Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при выполнении тяжелой работы) . Чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрому утомлению, потере сознания и тепловой смерти.
Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура изменяется в довольно значительных пределах и под одеждой составляет 30...34 °С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела температура может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделения человека полностью воспринимаются окружающей средой, т.е. когда имеется тепловой баланс и температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «жарко». Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 43 °С. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек, происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «холодно». Минимальная температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 25 °С. Комфортной средой является такая, охлаждающая способность которой соответствует теплопродукции человека. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений - холода или перегрева.
Тепловой баланс организма человека при различных метеоусловиях различен. Наибольшее влияние на самочувствие человека оказывает температура
воздуха. Она ощущается, в первую очередь, открытыми поверхностными частями тела человека. От температуры тела зависят интенсивность обмена веществ и окислительных процессов в тканях, регулирование кровоснабжения кожи, потоотделения и дыхания. При обычной температуре от кожного покрова человека в воздух помещения отводится до 45 % теплоты путем излучения, до 30 % за счет конвективного теплообмена и до 25 % при испарении пота.
Высокая температура воздуха оказывает неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему человека. Низкая температура может вызвать местное и общее переохлаждение организма, стать причиной простудных заболеваний.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется посредством конвекции (процесс обмывания тела воздухом).
Температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха получили название показателей микроклимата , а их числовые значения -параметров микроклимата .
Параметры микроклимата и интенсивность физической нагрузки организма характеризуют степень комфортности производственного микроклимата, теплоощущения человека, его работоспособность.
Установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека начинает падать. Предельная температура вдыхаемого воздуха, при
которой человек еще в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, составляет около 116 °С.
Переносимость человеком температуры также зависит от влажности и скорости передвижения окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность воздуха, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре воздуха выше 30 °С. При такой температуре вся выделяемая теплота идет на испарение пота. Но при высокой влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, изнуряя организм и не обеспечивая необходимую теплоотдачу. Вместе с потом организм человека теряет значительное количество минеральных солей. При неблагоприятных условиях производственного микроклимата потеря жидкости человеком может достигать 8...10 л за смену и с ней до 40 г поваренной соли (всего в организме человека около 140 г). При высокой температуре воздуха более интенсивно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
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 - состояния, при котором температура тела поднимается до
38...39 °С (тепловой удар). При этом состоянии возникает головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, пульс и дыхание учащены. Наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами могут появляться судороги, потеря сознания.
В горячих цехах по ремонту железнодорожного подвижного состава имеются технологические процессы, которые протекают при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое воздействие, при этом наступает нарушение нормальной деятельности сердечно-сосудистой и центральной нервной системы. Эти лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут явиться причиной охлаждения и даже переохлаждения организма - гипотермии. В начальный период воздействия умеренного холода наблюдается уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдыхаемого воздуха. При продолжительном действии холо-
Температура тела человека сохраняется на определенном уровне, не зависящем от температуры окружающей среды. Сохранение постоянной температуры обеспечивается регуляцией теплообразования и теплоотдачи. Образование теплоты в организме происходит непрерывно во всех органах в результате окисления питательных веществ. Большое количество теплоты образуется в мышцах, особенно во время физической работы. Существует прямая зависимость между обменом веществ и теплообразованием: повышение обмена веществ сопровождается усилением теплообразования и, наоборот, при понижении обмена веществ снижается образование тепла. Регуляция теплообразования сводится к изменению обмена веществ. Так, при понижении температуры окружающей среды обмен, веществ и, следовательно, образование тепла усиливаются. Наглядным примером такой зависимости является дрожание мышц при охлаждении тела. Раздражение холодом соответствующих рецепторов кожи вызывает рефлекторное сокращение мышц, что сопровождается повышением в них обмена веществ и увеличением образования тепла.
Одновременно с теплообразованием происходит процесс oтдачи тепла. Кровь, протекая через органы, нагревается и затем отдает излишек теплоты в окружающую среду. Теплоотдача осуществляется преимущественно через кожу путем излучения и проведения тепла, а также при испарении пота. Часть тепла отдается с выдыхаемым воздухом, с мочой и калом. Излучение и проведение тепла через кожу происходят только при условии, если температура окружающего воздуха ниже температуры тела. При высокой температуре воздуха тепло отдается преимущественно или исключительно в результате потоотделения. Регуляция теплоотдачи основана в значительной степени на изменении объема крови, протекающей через сосуды кожи, и на интенсивности потоотделения. Так, при расширении сосудов кожи и усиленном притоке крови теплоотдача повышается, а при сужении их и уменьшении притока крови - снижается.
Процесс теплообразования и теплоотдачи регулируется нервной системой. На эти процессы оказывает влияние центр теплорегуляции ("тепловой центр"), расположенный в промежуточном отделе головного мозга. В опытах на животных установлено, что механическое (укол специальной иглой) или электрическое раздражение этой области головного мозга вызывает повышение температуры тела.
В норме же возбуждение теплового центра возникает в результате раздражения температурных рецепторов кожи и под влиянием температуры крови, притекающей к центру. Так, например, при раздражении холодом рецепторов кожи возникающие в них импульсы передаются в центр теплорегуляции. Одновременно может несколько измениться температура крови, омывающей тепловой центр. В ответ на эти раздражения тепловой центр оказывает два вида влияния: усиление обмена веществ в тканях, что повышает теплопродукцию, и сужение кровеносных сосудов кожи, что ведет к уменьшению активной теплоотдачи. Вследствие этого не наступает охлаждения организма.
В организме здорового человека между теплообразованием и теплоотдачей существует равновесие: в окружающую среду выделяется столько тепла, сколько его образуется. Благодаря такому соответствию теплообразования и теплоотдачи температура тела поддерживается на одном уровне.
Средняя температура тела у здорового человека при измерении в подмышечной впадине колеблется в пределах 36,5 - 36,9°. У грудных детей определяют температуру тела в прямой кишке (37 - 37,5°). В течение суток происходят небольшие колебания температуры, имеющие определенную закономерность. Наиболее низкая температура отмечается от 4 до 6 часов, наиболее высокая - от 16 до 18 часов. По данным измерения температуры в разное время суток можно составить суточную температурную кривую.
Многие заболевания сопровождаются повышением температуры тела, что объясняется нарушением теплорегуляции. Повышение температуры тела свыше 41° является угрожающим для организма, так как нарушаются жизненные процессы (они возможны только при определенных границах температуры). При высокой температуре тела наблюдается резкое увеличение обмена веществ: происходит усиленный распад собственных белков организма (отрицательный азотистый баланс), наступает учащение сердцебиений и связанное с этим повышение кровяного давления, учащается дыхание и т. п. Повышение температуры тела наблюдается при интенсивной мышечной работе, особенно в условиях высокой температуры воздуха. При этом у человека может наступить тепловой удар.
В некоторых случаях, например при длительном охлаждении, температура тела по сравнению с нормальной оказывается пониженной. Понижение температуры тела (гипотермия) иногда вызывают искусственно при хирургических вмешательствах (например, при операциях на сердце). Это приводит к снижению обмена веществ в организме и к уменьшению потребности тканей в кислороде. В таких условиях ткани более длительный срок переносят недостаток кислорода в крови.
13. ТЕПЛООТДАЧА ЧЕЛОВЕКА
Теплоотдача - это теплообмен между поверхностью тела человека и окружающей средой. В сложном процессе сохранения теплового баланса организма регуляция теплоотдачи имеет большое значение. Применительно к физиологии теплообмена теплоотдача рассматривается как переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую" среду. Теплоотдача осуществляется в основном излучением, конвекцией, кондукцией, испарением. В условиях теплового комфорта и охлаждения наибольшую долю занимают потери тепла радиацией и конвекцией (73-88% общих теплопотерь) {1.5, 1.6}. В условиях, вызывающих перегревание организма, преобладает теплоотдача испарением.
Радиационный теплообмен. В любых условиях жизнедеятельности человека между ним и окружающими телами происходит теплообмен путем инфракрасного излучения (радиационный теплообмен). Человек в процессе своей жизнедеятельности часто подвергается нагревающему воздействию инфракрасных излучений с разными спектральными характеристиками: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий, отопительных приборов, и т. д. В производственной деятельности с радиационным нагреванием человек сталкивается, например, в горячих цехах металлургической, стекольной, пищевой промышленности и др.
Излучением человек отдает тепло в случаях, когда температура ограждений, окружающих человека, ниже температуры поверхности тела. В окружающей человека среде часто встречаются поверхности, имеющие температуру значительно ниже температуры тела (холодные стены, застекленные поверхности). При этом потери тепла излучением могут быть причиной местного или общего охлаждения человека. Радиационному охлаждению подвергаются строительные рабочие, рабочие, занятые на транспорте, обслуживающие холодильники и др.
Теплоотдача излучением в комфортных метеорологических, условиях
составляет 43,8-59,1% общих теплопотерь. При наличии в помещении
ограждений с температурой более низкой, чем температура воздуха,
удельный вес теплопотерь человека излучением возрастает и может
достигать 71%. Этот способ охлаждения и нагревания оказывает более
глубокое воздействие на> организм, чем конвекционный (1.5J. Передача
тепла излучением* пропорциональна разности четвертых степеней абсолютных
температур поверхностей тела человека и окружающих предметов. При
небольшой разности температур, что практически наблюдается в реальных
условиях жизнедеятельности человека, уравнение для определения потерь
тепла радиацией (Sрад, Вт, можно» записать так:
где а рад - коэффициент излучения, Вт/(м2°С); Spaд - площадь поверхности, тела человека, участвующей в радиационном теплообмене, м2; t1 - температура поверхности тела (одежды) человека, °С; t2 - температура поверхности окружающих предметов, °С.
Коэффициент излучения а рад при известных значениях t1 и t2 может быть определен по табл. 1.3.
Поверхность тела человека, участвующая в радиационном Теплообмене, меньше всей поверхности тела, так как некоторые части тела взаимно облучаются и не принимают участия в обмене. Поверхность тела, участвующая в обмене тепла, может составлять 71-95% всей поверхности тела человека. Для людей, находящихся в положении стоя или сидя, коэффициент эффективности излучения с поверхности тела составляет 0,71; в процессе движения человека он может увеличиваться до 0,95.
Потери тепла радиацией с поверхности тела одетого человека Qрад, Вт, могут быть определены также по уравнению
Конвекционный теплообмен. Передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека (или одежды) движущемуся вокруг него (нее) воздуху. Различают конвекционный теплообмен свободный (обусловленный разностью температур поверхности тела и воздуха) и принудительный (под влиянием движения воздуха). По отношению к общим теплопотерям в условиях теплового комфорта теплоотдача конвекцией составляет 20-30% . Существенно возрастают потери тепла конвекцией в условиях ветра.
С использованием суммарного значения коэффициента теплоотдачи (а рад.конв) могут быть определены значения радиационно-конвективных теплопотерь (Орад.конв) по уравнению
Орад.конв = Орад.конв (tод-tв).
Кондукционный теплообмен.
Теплоотдача от поверхности тела
человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляется
проведением (кондукцией). Потери тепла кондукцией в соответствии с
законом Фурье могут быть определены по уравнению
Как видно из уравнения, отдача тепла кондукцией тем больше, чем ниже температура предмета, с которым соприкасается человек, чем больше поверхность соприкосновения и меньше толщина пакета материалов одежды.
В обычных условиях удельный вес потерь тепла кондукцией невелик, так как коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха незначителен. В этом случае человек теряет тепло кондукцией лишь с поверхности стоп, площадь которых составляет 3% площади поверхности тела. Но иногда (в кабинах сельскохозяйственных машин, башенных кранов, экскаваторов и т. д.) площадь соприкосновения с холодными стенами может быть довольно большой. Кроме того, помимо размера контактирующей поверхности имеет значение и подвергающийся охлаждению участок тела (стопы, поясницы, плеч и т. д.).
Теплоотдача испарением.
Важным способом теплоотдачи, особенно при
высокой температуре воздуха и выполнении человеком физической работы,
является испарение диффузионной влаги и пота. В условиях теплового
комфорта и охлаждения человек, находящийся в состоянии относительного
физического покоя, теряет влагу путем диффузии (неощутимой перспирации)
с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. За счет этого человек
отдает в окружающую среду 23-27% общего тепла, при этом 1/3 потерь
приходится на долю тепла испарением с верхних дыхательных путей и 2/3 -
с поверхности кожи. На влагопотери путем диффузии оказывает влияние
давлёние водяных паров в воздухе, окружающем человека. Поскольку в
земных условиях изменение давления водяных паров невелико, влагопотери
вследствие испарения диффузионной влаги принято считать относительно
постоянными (30-60 г/ч). Несколько колеблются они лишь в зависимости от
кровоснабжения кожи.
Потери тепла путем испарения диффузионной влаги с поверхности кожи Qисп.д, Вт, могут быть определены по уравнению
Теплоотдача при дыхании. Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха составляют небольшую долю по сравнению с другими видами потерь тепла, однако с увеличением энерготрат и со снижением температуры воздуха теплопотери этого вида увеличиваются.
Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха Qдых.н, Вт, могут
быть определены по уравнению
Qдых.н=0,00 12Qэ.t (34-tв),
где 34 - температура выдыхаемого воздуха, °С (в комфортных условиях) .
В заключение следует отметить, что приведенные выше уравнения для расчета составляющих теплового баланса позволяют лишь ориентировочно оценить теплообмен человека с окружающей средой. Существует также ряд уравнений (эмпирических и аналитических), предложенных разными авторами и позволяющих определить необходимую для расчета теплового сопротивления одежды величину радиационно-конвективных теплопотерь (фрэд конв).
В" связи с этим в исследованиях наряду с расчетными применяются экспериментальные методы оценки теплообмена организма. К ним относятся методы определения общих влагопотерь человека и потерь влаги испарением путем взвешивания раздетого b одетого человека, а также определения радиационно-конвективных теплопотерь с помощью тепломерных датчиков, размещаемых на поверхности тела.
Помимо прямых методов оценки теплообмена человека используются косвенные, отражающие влияние на организм разницы между теплоотдачей и теплопродукцией в единицу времени в конкретных условиях жизнедеятельности. Это соотношение определяет тепловое состояние человека, сохранение которого на оптимальном или допустимом уровне является одной из главных функций одежды. В связи с этим показатели и критерии теплового состояния человека служат физиологической основой как проектирования одежды, так и ее оценки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 1. Иванов К. П. Основные принципы регуляции температурного пзмео-стаза/В кн. Физиология терморегуляции. Л., 1984. С. 113-137.
1.2 Иванов К. П. Регуляция температурного гомеостаза у животных и человека. Ашхабад, 1982.
1 3 Беркович Е. М. Энергетический обмен в норме и патологии. М., 1964.
1.4. Fanger Р. О. Thermal Comfort. Copenhagen, 1970.
K5. Малышева A. E. Гигиенические вопросы радиационного теплообмена человека с окружающей средой. М., 1963.
1 6. Колесников П. А. Теплозащитные свойства одежды. М., 1965
1 7. Витте Н. К- Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956
Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения и составляет от 85 (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду, Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и как следствие к потере трудоспособности, быстрому утомлению, потере сознания и тепловой смерти.
Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела около 36,5 «С. Она зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха она может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2°С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 43 °С, минимальная - 25 °С.
Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и под одеждой составляет 30…34 °С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела температура может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение Q ТП
человека полностью воспринимается окружающей средой Q ТО
, т. е. когда имеет место тепловой баланс Q ТП
= Q ТО
. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Q ТП
> Q ТО
), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «жарко». В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Q ТП
< Q ТО
), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «холодно».
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией Q k
в результате смывания тела воздухом, излучением на окружающие поверхности и в процессе тепломассообмена Q л
при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании. Нормальное самочувствие человека реализуется при соблюдении равенства:
Q ТП
= Q k
+ Q л
+ Q ТМ
Количество теплоты, отдаваемое организмом человека различными путями, зависит от того или иного параметра микроклимата. Так, величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.
Излучение теплоты происходит в направлении окружающих человека поверхностей, имеющих более низкую температуру, чем температура поверхности одежды и открытых частей тела человека. При высоких температурах окружающих поверхностей (свыше 30 °С) теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплоотдача излучением идет в обратном направлении - от горячих поверхностей к человеку.
Отдача теплоты при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами, зависит от температуры воздуха, интенсивности работы, выполняемой человеком, от скорости движения окружающего воздуха и его относительной влажности.
Температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха получили название параметры микроклимата. Температура окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма характеризуют конкретную производственную обстановку.
Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена человека с окружающей средой, как было показано выше, являются показатели микроклимата. В естественных условиях на поверхности Земли (уровень моря) они изменяются в существенных пределах. Так, температура окружающей среды изменяется от -88 до + 60 °С; подвижность воздуха - от 0 до 60 м/с; относительная влажность - от 10 до 100 % и атмосферное давление - от 680 до 810 мм рт. ст.
Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру тела постоянной. Терморегуляция осуществляется в основном тремя способами: биохимическим путем; путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.
Терморегуляция биохимическим путем, называемая химической терморегуляцией, заключается в изменении теплопродукции в организме за счет регулирования скорости окислительных реакций. Изменение интенсивности кровообращения и потовыделения изменяет отдачу теплоты в окружающую среду и поэтому называется физической терморегуляцией.
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. Экспериментально установлено, что оптимальный обмен веществ в организме и соответственно максимальная производительность деятельности имеют место, если составляющие процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Q k
≈30 %; Q л
≈ 50 %; Q ТМ
≈ 20 %. Такой баланс характеризует отсутствие напряженности системы терморегуляции.
Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Установлено, что при температуре воздуха более 25 °С работоспособность человека начинает падать. Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, около 116°С.
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. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при <ос > 30 °С, так как при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых витаминов. При неблагоприятных условиях потеря жидкости может достигать 8…10 л за смену и с ней до 40 г поваренной соли (всего в организме около 140 г NаС1). Потери более 30 г NаС1 крайне опасны для организма человека, так как приводят к нарушению желудочной секреции, мышечным спазмам, судорогам. Компенсация потерь воды в организме человека при высоких температурах происходит за счет распада углеводов, жиров и белков.
Для восстановления водносолевого баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты подпитки подсоленной (около 0,5 % NаС1) газированной питьевой водой из расчета 4…5 л на человека в смену. На ряде заводов для этих целей применяют белково-витаминный наииток. В жарких климатических условиях рекомендуется пить охлажденную питьевую воду или чай.
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. При этом наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами возникают судороги, потеря сознания.
В горячих цехах промышленных предприятий большинство технологических процессов протекает при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие, при этом наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем. Лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения и даже переохлаждения организма - гипотер-мии. 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. 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.
2. КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МИКРОКЛИМАТА
Нормативные параметры производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88, а также СанПиН 2.2.4.584-96.
Таблица– Оптимальные показатели микроклимата на рабочих местах производственных помещений
|
Период года |
Температура воздуха, 0 С |
Температура поверхностей, 0 С |
Относительная влажность воздуха, % |
Скорость движения воздуха, м/с |
|
|
Холодный |
Iа(до139) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
IIб (140…174) |
21…23 |
20…24 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIб(175…232) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIб (233…290) |
17…19 |
16…20 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (более 290) |
16…18 |
15…19 |
60…40 |
0,3 |
|
|
Теплый |
Iа (до 139) |
23…25 |
22…26 |
60…40 |
0,1 |
|
Iб (140…174) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIа (175…232) |
20…22 |
19…23 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIб (233…290) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (более 290) |
18…20) |
17…21 |
60…40 |
0,3 |
Для оценки характера одежды и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Различают теплый и холодный период года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха + 10 °С и выше, холодный - ниже + 10°С.
При учете интенсивности труда все виды работ, исходя из общих энегогозатрат организма, делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Характеристику производственных помещений по категории выполняемых в них работ устанавливают по категории работ, выполняемых половиной и более работающих в соответствующем помещении.
К легким работам (категория I) 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 (категория На) и 233…290 Вт (категория 116). В категорию На входят работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей, в категорию Пб - 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 кузнечных, литейных цехах с ручными процессами и др.).
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 высокой 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.
Измерения показателей микроклимата проводят в рабочей зоне на высоте 1,5 м от пола, повторяя их в различное время дня и года, в разные периоды технологического процесса. Измеряют температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха.
Для измерения температуры и относительной влажности воздуха используют аспирационный психрометр Асмана (рис. 2). Он состоит из двух термометров. У одного из них ртутный резервуар покрыт тканью, которую увлажняют с помощью пипетки. Сухой термометр показывает температуру воздуха. Показания влажного термометра зависят от относительной влажности воздуха: температура его тем меньше, чем ниже относительная влажность, поскольку с уменьшением влажности возрастает скорость испарения воды с увлажненной ткани и поверхность резервуара охлаждается более интенсивно.
Чтобы исключить влияние подвижности воздуха в помещении на показания влажного термометра (движение воздуха повышает скорость испарения воды с поверхности увлажненной ткани, что ведет к дополнительному охлаждению ртутного баллона с соответствующим занижением измеряемой величины влажности по сравнению с ее истинным значением) оба термометра помещены в металлические защитные трубки. С целью повышения точности и стабильности показаний прибора в процессе измерения температуры сухим и влажным термометрами через обе трубки пропускаются постоянные потоки воздуха, создаваемые вентилятором, размещенным в верхней части прибора.
Перед измерением в специальную пипетку набирают воду и увлажняют ее тканевую оболочку влажного термометра. При этом прибор держат вертикально, затем взводят часовой механизм и устанавливают (подвешивают или удерживают в руке) в точке измерения.
Через 3…5 мин показания сухого и, влажного термометров устанавливаются на определенных уровнях, по которым с помощью специальных таблиц рассчитывается относительная влажность воздуха.
Скорость движения воздуха измеряется с помощью анемометров (рис. 2.7). При скорости движения воздуха свыше 1 м/с используют крыльчатые или чашечные анемометры, при меньших скоростях - термоанемометры.
Принцип действия крыльчатого и чашечного анемометров - механический. Под воздействием аэродинамической силы движущегося потока воздуха ротор прибора с закрепленными на нем крыльями (пластинками) начинает вращаться со скоростью, величина которой соответствует скорости набегающего потока. Через систему зубчатых колес ось соединена с подвижными стрелками. Центральная стрелка показывает единицы и десятки, стрелки мелких циферблатов - сотни и тысячи делений. С помощью расположенного сбоку рычага можно отключить ось от механизма зубчатых колес или подключить ее.
Перед измерением записывают показания циферблатов при отключенной оси. Прибор устанавливают в точке измерения, и ось с закрепленными на ней крыльями начинает вращаться. По секундомеру засекают время и включают прибор. Через 1 мин движением рычага ось отключают и снова записывают показания. Разность показаний прибора делят на 60 (число секунд в минуте) для определения скорости вращения стрелки - количества проходимых ею делений за 1 с. По найденной величине с помощью прилагаемого к прибору графика определяют скорость движения воздуха в секунду.
Для измерения малых скоростей движения воздуха используют термоанемометр, который позволяет также определять температуру воздуха. Принцип измерения основан на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента прибора при изменении температуры и скорости воздуха. По величине электрического тока, измеряемого гальванометром, определяют с помощью таблиц скорость движения потока воздуха
ЛИТЕРАТУРА
Жидецкий В.Ц., Джигирей В.С., Мельников А.В. Основы охраны труда. Учебник – Изд. 2-е, дополненное. –СПб: Афиша, 2000.
2014-05-14
Значение окружающей среды для жизнедеятельности человека Жилая среда и ее влияние на здоровье человека БЕНЗ-А-ПИРЕН. ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ПИЩЕ
Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1995. .
Дружинин В.Ф., Мотивация деятельности в чрезвычайных ситуациях, М., 1996.
Между человеком и окружающей его средой постоянно происходит теплообмен. Факторы окружающей среды воздействуют на организм комплексно, и в зависимости от их конкретных значений вегетативные центры (полосатое тело, серый бугор промежуточного мозга) и ретикулярная формация, взаимодействуя с корой головного мозга и посылая по симпатическим волокнам импульсы к мышцам, обеспечивают оптимальное соотношение процессов теплообразования и теплоотдачи.
Терморегуляцией организма называется совокупность физиологических и химических процессов, направленных на поддержание температуры тела в определенных пределах (36,1...37,2 °С). Перегрев тела или его переохлаждение приводит к опасным нарушениям жизненных функций, а в некоторых случаях — к заболеваниям. Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов — теплопродукции и теплоотдачи. На тепловой баланс организма существенно влияет теплоотдача, как наиболее управляемая и изменчивая.
Теплота вырабатывается всем организмом, но более всего поперечнополосатыми мышцами и печенью. Теплообразование организма человека, одетого в домашнюю одежду и находящегося в состоянии относительного покоя при температуре воздуха 15...25°С, сохраняется приблизительно на одном и том же уровне. С понижением температуры оно увеличивается, а при ее повышении с 25 до 35 °С несколько уменьшается. При температуре более 40 °С выработка теплоты начинает увеличиваться. Эти данные свидетельствуют о том, что регуляция производства теплоты в организме главным образом происходит при пониженных температурах окружающей среды.
Теплопродукция возрастает при выполнении физической работы, причем тем больше, чем тяжелее работа. Количество вырабатываемой теплоты зависит также от возраста и состояния здоровья человека. Усредненные значения теплопродукции взрослого человека в зависимости от температуры окружающего воздуха и тяжести выполняемой работы приведены в таблице 14.3.
14.3. Теплопродукция человека в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемой работы
|
Температура воздуха, "С |
Теплопродукция, Дж/с |
Температура воздуха, °С |
Теплопродукция, Дж/с |
|
Состояние покоя |
Работа средней тяжести |
||
|
Легкая работа |
Тяжелая и очень тяжелая работа |
||
Различают три вида теплоотдачи организма человека:
излучение (в виде инфракрасных лучей, испускаемых поверхностью тела в направлении предметов с меньшей температурой);
конвекция (нагревание омывающего поверхность тела воздуха);
испарение влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и легких.
Процентное соотношение между этими видами теплоотдачи человека, находящегося в нормальных условиях в состоянии покоя, выражается следующими цифрами: 45/30/25. Однако указанное соотношение может изменяться в зависимости от конкретных значений параметров микроклимата и тяжести выполняемой работы.
Теплоотдача излучением происходит только в том случае, когда температура окружающих предметов ниже температуры открытых участков кожи (32. ..34, 5 °С) или наружных слоев одежды (27. ..28 °С для легко одетого человека и приблизительно 24 °С для человека в зимней одежде). Основная часть излучения относится к инфракрасному диапазону с длиной волны (4. ..50) * 10-6м. При этом теряемое организмом в единицу времени количество теплоты, Дж/с (1 Дж/с = 1 Вт),
Pp = Sδ(Tч4 - То4),
где
S— площадь поверхности тела человека,
определяемая по графику (рис. 14.1), м2. Если масса и рост человека
неизвестны, то принимают S= 1,5м2; δ — приведенный
коэффициент излучения, Вт/(м2*К4): для хлопчатобумажной
ткани 5 = 4,2*10-8, для шерсти и шелка δ = 4,3*10 , для
кожных
покровов человека δ = 5,1*10-8; Тч — температура
поверхности тела человека: для раздетого человека 306 К (это
соответствует 33
°С); Тo — температура окружающей среды, К.
Рис. 14.1. График для определения площади поверхности тела человека в зависимости от его массы и роста
Теплоотдача конвекцией также происходит в случае, если температура поверхности кожи или верхних слоев одежды выше температуры омывающего их воздуха. При отсутствии ветра прилегающий к поверхности кожи раздетого человека слой воздуха толщиной 4...8 мм нагревается за счет его теплопроводности. Более отдаленные слои нагреваются вследствие естественного движения воздуха или принудительного побуждения. С увеличением скорости движения воздуха толщина окружающего человека пограничного слоя уменьшается до 1 мм, а теплоотдача поверхности тела возрастает в несколько раз. Потери теплоты конвекцией через дыхательные пути меньше, чем от кожного покрова, и происходят в тех случаях, когда температура вдыхаемого воздуха ниже температуры тела. Теплоотдача конвекцией повышается с ростом барометрического давления.
Приближенно потери теплоты в единицу времени конвекцией, Дж/с, можно определить по формуле
Pк1 = 7(0,5 + √v)S(Tч - То)
Рк2 = 8,4(0,273 + √v)S(Tч - То)
где v — скорость движения воздуха, м/с.
Первую формулу используют при скорости движения воздуха v ≤ 0,6 м/с, вторую — при v > 0,6 м/с.
Испарение — это теплоотдача при повышенной температуре воздуха, когда указанные ранее способы теплоотдачи затруднены или невозможны. В обычных условиях на большей части поверхности тела человека происходит неощутимое потоотделение, возникающее в результате диффузии воды без активного участия потовых желез. Исключение составляют поверхности ладоней, подошв и подмышечных впадин (составляющие примерно 10 % поверхности тела), на которых пот выделяется непрерывно.
В результате испарения организм в сутки теряет в среднем около 0,6 л воды. Так как на испарение 1 г воды затрачивается приблизительно 2,5 кДж теплоты, то потери ее за сутки составят приблизительно 1500кДж. С увеличением температуры воздуха и степени тяжести работы за счет более активного проникновения жидкости через стенки оплетающих потовые железы артериальных сосудов и нервной регуляции потоотделение усиливается, достигая за смену 5 л, а в некоторых случаях 10... 12 л. Отдача теплоты также возрастает.
При слишком интенсивном выделении пот не всегда успевает испариться и может выделяться в виде капель. В этом случае влажный слой на коже препятствует теплоотдаче, приводя в дальнейшем к перегреванию организма. Кроме влаги с потом человек теряет большое количество солей (в 1 л пота содержится 2,5...2,6 г хлорида натрия) и водорастворимых витаминов (С, BI, 62), что приводит к сгущению крови и ухудшению работы сердца. Следует отметить, что при потере количества воды, равного 1 % общей массы тела, у человека возникает чувство сильной жажды; утрата 5 % воды приводит к потере сознания, 10% — к смерти.
Количество выделяемого пота зависит и от индивидуальных особенностей организма, а также от степени его приспособляемости к данным климатическим условиям. На интенсивность испарения влаги влияют температура и скорость движения воздуха.
Через дыхательные пути испаряется около 300...350 г влаги в сутки, что приводит к потере 750...875 кДж теплоты.
Общие потери теплоты испарением в единицу времени, Дж/с, можно приближенно определить по формуле
Ри = 0,6547q(1 + kл), где q — интенсивность выделения пота, г/ч, определяемая взвешиванием человека; kл — коэффициент пересчета теплоотдачи через легкие, зависящий от температуры окружающего воздуха: при О "С kл = 0,43, при 18 °С — 0,3, при 28 °С — 0,23, при 35 °С - 0,035 и при 45°С kл = 0,015.
