Теплообмен человека с окружающей средой

Допустимые микроклиматические условия  установлены по критериям допустимого  теплового и функционального  состояния человека на период 8-часовой  рабочей смены. Они не вызывают повреждений  или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению  общих и локальных ощущений теплового  дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению  работоспособности.

Допустимые величины показателей  микроклимата устанавливаются в  случаях, когда по технологическим требованиям, технически и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.

 

 

 

 

 

Влияние метеоусловий на организм человека

Под метеорологическими условиями  в рабочей зоне производственных помещений, а также в кабинах  операторов, автомобилей, тракторов  и т.д. понимают: оптимальную и  допустимую температуру, относительную  влажность и скорость движения воздуха, а также интенсивность теплового  излучения.

В спокойном состоянии  в результате нормального обмена веществ здоровый человек для  сохранения постоянной температуры  тела (около 37 ºС) должен выделять в окружающую среду примерно 114,6 Дж/с тепла. 
При оптимальных метеорологических условиях 28 Дж/с затрачивается на испарение влаги с кожного покрова (испаряется примерно 45 г/час влаги); 28,9 Дж/с отдаётся в окружающую среду конвекцией и 27,9 Дж/с лучеиспусканием. Это, так называемая, физическая терморегуляция организма.

Отклонение метеорологических  условий от оптимальных приводит к нарушению физической терморегуляции организма. 
При температуре воздуха выше 30 ºС отдача тепла в окружающую среду происходит главным образом путём испарения пота, а при температурах 35-40 ºС - исключительно этим путём.

С повышением влажности воздуха  испарение влаги с поверхности  тела затруднено, что приводит к  уменьшению тепловыделения за счёт испарения  влаги с кожного покрова.

Сочетание высокой температуры  и влажности воздуха, особенно при  выполнении тяжёлых физических работ, приводит к большим потерям влаги  организмом. Потоотделение достигает 10-12 литров в смену, при этом организм вместе с водой теряет соли (до 40 г. в сутки, вместо 10 г. в нормальных условиях), а также витамины С  и В1. Это может привести к патологической гипертермии, судорожной болезни и  тепловому удару. Тепловой удар сопровождается внезапной потерей сознания, падением сердечной деятельности, повышением температуры тела до 40-42 ºС.

Минимально допустимый уровень  температуры - 11 ºС, дальнейшее понижение температуры приводит к переохлаждению организма. 
Низкая влажность 25-30 % приводит к сухости слизистых оболочек рта и верхних дыхательных путей.

Вредное действие высокой  температуры и влажности можно уменьшить создав усиленное движение воздуха, однако, возникающие сквозняки могут оказывать вредное воздействие на организм. Поэтому оптимальная скорость воздуха в помещении устанавливается не более 0,2 - 0,3 м/с. 
 Терморегуляция организма зависит не только от метеорологических факторов, но и от целого ряда условных раздражителей - мышечной деятельности, положения тела, освещения и т.д. Поэтому оптимальные и допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются с учётом тяжести выполняемой работы и ряда других факторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контроль параметров микроклимата

Измерения показателей микроклимата проводятся не менее трех раз  в  течение одного дня в начале, середине и конце рабочей смены. 

Температуру, относительную влажность  и скорость движения воздуха измеряют на высоте 1,0 м от пола или рабочей  площадки при работах, выполняемых  сидя, и на высоте 1,5 м – при  выполнении работ стоя. 

Измерения проводят однократно как  на постоянных, так и на непостоянных рабочих местах при их минимальном  и максимальном удалении от нагретых агрегатов, окон, дверных проемов, открытых ванн и других источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения. 

Интенсивность теплового излучения  на постоянных и непостоянных рабочих  местах необходимо определять в направлении  максимума силы теплового излучения  от каждого источника, располагая приемник прибора перпендикулярно падающему  потоку на высоте 0,5; 1,0 и 1,7 м. 

Температура и относительная влажность  воздуха измеряется аспирационными психрометрами типа МВ-4М или М-34. При отсутствии в местах измерения  источников лучистого тепла (инфракрасного  излучения) температура и относительная  влажность могут измеряться суточными  и недельными термографами типа М-16 и гигрографами типа М-21 при условии  сравнения их показаний с показаниями  аспирационного психрометра. Для измерения  относительной влажности и температуры  могут использоваться современные  приборы ИВТМ-7МК и ИВГ-1МК и др.     Для измерения температуры нагретых тел, поверхностей стен, оборудования можно использовать термометр контактный микропроцессорный ТК-5М или переносной электронный термометр 1503П, пирометр С-110Л, термометр универсальный TESTO 925 и др. 

Скорость движения воздуха измеряется крыльчатыми анемометрами АСО-3 типа Б, если скорость лежит в пределах от 1 до 10 м/с или чашечными, которые  позволяют измерить скорость движения воздуха от 1до 30 м/с. Для измерения  небольших скоростей воздуха (0,02 – 2м/с) необходимо использовать дифференциальный микроанемометр или электроанемометр. К анемометрам последнего типа относится  термоанемометр типа ЭА-2М,  который  параллельно определяет температуру  воздуха. Диапазон скоростей, измеряемых термоанемометром, лежит в пределах от 0,03 до 5 м/с. Скорость движения воздуха  менее 0,3 м/с, особенно при наличии  разнонаправленных потоков, можно  измерять цилиндрическими или шаровыми кататермометрами. Они позволяют  определять диапазон скоростей воздуха от 0,1 до 1,5 м/с, обеспечивая при этом достаточную для практических целей точность измерений. Однако его не рекомендовано использовать при температуре воздуха выше 290С, при наличии вблизи точки измерения нагретых или охлажденных поверхностей. 

К современным портативным приборам для измерения скорости воздуха  относятся электронный анемометр  АПР-2, TESTO 425, 435 и др. 

Тепловое облучение измеряется различными приборами типа радиометров, актинометров, болометров, спектрорадиометров (РОТС-11, ДОИ-1, СРП-86). Кроме того, для  измерения можно использовать  актинометр Носкова, радиометр энергетической освещенности РАТ-2П-Кварц-41, портативный  инфракрасный термометр ПИТ (пирометр), инфракрасный радиационный термометр  ИРТ-2 и др.). 

Измерения должны проводиться метрологически аттестованными приборами. Диапазон измерений  и допустимая погрешность измерительных  приборов должны соответствовать требованиям  действующих нормативных документов. 

Этот показатель используют для  интегральной оценки тепловой нагрузки среды на рабочих местах, на которых  скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового  облучения – 1200 Вт/м2. Значения ТНС-индекса  не должны выходить за пределы величин, рекомендуемых в табл. 2.16. 

         В настоящее  время производится специальный  прибор для определения индекса  ТНС (шаровой термометр), который  может использоваться для измерения  температуры и относительной  влажности воздуха в рабочей  зоне, а также температуры «по  влажному термометру» и температуры  внутри черной сферы. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятия по созданию условий  нормальной терморегуляции

Для обеспечения нормативных параметров микроклимата в производственных помещениях проводятся  технологические, технические, санитарно-технические и организационные  мероприятия. Наиболее радикальными методами управления микроклиматом являются: 

-  максимально возможная механизация  и автоматизация тяжелых и  трудоемких работ, выполнение  которых сопровождается избыточным  теплообразованием в организме  человека; 

- дистанционное управление теплоизлучающими  процессами и аппаратами, исключающими  необходимость пребывания работающих  в зоне инфракрасного облучения; 

- рациональное размещение и  теплоизоляция оборудования, коммуникаций  и других источников, излучающих  тепло в рабочую зону. Оно должно  размещаться таким образом, чтобы  исключалась возможность совмещения  потоков лучистой энергии на  рабочих местах. При возможности  его следует размещать на открытых  площадках. Теплоизоляция оборудования  должна обеспечивать температуру наружных стенок не выше 45 ºС. Для тепловой изоляции используют теплоизоляционные огнеупорные материалы, жаропрочные бетоны, диатомит, трепел, асбест, стекловату, различные органические материалы. Для нагретых аппаратов обычно используют многослойную изоляцию: вначале материал, выдерживающий требуемую температуру, а затем материал с более эффективными теплоизоляционными свойствами. Немаловажную роль играет в этом случае и окраска внешних поверхностей нагретых тел. Так, расчеты показывают, что покрытие аппаратов алюминиевой краской приводит к снижению лучистой теплоотдачи в 2 раза. 

- оборудование источников интенсивного  влаговыделения с открытой поверхностью  испарения (ванны, красильные  и промывочные аппараты и другие  емкости с водой или растворами) крышками или снабжение их  местными отсосами; 

         При невозможности  нормализации микроклимата в  производственных помещениях следует  применять: 

-  защитные экраны, водяные и  воздушные завесы, защищающих рабочие  места от теплового излучения,  а также водо-воздушное или  воздушное душирование; Основной  способ борьбы с лучистым теплом (инфракрасным излучением) на рабочих местах заключается в изоляции излучающих поверхностей, т.е. создании определенного термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов различных конструкций (жестких глухих, сетчатых полупрозрачных, водяных, водно-воздушных и др.). Действие защитных экранов заключается либо в отражении лучистой энергии обратно к источнику излучения, либо в ее поглощении. По принципу работы различают отражающие, поглощающие и теплоотводящие экраны. Однако, это деление условно, т.к. любой экран обладает способностью отражать, поглощать или отводить тепло. Принадлежность экрана к той или иной группе зависит от преимущественного свойства последнего. В зависимости от возможности наблюдения за ходом технологического процесса экраны можно разделить на три типа: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

К отражающим экранам относятся  жесткие глухие преграды (они отражают до 95 % длинноволнового излучения). При  непрерывном смачивании экранов  водой можно достичь практически  полной задержки лучистого тепла. 

К поглощающим экранам относятся  различные цепные завесы, металлические  сетки, армированное стекло, щиты и  экраны из материалов, имеющих низкий коэффициент теплопроводности (шлаковая вата, асбест и др.). 

 Цепные экраны (в виде плотной  сетки с подвижными петлями  или из обыкновенных мелких  цепей) снижают лучистый поток  на 60-70 %, при этом сохраняется  возможность наблюдения за ходом  технологического процесса. Их используют  при интенсивности облучения  0,7 – 4,9 кВт/м2. Коэффициент эффективности  цепных завес зависит от толщины  цепей. Для повышения эффективности  защитных свойств могут применяться  завесы с водяной пленкой или  несколько рядов цепей. 

К полупрозрачным экранам относятся  металлические сетки с размером ячейки 3,0 – 3,5 мм. Сетки применяют  при интенсивности облучения 0,35 – 1,05 кВт/м2, и их коэффициент эффективности  составляет около 0,67. 

  Чаще всего поглощающие экраны изготавливают из различных стекол (кварцевых, силикатных, органических), бесцветных или окрашенных. Для повышения эффективности применяется двойное остекление с вентилируемой воздушной прослойкой. Органическое стекло, как правило, используют для защиты лица от теплового облучения в виде налобовых щитков. Эффективность поглощения инфракрасного излучения зависит от его спектра т.к. стекла обладают узкополосными свойствами. 

К теплоотводящим экранам относят  завесы из водяной пленки, которые  заметно поглощают инфракрасное излучение с длиной волны более 1,9 мкм и значительно  - при длинах волн более 3,2 мкм. Поэтому они пригодны для экранирования источников инфракрасного излучения с температурой до 800 ºС. При толщине слоя воды 15 – 20 мм полностью поглощаются излучения с длиной волны более 1мкм, поэтому такой слой воды эффективно защищает от теплового излучения источников с температурой до 1800 ºС. Экраны с водяной пленкой, стекающей по стеклу, более устойчивы по сравнению со свободными завесами: они имеют более высокий коэффициент эффективности (порядка 0,9) и могут использоваться при интенсивностях облучения 1750 Вт/м². 

Хорошо зарекомендовали себя прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой пленки, образующейся при равномерном  стекании воды с гладкой поверхности. Наиболее сильное поглощение тепловых лучей наблюдается в зоне длинных  волн 1,5+6 мкм. Слой воды толщиной 0,001 м  полностью поглощает часть спектра  с длиной волны 3 мкм, а слой воды 0,01 м поглощает излучение с  длиной волны 1,5 мкм. При этом коротковолновое  излучение источника теплового  излучения практически не поглощается. Поэтому пленочные завесы эффективны в основном для экранирования  излучения низкотемпературных источников. 

    - организация рационального  водно-солевого режима работающих  с целью профилактики перегрева  организма. Для этого к питьевой  воде добавляют небольшое количество (0,2 -- 0,5%) поваренной соли и насыщают  ее диоксидом углерода (сатурируют). Прием газированной подсоленной  воды позволяет быстро восстанавливать  нарушенное водно-солевое равновесие  организма, утолять жажду, компенсировать  потоотделение и соответственно  снижать потери массы. Диоксид  углерода придает вкус воде  и улучшает секрецию желудочного  сока. 

         - устройство  в горячих цехах специально  оборудованных комнат, кабин или  мест для кратковременного отдыха, в которые подается очищенный  и умеренно охлажденный воздух;