт) и тяже­лые (более 293 Вт).

По количеству избыточного тепла все производственные поме­щения делятся в зависимости от избытка явной теплоты, т.е. тепло­ты, поступающей в них от оборудования, отопительных приборов, солнечного нагрева, людей и любых других источников воздейст­вия на температуру воздуха в этом помещении. Помещения с не­значительными избытками явной теплоты (Q_ЯТ < 23,2 Дж/м³×с) от­носятся к «холодным», а со значительными избытками явной теп­лоты (Q_ЯТ> 23,2 Дж/м³×с) - к «горячим».

Условия труда по показателям микроклимата делятся на 4 класса:

- нагревающий – сочетание температуры, влажности и скорости движения воздуха, при котором происходит накопление тепла в организме выше оптимального (> 0,87 кДж/кг) или увеличение доли потери тепла испарения > 30 % в общей структуре теплового баланса (характерен для машинных отделений судов, секций тепловозов, кузнечных, сварочных, литейных цехов или ремонтных участков транспортных предприятий);

- охлаждающий – сочетание температуры, влажности и скорости движения воздуха, приводящее к дефициту тепла в организме (> 0,87 кДж/кг) в результате снижения температуры оболочки тела (верхних слоев тканей) (характерен для рефрижераторных секций на железных дорогах и рефрижераторных трюмов на судах, неотапливаемых складов, а также депо в зимнее время, куда поступает подвижной состав после длительного нахождения на холоде);

- переменный (охлаждающий и нагревающий), встречающийся при работе экипажей судов;

- умеренного термического действия, присущий большинству производственных цехов обслуживающих предприятий транспорта и административных помещений.

Методы обеспечения нормальных микроклиматических условий.

1. Отопление –совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемых помещениях.

Системы отопления подразделяются:

- по расположению основных элементов – на местные и центральные;

- по виду теплоносителя – на водяные, паровые, воздушные и газовые.

2. Защита от теплового излучения:

- теплоизоляция – температура нагретых поверхностей оборудования, коммуникаций и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45 °С, а для оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100 °С, – не должна превышать 35 °С (в качестве теплоизоляционных используются мастичные, оберточные и засыпные материалы);

- экранирование – использование теплоотражающих, теплопоглощающих и теплоотводящих экранов;

- мелкодисперсное распыление воды – водяные завесы;

- воздушное душирование рабочих мест;

- оптимальное размещение оборудования и рабочих мест.

3. Герметизация помещений –улучшение плотности подгонки дверей, рам, заслонок и т.п.; двойное застекление; оборудование шлюзов; устройство тепловых воздушных завес.

5. Кондиционирование – искусственная автоматическая обработка воздуха с целью поддержания в помещениях заранее заданных метеорологических условий, независимо от изменения наружных условий и режимоввнутри помещения.

6. Рациональные режимы труда и отдыха – организация дополнительных перерывов в рабочей смене для обогрева или охлаждения работников в специально оборудованных для этой цели помещениях.

7. Рациональный питьевой режим и медицинские средства профилактики.

Рассмотрим более подробно наиболее эффективные методы защиты от неблагоприятного воздействия микроклимата.