V. МИКРОКЛИМАТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
1. Параметры микроклимата и их измерение
Условия микроклимата в производственных помещениях зависят от ряда факторов:
климатического пояса и сезона года;
характера технологического процесса и вида используемого оборудования;
условий воздухообмена;
размеров помещения;
числа работающих людей и т.п.
Микроклимат в производственном помещении может меняться на протяжении всего рабочего дня, быть различным на отдельных участках одного и того же цеха.
В производственных условиях характерно суммарное (сочетанное) действие параметров микроклимата : температуры, влажности, скорости движения воздуха .
В соответствии с СанПиН 2.2.4.548 – 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» параметрами, характеризующими микроклимат являются:
температура воздуха ;
температура поверхностей (учитывается температура поверхностей ограждающихконструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т.п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств);
относительная влажность воздуха ;
скорость движения воздуха ;
интенсивность теплового облучения .
Температура воздуха , измеряемая в 0 С, является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата. Температура поверхностей и интенсивность теплового облучения учитываются только при наличии соответствующих источников тепловыделений.
Влажность воздуха - содержание в воздухе водяного пара. Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность.
Абсолютная влажность (А) - упругость водяных паров, находящихся в момент исследования в воздухе, выраженная в мм ртутного столба, или массовое количество водяных паров, находящихся в 1 м 3 воздуха, выражаемое в граммах.
Максимальная влажность (F) - упругость или масса водяных паров, которые могут насытить 1 м 3 воздуха при данной температуре.
Относительная влажность (R) -это отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.
Скорость движения воздуха измеряется в м/с.
Измерение параметров микроклимата.
В обычных условиях для измерения температуры воздуха используются термометры (ртутные или спиртовые), термографы (регистрирующие изменение температуры за определенное время) и сухие термометры психрометров.
Для определения влажности воздуха применяются переносные аспирационные психрометры (Ассмана), реже стационарные психрометры (Августа) и гигрометры. При использовании психрометров дополнительно измеряют атмосферное давление с помощью барометров – анероидов.
Скорость движения воздуха измеряется крыльчатыми и чашечными анемометрами.
Рассмотрим примеры приборов, традиционно используемых для измерения параметров микроклимата.
Аспирационный психрометр МВ-4М
Аспирационный психрометр МВ - 4М предназначен для определения относительной влажности воздуха в диапазоне от 10 до 100 % при температуре от -30 до +50 0 С. Цена деления шкал термометров не более 0,2 0 С. Принцип его работы основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха. Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров, резервуары которых помещены в металлические трубки защиты. Эти трубки соединены с воздухопроводными трубками, на верхнем конце которых укреплен аспирационный блок с крыльчаткой, заводимой ключом и предназначенной для прогона воздуха через трубки с целью сделать более интенсивным испарение воды со смоченного термометра.
Анемометр крыльчатый АСО-3
Крыльчатый анемометр применяется для измерения скоростей движения воздуха в диапазоне от 0,3 до 5 м/с. Ветроприемником анемометра служит крыльчатка, насаженная на ось, один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй через червячную передачу передает вращение редуктору счетного механизма. Его циферблат имеет три шкалы: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение механизма производится арретиром. Чувствительность прибора не более 0,2 м/с.
В последнее время для определения параметров микроклимата производственных помещений успешно применяются аналого-цифровые приборы.
Портативный измеритель влажности и температуры ИВТМ – 7
Прибор предназначен для измерения относительной влажности и температуры, а также для определения других температуро-влажностных характеристик воздуха. В качестве чувствительного элементаизмерителя температурыиспользуется пленочный терморезистор, выполненный из никеля. Чувствительным элементом измерителя относительной влажности является емкостной датчик с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Принцип работы прибора основан на преобразовании емкости датчика влажности и сопротивления датчика температуры в частоту с дальнейшей обработкой ее с помощью микроконтроллера. Микроконтроллер обрабатывает информацию, отображает ее на жидкокристалическом индикаторе и одновременно выдает с помощью интерфейса RS – 232на компьютер.
Анемометр Testo – 415
Прибор предназначен для измерения скорости воздуха и температуры в помещениях. Информация отображается на большом двухстрочном дисплее. Прибор имеет возможность усреднения результатов измерений по времени и числу замеров.Тема 3 Идентификация и воздействие на человека вредных и опасных факторов
21. Как подразделяются вредные вещества по степени опасности?
а)на 5 классов опасности; б) на 4 класса опасности; в) на 6 классов опасности; г) на 3 класса опасности
22. Вредные условия труда по показателям вредных и опасных производственных факторов, тяжести и напряженности труда делятся на _____ классов:
а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5
а)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, барометрическое давление; б)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения, барометрическое давление; в)температура, максимальная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения; г)температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, интенсивность теплового излучения
24. Основную роль в развитии профзаболеваний легких (пневмокониозов) играет пыль со следующими характеристиками:
a)мелкодисперсная с размером частиц 0,2 - 7 мкм; б)мелкодисперсная с размером частиц менее 0,2 мкм;в)крупнодисперсная с размером частиц более 10 мкм; г)любая пыль
25. Состояние, в котором находится ацетилен в баллонах:
а) жидкое; б) сжиженное; в) растворенное; г) твердое
26. В процессе идентификации опасностей выявляют :
а) вероятность появления; б) координаты; в) возможный ущерб;
г) наказание виновных лиц.
27. Ультрафиолетовое излучение это :
в) возникновение в окружающей среде электромагнитных полей, характеризуется определенной энергией и распространяется в виде электромагнитных волн.
28. Ионизирующее излучение это:
а) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; б) излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию среды;
в) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией.
29. Электромагнитное излучение это:
а) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; б) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией; в) возникновение в окружающей среде электромагнитных полей, характеризуется определенной энергией и распространяется в виде электромагнитных волн.
30. Лазерное излучение это :
а) генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, действие основано на свойстве атома излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное с меньшей энергией; б) электромагнитное излучение в оптической области, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету и имеющее длины волн 200…400 нм; в) излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
г. Барнаул 2007
Зыга и оценка параметров микроклимата производственных помещений. Методические указания к лабораторной работе. - Барна7- -38 с. с прилож.
В методических указаниях приведены основные гигиенические требования к микроклимату производственных помещений и методика определения оценки соответствия параметров микроклимата гигиеническим требованиям.
Методические указания предназначены для проведения лабораторных занятий по данной теме со студентами инженерных и технологических специальностей.
© Алтайский государственный аграрный университет, 2007
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ
МИКРОКЛИМАТА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Цель работы: изучить методику определения и оценки параметров микроклимата производственных помещений и рабочих зон.
1. Ознакомиться с основными требованиями к параметрам микроклимата производственных помещений.
2. Изучить методику определения параметров микроклимата.
Определить значение температуры, относительной и скорости движения воздуха согласно заданию. Оформить протоколы отчета. Полученные результаты сравнить с нормами (протокол № 4 отчета) и оценить параметры микроклимата. Изучить методику комплексной оценки параметров микроклимата и по номограмме (рис. приложения) определив эквивалентно-эффективную температуру, сделать вывод о комфортности микроклимата.
Оборудование
Гигрометр психрометрический ВИТ-1, психрометр аспирационный, актинометр Носкова, барограф, термограф, гигрограф, гигрометр волосяной, для определения скорости движения воздуха - лабораторная установка, включающая анемометры (крыльчатый АСО-3 и чашечный МС-13) и цифровой переносной анемометр АП-1.
Рисунки приборов и экспериментальной установки приведены в приложении.
1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МИКРОКЛИМАТУ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Метеорологические условия - это физическое состояние воздушной среды, определяемое действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности, скорости движения воздуха, атмосферного давления.
Терморегуляция - способность организма поддерживать постоянной температуру тела человека в определенных границах (36,1-37,2°С). Она обеспечивается изменением двух составляющих: теплообмена (теплопередачи) и теплоотдачи. Из них основное значение имеет регуляция теплоотдачи, так как этот путь регуляции теплового равновесия организма человека более изменчив и управляем.
Микроклимат производственных помещений - это климат в ограниченном пространстве (внутри помещений), который кроме основных параметров метеоусловий (температуры, скорости движения воздуха, относительной влажности) для отдельных производств дополнительно и интенсивностью теплового излучения от нагретого оборудования.
Факторы, влияющие на микроклимат, можно разделить на две группы: нерегулируемые (комплекс климатообразующих факторов данной местности) и регулируемые (особенности и качество строительства зданий и сооружений, интенсивность теплового излучения от нагревательных приборов, кратность воздухообмена, количество людей и животных в помещении и др.). При выполнении работ на открытой местности или площадках метеорологические условия определяются климатическим поясом и сезоном года.
Указанные параметры могут изменяться в широких пределах и имеют ряд особенностей: значительную выраженность отдельных факторов, определенное их сочетание во многих случаях, большую изменчивость в связи с особенностями технологических процессов и оборудования и т. п.
Высокая температура воздуха способствует быстрой утомляемости работающего, может привести к перегреву организма, тепловому удару или профзаболеванию, а низкая температура воздуха - вызвать местное или общее охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания либо обморожения.
Влажность воздуха оказывает значительное влияние на терморегуляцию организма человека. Высокая относительная влажность при высокой температуре воздуха способствует перегреванию организма, при низкой температуре она усиливает теплоотдачу с поверхности кожи, что ведет к переохлаждению организма. Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей работника.
Подвижность воздуха эффективно способствует теплоотдаче организма человека и положительно проявляется при высоких температурах, но отрицательно - при низких.
Поэтому благоприятный (комфортный) микроклимат на производстве и рабочих местах является важным условием высокопроизводительного труда, профилактики заболеваний и травматизма. Терморегуляция зависит не только от внешних условий, но и от влияния на теплоотдачу (энергозатраты) организма тяжести работы.
Все работы в зависимости от интенсивности общих энергозатрат организма человека по СанПиН 2.2.4.548 - 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» подразделяются на легкие (Iа и Iб), средней тяжести (IIа и IIб) и тяжелые (III).
Iа - работы с интенсивностью энергозатрат до 139 Вт (до 120 ккал/ч.), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением;
Iб - работы с интенсивностью энергозатрат 141- 174 Вт (121 - 150 ккал/ч.), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением;
IIа - работы с интенсивностью энергозатрат 175 - 232 Вт (150 - 200 ккал/ч.), связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения;
IIб - работы с интенсивностью энергозатрат более 232-290 Вт (201 - 250 ккал/ч.), связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением;
III - работы с интенсивностью энергозатрат более 290 Вт (более 250 ккал/ч.), связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий.
Следовательно, нормы параметров микроклимата производственных помещений зависят от степени тяжести выполняемой работы (уровня энергозатрат), периода года и подразделяются на оптимальные и допустимые.
Оптимальные - такие сочетания параметров, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма, напряжение реакций терморегуляции, не выходящих за пределы физиологических приспособительных возможностей.
Нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха установлены для рабочей зоны - пространства высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на котором находится место постоянного или временного пребывания работающего (табл. 1). Постоянным считается место, на котором работающий проводит более50% (или более 2 ч непрерывно). Если работа осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, постоянным рабочим местом является вся рабочая зона.
Если по технологическим требованиям, технически и экономически обоснованным причинам оптимальные параметры микроклимата не могут быть обеспечены, то устанавливают пределы их допустимых значений.
2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
2.1. Определение температуры воздуха
Температура воздуха - степень его нагретости, выраженная в градусах Цельсия (Со).
Температура в большинстве измеряется ртутным или спиртовыми термометрами, подвешенными на 8-10 мин в проверяемой зоне. В помещениях с высоким уровнем теплового излучения температуру следует определять с помощью парного термометра, состоящего из двух ртутных термометров, резервуар одного из которых зачернен, а другого - посеребрен.
Для непрерывной записи значений температуры воздуха на бумажную диаграмму применяют термографы М-16 АС суточный (рис. 1 приложения А) или М-16 АН-недельный. Измерительно-регистрирующая часть их представляет собой биметаллическую пластину 1, соединенную рычагом со стрелкой 2, на конце которой закреплено перо. Барабан 3 с бумажной лентой приводится в движение часовым механизмом, который заводится ключом. Продолжительность одного оборота барабана составляет 26 ч для термографа М-16 АС и 176 ч - для М-16 АН.
Принцип действия прибора основан на свойстве биметаллической пластинки (датчика температуры) изменять радиус изгиба с изменением температуры воздуха. Деформация пластины преобразуется с помощью передаточного механизма в перемещение стрелки с пером по бумажной диаграмме, закрепленной зажимом на барабане часового механизма.
Бланк диаграммы разделен по вертикали на горизонтальные линии с ценой деления 1 секунда, а по горизонтали - вертикальными дугообразными линиями с ценой деления, соответствующей 15 мин времени оборота барабана для суточных, 2-м часам - для недельных термографов.
Определение температуры воздуха можно совместить с определением относительной влажности, используя показания сухого термометра гигрометра психометрического типа ВИТ-1 (рис. 2 приложения А).
2.2. Определение влажности воздуха
В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяных паров. Когда количество их в воздухе при определенной температуре достигает максимального значения, воздух называется насыщенным.
Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха. Абсолютная влажность выражается упругостью водяных паров в граммах, приходящихся в 1 м3 воздуха. Максимальная влажность - упругость водяных паров в граммах при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре или количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м3 или 1 кг воздуха при данной температуре (табл. 2).
Таблица 2
Максимальное содержание паров в воздухе при полном насыщении в зависимости от температуры
Примечание: Содержание водяного пара в воздухе определено при нормальном атмосферном давлении.
Относительная влажность - отношение абсолютной влажности к максимальной влажности воздуха при данной температуре, выраженная в процентах. При оценке воздушной среды этот показатель является основным критерием.
При определении влажности используют гигрометры типа ВИТ-1, гигрометры волосяного типа М-19 или аспирационный психрометр (рис. 2, 3, 4 приложения А).
Гигрометр психометрический типа ВИТ-1 состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров, закрепленных на пластмассовом основании (корпусе). Сухой термометр 1 показывает температуру воздуха в зоне измерения. Резервуар влажного термометра 2 обернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в стеклянный питатель 3 с дистиллированной водой. По ткани к резервуару этого термометра поступает влага. Определив показания термометров и разность температур, по психометрической таблице (табл. 1 приложения Б) нанесенной на корпус психрометра, находят относительную влажность воздуха.
Относительную влажность можно определить непосредственно по циферблату гигрометра волосяного типа М-19 (рис. 3 приложения А), принцип работы которого основан на способности человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха. Обезжиренный в эфире (спирте) человеческий волос 1, через блок соединены с легкой стрелкой (указателем) 2. При уменьшении относительной влажности приемная часть (волос) укорачивается, а при увеличении - удлиняется. Стрелка-указатель в соответствии с этими изменениями перемещается вдоль шкалы 3, на которой нанесены деления от 0 до 100, указывающие процент относительной влажности.
Гигрометр может определять влажность при отрицательных температурах. Погрешность в работе гигрометра 5-10%.
Психрометр аспирационный (рис. 4 приложения А) устроен аналогично. Отличие его заключается в том, что оба термометра 1 заключены в светлые металлические трубки, через которые с помощью просасывается исследуемый воздух. Привод вентилятора у аспирационного психрометра МВ-4М механический, пружину которого перед началом измерений заводят с помощью ключа 3, а у психрометра М-34 - электрический. Аспирация обеспечивает постоянную смену воздуха вокруг термометров, что позволяет определить влажность значительной массы воздуха, а не только той его части, которая находится в непосредственной близости прибора как у психрометрических гигрометров. Всасываемый воздух выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке 2.
Сухой термометр будет показывать температуру воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше из-за охлаждения, вызванного испарением воды с поверхности батиста, облегающего резервуар термометра. Принцип определения относительной влажности аспирационным психрометром аналогичен гигрометру ВИТ-1 (табл. 2 приложения Б).
Для непрерывной записи значений влажности воздуха на бумажную ленту применяют гигрографы М-21А (рис. 5 приложения А). Также как и термографы, они бывают суточные (С) и недельные (Н). Принцип действия гигрографа основан на свойстве женского волоса 1 изменять свою длину с изменением влажности воздуха. Изменение длины пучка волос преобразуется с помощью передаточного механизма в перемещение стрелки 2 с пером по бумажной диаграмме, закрепленной на барабане 3. При увеличении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается вверх, а при уменьшении опускается вниз.
На относительную влажность влияет величина барометрического давления, определяемая барометром или барографом (рис. 6 а, б приложения А).
Барометр-анероид предназначен для измерения давления воздуха. Его приемное устройство (анероидная коробка) выполнена в виде плоской металлической цилиндрической коробки с крышкой и дном. В коробке создано сильное разряжение, но она не сплющивается под действием внешнего давления, т. к. крышка оттягивается пружиной. При изменениях давления упругие деформации крышки через систему рычагов передаются стрелке-указателю, которая перемещается вдоль шкалы, отградуированной в единицах давления. Стрелка барометра указывает на циферблате величину давления в мм. рт. ст. или в Паскалях.
Барограф, как гигрограф и термограф, (рис. 6 б приложения А) представляет собой самопишущий прибор. для непрерывной регистрации колебаний атмосферного давления воздуха. Заводной ключ часового механизма располагается на оси барабана под крышкой корпуса. Движение крышек анероидных коробочек передается с помощью системы рычагов стрелке с пером, обеспечивающей непрерывную регистрацию на диаграммной ленте величину атмосферного давления. Диаграммная лента прибора разделена по вертикали горизонтальными параллельными линями с ценой деления, соответствующей 1мбар атмосферного давления, а по горизонтали - вертикальными дугообразными линиями с ценой деления, соответствующе 15 мин времени оборота барабана для суточных, 2-м часам - для недельных.
1 бар = 7,5 · 10 мм. рт. ст.; 1 миллибар (мбар) = 0,7501 мм. рт. ст.
2.3 Определение скорости движения воздуха
Для измерения скорости воздушного потока применяют анемометры различных конструкций (крыльчатые и чашечные).
Анемометр чашечный МС-13 (рис. 7 а приложения А) предназначен для измерения скорости воздуха от 1 до 20 м/с. Анемометр ручной крыльчатый АСО-3 (рис. 7 б приложения А) для измерения скорости воздуха в пределах 0,3-0,5 м/с.
Чашечный анемометр в верхней части имеет четыре полых полушария (чашечки) 4. которые под влиянием потока воздуха вращаются вокруг вертикальной оси. Нижний конец оси при помощи зубчатой передачи соединен со стрелками, расположенными на циферблате 2. Передвигаясь по шкале, они указывают число делений. Большая стрелка показывает единицы и десятки, маленькие (в зависимости от их количества) - сотни, тысячи делений.
Сбоку корпуса 1 циферблата имеется колечко (арретир) 3, с помощью которого включается и выключается счетчик оборотов стрелок. Перед началом измерения при выключенном счетчике записывают показания стрелок. Прибор устанавливают перпендикулярно воздушному потоку и дают чашечкам некоторое время вращаться вхолостую. Затем одновременно включают счетчик анемометра и секундомер на одну минуту, после чего записывают конечные показания прибора (стрелок циферблата). Разность между конечным и начальным показаниями счетчиков делят на время измерения (60 с) и определяют число делений в секунду.
Аналогично скорость движения воздуха определяется крыльчатым анемометром, у которого ветроприемником служит крыльчатка 4, насаженная на ось с подшипниковыми втулками.
Для перевода скорости оборота счетного механизма (дел/с) в м/с к паспорту анемометров АСО-3 и МС-13 прилагаются тарировочные графики (рис. 8, 9 приложения А).
При необходимости постоянного контроля скорости воздушного потока используется анемометр цифровой переносной АП-1 с диапазоном измерения скорости движения воздуха 0,3-5,0 м/с и 1-20 м/с.
Анемометр АП-1 включает в себя:
Первичные измерительные преобразователи АП1-1 и АП1-2, преобразующие энергию воздушного потока во вращение ветроприемника, вырабатывающего электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости воздушного потока;
Цифровой измерительный прибор, регистрирующий импульсы и выдающий цифровую информацию о скорости воздушного потока.
Принципы работы анемометра АП-1 можно изучить с помощью лабораторной установки, схема которой приведена на рисунке 10 приложения А.
Цифровой измерительный прибор 2 выполнен в отдельном корпусе, в котором размещены плата преобразователя с индикаторами, батареи питания, разъём для подключения первичных преобразователей АП1-1 или АП1-2 и выпрямительного . На передней панели измерительного прибора 2 имеется окно 3 со светофильтром для цифровых индикаторов. Задняя крышка корпуса выполнена в виде съёмной кассеты для замены элементов питания. Питание анемометра осуществляется от восьми батарей аккумуляторного типа Д-0,26 с напряжением 9,6 В.
Интенсивность теплового излучения определяют актинометром (рис. 11 приложения А), на задней стенке которого расположены белые и зачерненные пластины, соединенные с термопарами. Принцип действия прибора основан на возбуждении электродвижущей силы термопарами вследствие того, что черные пластинки под воздействием лучистой энергии нагреваются до более высокой температуры, чем белые. Электродвижущая сила регистрируется гальванометром, шкала которого отградуирована в кал/см2 · мин.
Перед измерением интенсивности теплового излучения стрелку гальванометра нужно установить на нуль. После этого, открыв заднюю крышку, прибор установить перед источником теплового излучения так, чтобы лучи падали перпендикулярно к приемнику лучистой энергии.
Через 3-4 сек записывают показатели стрелки и убирают прибор, закрыв приемник крышкой. Допустимая величина лучистой энергии на рабочем месте - 0,5 кал/см 2 мин.
3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Определение условий измерения параметров
Определить температуру воздуха по показанию сухого термометра психрометра ВИТ-1 и давление по барометру в Паскалях. Полученные данные (вид помещения, категорию работы по энергозатратам) занести в протокол №1 отчета.
3.2 Определение скорости движения воздуха
Скорость движения воздуха определить с помощью анемометров лабораторной установки (рис. 10 приложения А). Последовательность выполнения:
3.3 Определение относительной влажности
3.3.1 Определение относительной влажности по приборам
На основе изучения методики определения денного параметра микроклимата выполнить следующее практическое задание:
Снять показания сухого и влажного термометров аспирационного психрометра и определить относительную влажность по психрометрической таблице 2 приложения Б. Данные занести в протокол №3 отчета.
3.3.2 Определение расчетного значения относительной влажности.
Относительная влажность φ определяется по формуле:
где qф - абсолютная влажность, г/кг;
fс - максимальное содержание водяных паров при температуре сухого термометра, г/кг (табл. 2).
Абсолютная влажность определяется по формуле:
qф = fв – а · (tc - tв) · Р,
где fв - максимальное содержание водяных паров при температуре влажного термометра, г/кг (табл. 2);
tc, tв - показания «сухого» и «влажного» термометров психрометра, Со;
Р - барометрическое давление, мм. рт. ст.;
а - психрометрический коэффициент (табл. 3);
Таблица 3
Значение психрометрического коэффициента (а)
Скорость воздуха, м/с | ||||||
Психрометрический коэффициент |
Последовательность расчета:
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА И ИХ ОЦЕНКА
4.1. Форма отчета
Результаты определения параметров микроклимата занести в протоколы отчета.
Протокол №1
Условия измерения параметров микроклимата
Протокол №3
Относительная влажность воздуха
4.2. Оценка параметров микроклимата
4.2.1. Оценка результатов замеров
Для оценки соответствия параметров микроклимата заполнить протокол №4 отчета, сопоставить фактические значения с оптимальными и сделать выводы.
Протокол №4
Сравнение фактических параметров метеорологических
условий с нормами
4.2.2. Комплексная оценка параметров микроклимата
Для оценки влияния всех параметров микроклимата на организм человека комплексно существуют разные способы. Чаще всего используют метод, основанный на определении эквивалентно-эффективной температуры с помощью номограммы (приложение В) и сравнении соответствующих условий работы с зоной комфорта.
Эквивалентно-эффективной температурой (ЭЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный тремя факторами: температурой, влажностью и скоростью движения воздуха.
Приведенная номограмма составлена для людей, одетых в одежду для комнатных условий, занятых сидячей или легкой мускульной работой при отоплении помещения конвекционным способом. На номограмме обозначены зоны комфорта (зона хорошего самочувствия) и линия комфорта.
Зона комфорта расположена между 17,2° и 21,2° при различных комбинациях температуры, влажности и скорости движения воздуха. В этих пределах (по всей очерченной площади) не менее чем 50% всех испытуемых людей чувствуют себя хорошо (комфортно). На номограмме градусы эффективной температуры нанесены на кривой, соответствующей скорости движения воздуха, равной нулю.
Эффективной температурой (ЭТ) называется комплекс метеорологических условий, вызывающий одинаковый эффект и обусловленный двумя факторами: температурой и влажностью воздуха.
Линия комфорта проходит внутри зоны комфорта в пределах 18,1°-18,9°, пересекая кривые скоростей движения воздуха и характеризуя собой приятное самочувствие не менее 95% из всех испытуемых лиц.
Эффективная и эквивалентно-эффективная температура вообще не являются реальной температурой, которую можно бы было наблюдать по какому-либо прибору. Обе эти величины являются функциями основных метеорологических факторов (температуры, влажности и скорости движения воздуха), а термины ЭТ и ЭЭТ введены лишь для выражения одинаково восприимчивого ощущения тепла или холода при различных комбинациях значений метеорологических факторов.
Для определения ЭЭТ на номограмме отмечают показания сухого и влажного термометров и соединяют их прямой линией. Точка пересечения ее с кривой, соответствующей скорости воздуха, показывает значение ЭЭТ, и ее положение относительно зоны комфорта. Если значение находится в пределах зоны комфорта, то весь исследуемый комплекс метеорологических условий обеспечивает нормальный тепловой обмен. Если значение находится вне зоны комфорта, то по номограмме определяют пути создания комфортных условий. Это достигается изменением одного или нескольких параметров.
Определив ЭЭТ по данным действительных условий протокола №4, сделать выводы о комфортности условий работы по микроклимату.
Контрольные вопросы
5. Какие приборы используют для измерения скорости движения воздуха?
6. Сущность терморегуляции и теплообмена.
7. От каких показателей зависит выбор норм параметров микроклимата?
Что учитывают при определении категории работы по тяжести? Принцип работы гигрометра ВИТ-1? Что понимается под эквивалентно-эффективной температурой? Зона и линия комфорта. Сущность этих понятий. Какова последовательность определения скорости движения воздуха? Каким прибором определяется тепловая лучистая энергия? Что измеряют термографом и барографом? Принцип их работы.
15. Перечислить приборы для измерения относительной влажности.
16. Какой документ определяет гигиенические нормы микроклимата?
Список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Рис. 10. Лабораторная установка для определения скорости движения воздуха с помощью анемометра АП-1
1 - анемометры; 2 - цифровой измерительный прибор; 3 - окно для цифровых индикаторов; 4 - выключатель блока питания; 5 - вентилятор; 6 - выключатель вентилятора; 7 - регулятор оборотов вентилятора
Рис. 11. Актинометр
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Важнейшим физическим фактором окружающей (производственной) среды, от которого зависят работоспособность и состояние здоровья работающего населения является микроклимат. Производственный микроклимат характеризуется такими параметрами, как уровень температуры и влажности воздуха, скоростью его движения и интенсивностью тепловой радиации преимущественно в инфракрасной и частично в ультрафиолетовой области спектра электромагнитных излучений.
Температура воздуха, определяя метеорологические условия производственной среды, играет важнейшую роль в создании комфортных условий труда промышленных рабочих. На многих производствах - металлургических (доменные, конверторные, мартеновские, прокатные цеха), машиностроительных (литейные, кузнечные, термические цехи), а также тепловых электростанциях, текстильных, резиновых, швейных, стекольных, пищевых производствах, выпуске строительных материалов (кирпич, бетон) труд рабочих сопряжен с влиянием неблагоприятного нагревающего климата. В то же время, ряд производств, напротив, характеризуются пониженной температурой воздуха рабочих мест - труд работников, занятых на элеваторах, в складских помещениях, в некоторых цехах судостроительных заводов, мясо-молочной промышленности.
Работы на открытом воздухе (строительство, лесозаготовка, рыбный промысел, добыча нефти и газа, геологоразведка и др.) в осенний, зимний, весенний и летний периоды года зачастую проходят в крайне неблагоприятных климатических условиях. Порой разница между самой низкой и самой горячей точкой температуры воздуха достигает очень больших значений (диапазон колебаний составляет от 50 С до 80 С).
В этой связи, является несомненно актуальным гигиеническая оценка основных закономерностей формирования микроклимата, адаптации организма к нагревающему и охлаждающему климату, обоснование соответствующих нормативов, разработка комплексных профилактических мероприятий по обеспечению комфортного микроклимата.
Характеристика микроклимата. Параметрами микроклимата, при которых выполняет работу человек и от которой зависит теплообмен между организмом человека и окружающей средой, являются температура окружающей среды, скорость движения воздуха и влажность воздуха.
Температура окружающей среды и скорость движения атмосферного воздуха зависят от очень многих параметров, определяемых временем года и целым комплексом других гидро-метеорологических факторов, которые формируют климат региона. Движение воздуха в производственных помещениях создается конвекционными потоками, в результате неравномерного нагревания воздушных масс от источников тепловыделения.
Влажность воздуха зависит от содержания в нем паров воды и подразделяется на абсолютную влажность (выражается парциальным давлением водяных паров [Па] или в весовых единицах в определенном объеме воздуха [г/м ]); максимальную влажность (выражается количеством влаги при полном насыщении воздуха при данной температуре); относительную влажность (выражается отношением абсолютной влажности к максимальной, выраженной в процентах). Дефицит насыщения - это разница между максимальной и абсолютной влажностью воздуха.
Комфортный (нейтральный) микроклимат характеризуется комфортным тепловым ощущением, а тепловой баланс в организме обеспечивается без напряжения процессов терморегуляции.
Нагревающий микроклимат характеризуется тем, что на рабочих местах параметры микроклимата значительно выше средних значений границы зоны комфорта.
Охлаждающий микроклимат характеризуется температурами воздуха значительно меньшими, чем нижние границы зоны комфорта.
Терморегуляция - взаимосочетание процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокринным путем.
Теплообразование - тепло, продуцируемое организмом, за счет окислительно-восстановительных реакций при сгорании белков, жиров и углеводов.
Теплоотдача - переход теплоты, освобождаемой в процессе жизнедеятельности, из организма в окружающую среду.
Теплоотдача осуществляется путем радиационной теплоотдачи (излучением тепла телом человека по отношению к окружающим поверхностям, имеющим более низкую температуру); конвекции (отдача тепла с поверхности тела человека притекающими к нему менее нагретым слоям воздуха); проведения тепла (отдача тепла предметам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела); испарения воды с поверхности кожи и дыхательных путей. В условиях метеорологического комфорта, теплоотдача излучением составляет в среднем 5065%, испарением воды (пота) - 20-25%, конвекцией - 15-30% от общих потерь тепла организмом.
Влияние нагревающего и охлаждающего микроклимата на организм.
Являясь саморегулирующей системой, организм человека, используя целый каскад физиолого-биохимических реакций, поддерживает постоянство температуры тела за счет усиления или ослабления механизмов теплопродукции и теплоотдачи.
Динамическое соотношение процессов теплообразования и теплоотдачи регулируются терморегуляторными центрами и корой головного мозга. При этом совокупность физиолого-биохимических процессов, обусловленная деятельностью центральной нервной системы, направленной на поддержание температурного гомеостаза, определяет саму суть процесса терморегуляции.
Терморегуляция является одним из наиболее важных физиологических механизмов, с помощью которых поддерживается относительное динамическое постоянство функций организма при различных метеорологических условиях и разной тяжести выполняемой работы. Система терморегуляции включает тепловой центр, расположенный в гипоталамусе, термочувствительные нервные клетки в различных отделах центральной нервной системы, терморецепторы внутренних органов, слизистых оболочек и кожи с соответствующими нервными проводящими путями, эфферентные нервные пути и эффекторные органы в виде кожных сосудов, эндокринных и потовых желез, скелетных мышц.
Среди физиологических механизмов, с помощью которых устанавливается соответствующее соотношение химической и физической терморегуляции, большую роль играет симпатическая нервная система. По симпатическим нервным волокнам импульсы от центральной нервной системы передаются мускулатуре и печени, участвующим в процессе химической терморегуляции. Характер и интенсивность теплоотдачи с поверхности кожи, в реализации механизма которого важное значение отводится сосудистой реакции в ответ на раздражение температурным фактором, также во многом определяется деятельностью симпатической нервной системы.
При воздействии на организм нагревающего климата механизм терморегуляции способствует увеличению теплоотдачи через систему кровообращения и повышенным потоотделением. Роль системы кровообращения состоит в увеличении частоты сердечных сокращений и минутного объема крови, в результате чего происходит усиление тока крови через кожу в следствие расширения кожных сосудов и капилляров. Указанный механизм приводит к увеличению теплопроводности тканей и поступлению тепла в окружающую среду.
При воздействии на организм охлаждающего климата, механизмы терморегуляции направлены на уменьшение теплоотдачи и увеличение количества тепла, вырабатываемого организмом. Уменьшение теплоотдачи происходит в результате сужения (спазма) кровеносных сосудов поверхностных тканей и снижения их температуры. Увеличение теплообразования осуществляется преимущественно за счет повышения мышечного тонуса и рефлекторно возникающей дрожи скелетной мускулатуры.
Сложный процесс физической химической терморегуляции в производственных условиях характеризуется многообразными изменениями и взаимодействием физиологических функций работающего организма. При перегревании и переохлаждении в организме возникают значительные изменения в поведенческих, физиологических реакциях, включая и эндокринную систему.
Охлаждение организма, как правило, сопровождается усиленной секрецией адреналина, который стимулирует клеточный обмен и уменьшает теплоотдачу. В таблице № 12 представлена классификация тепловых состояний организма человека, построенная на данных о характере изменения приспособительных механизмов системы терморегуляции в условиях теплового равновесия, перегревания и охлаждения.
Таблица № 12. Показатели теплового состояния организма
|
Показатель |
Уровень физиологических показателей в условиях |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
перегревания |
теплового равновесия |
охлаждения |
|||||
|
предельно переносимые |
предельно допустимые |
допустимые |
оптимальные |
допустимые |
предельно допустимые |
предельно переносимые |
|
|
Теплоощущения |
очень жарко |
прохладно |
очень холодно |
||||
|
Ректальная температура, °С | |||||||
|
Оральная температура, °С | |||||||
|
Средневзвешенная температура кожи, °С | |||||||
|
Средняя температура тела, °С | |||||||
|
Разность температур туловища и конечностей (грудь-стопа), °С | |||||||
|
Внутренний градиент температур, °С | |||||||
|
Теплоизоляция поверхностных тканей, кло | |||||||
|
Потеря веса, г/ч | |||||||
|
Частота пульса, уд/мин | |||||||
|
Теплопродукция организма, Вт/м 2 |
Повышение до 350 с последующим уменьшением |
||||||
|
Теплоотдача испарением влаги, Вт/м 2 | |||||||
|
Изменение теплосодержания организма, кДж/м 2 | |||||||
Оптимальный микроклимат характеризуется сочетанием таких параметров, которые обусловливают сохранение нормального функционального состояния организма без напряжения реакции терморегуляции. Он создает ощущение теплового комфорта и предпосылки для сохранения высокого уровня работоспособности.
Допустимым микроклиматом является сочетание параметров, которые вызывают изменение функционального состояния организма и напряжение реакции терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей.
Микроклимат производственных помещений - это микроклиматические условия производственной среды (температура, влажность, давление, скорость движения воздуха, тепловое излучение) помещений, которые оказывают влияние на тепловую стабильность организма человека в процессе труда.
Исследования показали, что человек может жить при атмосферном давлении 560-950 мм ртутного столба. Атмосферное давление на уровне моря 760 мм ртутного столба. При данном давлении человек испытывает комфортность. Как повышение, так и понижение атмосферного давления на большинство людей оказывает негативное влияние. С понижением давления ниже 700 мм ртутного столба наступает кислородное голодание, что сказывается на работе головного мозга и центральной нервной системы.
Параметры микроклимата в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4. 548-96 должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей производственной средой и поддержание оптимального или до пустимого теплового состояния организма.
Параметрами, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:
Температура воздуха, t˚C
Температура поверхностей (стен, потолка, пола, ограждений оборудования и т.п.), tп ˚C
Относительная влажность воздуха, W %
Скорость движения воздуха, V м/с
Интенсивность теплового облучения, P Вт/м 2
Абсолютная влажность А – это количество водяных паров, содержащихся в 1 м3. воздуха. Максимальная влажность F max – количество водяных паров (в кг), которое полностью насыщает 1 м3 воздуха при данной температуре (упругость водяных паров).
Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности к максимальной влажности, выраженной в процентах:
Когда воздух полностью насыщен водяными парами, то есть A=Fmax (во время тумана), относительная влажность воздуха φ =100%.
На организм человека и условия его работы оказывает влияние также средняя температура всех поверхностей, ограничивающих помещение, она имеет важное гигиеническое значение.
Другим важным параметром является скорость движения воздуха. При повышенной температуре скорость воздуха способствует охлаждению, а при низких температурах переохлаждению, поэтому она должна быть ограниченной, в зависимости от температурной среды.
Санитарно - гигиенические, метеорологические и микроклиматические условия не только влияют на состояние организма, но и определяют организацию труда, то есть, продолжительность и периодичность отдыха работника и обогрева помещения.
Таким образом, санитарно-гигиенические параметры воздуха рабочей зоны могут быть физически опасными и вредными производственными факторами, оказывающими существенное влияние на технико-экономические показатели производства.
Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих большое влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, местного климата, сезона года, условий отопления (в холодный период года) и вентиляции в помещениях.
Трудовая деятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Её количество зависит от степени физического напряжения в определённых климатических условиях и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжёлой работе). Для того, 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 работоспособности, быстрой утомляемости, потере сознания, к несчастным случаям и профзаболеваниям.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделения человека Qтч полностью воспринимаются окружающей средой Qтс, т.е. когда имеет место тепловом баланс Qтч = Qтс, то в этом случае температура внутренних органов остаётся постоянной 36, 5 ˚C.
Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтч>Qтс), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко . Теплоизоляция человека (например, в тёплой и плотной одежде), находящегося в состоянии покоя (сидя или лёжа) от окружающей среды, приведёт к повышению его температуры уже через 1 час на 1,2˚C. А то же самое при выполнении работы средней тяжести, вызовет повышение температуры на 5 ˚C, т.е. приблизится к критической (+43˚C) температуре.
В
случае, когда окружающая среда воспринимает
больше теплоты, чем её вырабатывает
человек (Qтч
Терморегуляция организма - физиологический процесс поддержания температуры тела в границах от 36,6 до 37,2°С. Основной путь поддержания равновесия - теплоотдача.
Теплоотдача идёт следующими путями:
1 . Излучение тепла (Q изл) телом человека по отношению к окружающим поверхностям, имеющим меньшую температуру. Это основной путь отдачи тепла в производственных условиях. Излучением отдают тепло все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля - 273°С. Человек отдаёт тепло, когда температура окружающих его предметов ниже температуры наружных слоёв одежды (27 - 28°С) или открытой кожи.
2. Проведение (Q п) - отдача тепла предметам, непосредственно соприкасающемся с телом человека.
3. Конвекция (Q к) - передача тепла через воздушную среду. Человек нагревает вокруг себя слой воздуха толщиной 4 - 8 мм путём проведения тепла. Нагрев более отдалённых слоёв идёт за счёт естественного и принудительного замещения прилегающих к телу более тёплых слоёв воздуха более холодными. При подвижном воздухе теплоотдача увеличивается в несколько раз.
4. Испарение воды с поверхности кожи и слизистой оболочки верхних дыхательных путей (Q ис.)- основной путь отдачи тепла при повышенной температуре воздуха, особенно, когда затрудняется или прекращается отдача излучением или конвекцией. В обычных условиях испарение идет в результате неощутимого потоотделения на большей части поверхности тела в результате диффузии воды без активного участия потовых желёз. В целом организм теряет 0,6 л воды в сутки. При выполнении физической работы в условиях повышенной температуры воздуха идёт повышенное потоотделение, при котором количество теряемой жидкости 10 - 12 л за смену. Если пот не успел испариться, он покрывает кожу влажным слоем, что не способствует отдаче тепла, и создаются условия для перегрева организма. В этом случае идёт потеря воды и солей. Это приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водо-растворимых витаминов (С, В1, В2). Такие потери влаги приводят к сгущению крови, нарушению солевого обмена.
При тяжёлой работе в условиях повышенной температуры воздуха теряется 30 - 40 г соли NaCl (всего в организме 140 г NaCl). Дальнейшая потеря солей вызывает мышечные спазмы, судороги.
5. Тепловое (инфракрасное) излучение. В условиях производства может присутствовать тепловое (инфракрасное) излучение - невидимое электромагнитное излучение. Источник - любое нагретое тело.
В зависимости от длины волны оно делится на коротковолновое, средневолновое, длинноволновое. Проходя через воздух эти лучи его не нагревают, но, поглотившись твёрдым телом, лучистая энергия переходит в тепловую.
Особенности действия лучистого тепла зависят от длины волны инфракрасного излучения. Длинные волны (1,4 - 10 мкм) поглощаются слоем кожи, вызывая калящий эффект. Короткие волны проникают глубоко внутрь организма, нагревая внутренние органы, мозг, кровь. Длительное воздействие повышенной температуры в сочетании с большой влажностью может привести к перегреванию организма. При этом у человека возникает головная боль, тошнота, сердцебиение, общая слабость, рвота, потоотделение, частое дыхание, тахикардия. При работе на воздухе, в результате облучения головы инфракрасными лучами коротковолнового диапазона, происходит тяжелое поражение мозговой ткани вплоть до выраженного менингита и энцефалита. В тяжелых случаях наблюдаются судороги, бред, потеря сознания. При этом температура тела остается нормальной или повышается незначительно.
Нормальный теплообмен (т.е. тепловой комфорт) образуется тогда, когда
Q тч=Q к + Q т + Q изл + Q исп + Q в = Q тс
При значительном превышении теплопродукции организма человека (Qтч»Qтс) возникает перегрев (гипертермия), угрожающая жизни и здоровью человека; при значительном уменьшении теплопродукции организма по сравнению с поглотительными возможностями среды, возникает переохлаждение (гипотермия), опасное для здоровья и жизни человека.
В условиях теплового гомеостаза баланс тепла в организме гомойотермов описывается выражением:
ΔQ = M - E ± C ± R ± K ± W = 0
где ΔQ - изменения теплосодержания; М - продукция тепла, а остальные члены уравнения - отдача тепла организмом во внешнюю среду различными путями. В условиях температурного комфорта ΔQ = 0.
Здесь сразу же необходимо оговорить то существенное современное понимание гомеостаза, в соответствии с которым любой его вид, в том числе и тепловой гомеостаз, выражается не в жесткой фиксации тех или иных показателей на определенном уровне, а скорее в их колебании вокруг среднего значения. Это принципиальное соображение, по крайней мере для человека, подтверждается еще и фактически - феноменом крайней нестабильности теплового обмена тела человека.
О. Бартон и А. Эдхолм (1957) указывают, что даже при кратковременных исследованиях в специальных климатических камерах со строгим контролем метеорологических условий и состояния исследуемых термостабильное состояние не достигается на протяжении нескольких часов. Выражение 1 есть полное уравнение теплового баланса, но эволюционно - биологическое значение его составляющих далеко не одинаково. Так, продукция тепла в организме (М) генетически не обусловлена тепловым обменом, а является следствием коренных процессов, характеризующих жизнедеятельность. Живой организм характеризуется непрерывным обменом веществ и энергии, который происходит в соответствии с известным уравнением термодинамики:
|
ΔН = ΔZ + TΔS |
где ΔН - изменение энтальпии - меры общего запаса химически превращаемой энергии; ΔZ - изменение термодинамического потенциала или свободной энергии - части энтальпии системы, которая может быть с пользой использована для совершения работы; ΔS - изменения энтропии (термодинамической) для данных условий - меры неопределенности системы, зависящей от действия межмолекулярных сил и теплового движения и измеряемой величиной рассеяния потенциальной энергии химических веществ в виде тепла; Т - °К (градусы Кельвина).
Источником теплопродукции (М), таким образом, служат процессы обмена веществ и энергии, непрерывно совершающиеся в организме. В ходе расщепления энергетических материалов энергия, кумулируемая в макроэргических соединениях, может рассеиваться в виде тепла ("первичная теплота"), либо превращаться в те или иные виды работы, в конечном счете также переходящие в тепловую энергию. Однако основное тепло организм получает в результате осуществления тех или иных видов работы (70% теплопродукции), в то время как теплорассеяние составляет лишь 30%.
Таблица 3. 1. Потребление кислорода различными органами взрослого человека массой 63 кг (Bord Р., 1961)
|
Потребление кислорода различными органами взрослого человека массой 63 кг (Bord Р., 1961) |
|||||
|
Орган |
Масса, кг |
Артериовенозная разница по кислороду, см 3 /л |
Потребление кислорода |
||
|
абсолютное, см 3 /мин |
относительное |
||||
|
см 3 /(мин·100 г) |
% от общего |
||||
|
Скелетные мышцы | |||||
|
Другие части тела | |||||
|
Тело в целом | |||||
Для проблемы регуляции теплового обмена существенный интерес представляют источники продукции тепла в покое и при мышечной работе. Образование тепла неразрывно связано с энергетическим обменом. В условиях нормальной жизнедятельности в покое о величине теплопродукции можно судить по интенсивности окислительных процессов (потреблению кислорода). Соответствующие данные приведены в табл. 3.1
В покое наиболее высокий вклад в теплопродукцию (58,8%) обеспечивается печенью, мозгом и скелетными мышцами. При этом в первых двух органах высоки и относительные показатели энергетического обмена (артериовенозная разница по кислороду и его относительное потребление органом); в то же время интенсивность обмена в покоящихся мышцах невелика и валовое значение их теплопродукции определяется просто значительной массой мышечпой ткани.
Структура энергозатрат в тканях (Иванов К. П., 1972) показывает, что из 1600 ккал/сут (в условиях основного обмена) около 900 ккал улавливается в форме макроэргических связей АТФ, 215 ккал идет на поддержание неравновесных ионных концентраций по обе стороны клеточных мембран, 415 ккал обеспечивает процессы обновления белков, липидов и полисахаридов, и лишь 270 ккал затрачивается на сокращение сердечной мышцы и дыхательных мышц. Вместе с тем все эти процессы характеризуются низкими величинами КПД, например синтез белка имеет КПД 10-13%, транспорт ионов - 20%, синтез АТФ - 50% и т. д. Таким образом, происходит накопление "первичного" и "вторичного" тепла.
При совершении мышечной работы энергетический обмен в мышцах резко возрастает, о чем можно судить и по такому косвенному показателю, как величина минутного объема крови, протекающей через мышцы в покое и при их сокращении: в первом случае она равна 840 мл/мин, а во втором - 12 500 мл/мин, что указывает на повышение потребления кислорода мышцами по крайней мере в 5 раз. Таким образом, увеличение теплопродукции при мышечной работе обусловлено повышенным образованием тепла в первую очередь в ткани скелетных мышц. Однако следует учитывать еще и адекватное возрастание энергетических процессов (и теплопродукции) в органах, обеспечивающих мышечную работу - в головном и спинном мозге, сердце, дыхательных мышцах, в печени и других органах.
В условиях термического комфорта важнейшее значение в термогенезе имеют произвольные мышечные движения, потому что именно к ним, как гениально заметил И. М. Сеченов (1863), сводится "все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности". Измерения энерготрат при "обыденных" двигательных актах человека показывают их различную (иногда и значительную) термогенетическую стоимость (Кандрор И. С., 1968).
В зависимости от поведения человека даже на протяжении нескольких часов сдвиги теплопродукции могут носить характер быстрых и значительных пиков.
Параметры микроклимата регламентируются с учётом тяжести физического труда и времени года.
Изменение параметров микроклимата вызывает изменение соотношения величин теплопродукции Q. Так, при нормальных условиях во время лёгкой физической работы доля Qк+ Qтсоставляет около 30 % всей теплоотдачи, Qизл около 45 %, Qисп=20 % и Qв=5 %.
Чем выше температура окружающих предметов, тем меньше теплоотдача излучением. При повышении температуры окружающего воздуха до температуры тела человека и выше, эффективность теплоотдачи теплопроводностью Qт, конвекциейQ ки излучением Qизл уменьшается и решающее значение приобретает отвод тепла путём испарения влаги (пота) с поверхности тела Qисп. Но интенсивность испарения влаги с поверхности тела человека зависит от относительной влажности Wи скорости движения окружающего воздухаV.
При Wболее 75 % процесс испарения влаги резко замедляется, а при W=100 % прекращается полностью. Вместе с этим замедляется, а затем и прекращается теплоотдача Qисп. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое «проливное» потоотделение, изнуряющее организм и не создаёт необходимую теплоотдачу. Происходит обезвоживание организма, которое влечёт за собой нарушение остроты зрения и умственной деятельности. Потеря влаги на 15-20% приводит к смертельному исходу.
Недостаточная влажность (<20%) также оказывает неблагоприятное воздействие на организм, вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания, растрескивания и кровотечения.
Увеличение скорости воздуха υ всегда приводит к увеличению теплоотдачи в окружающую среду.
При лёгкой работе разрешается более высокая температура и меньшая скорость движения воздуха.
В тёплый период года (при температуре вне помещения +10°С и выше) температура в производственном помещении должна быть не более +28°С при лёгкой работе и не более +26°С при тяжёлой работе. Если вне помещения температура более +25°С, то в помещении допускается повышение температуры до +33°С.
Согласно ДСН 3.3.6 042-99 «Санитарные нормы микроклимата производственных помещений», по степени влияния на тепловое состояние организма человека, микроклиматические условия подразделяются на оптимальные и допустимые. Для рабочей зоны производственных помещений устанавливаются оптимальные и допустимые микроклиматические условия с учетом тяжести выполняемой работы и периода года (табл.3.2).
Оптимальные микроклиматические условия - это такие условия микроклимата, которые при длительном и систематическом влиянии на человека обеспечивают сохранение теплового состояния организма без активной работы терморегуляции. Они сохраняют обеспечение самочувствие теплового комфорта и создание высокого уровня производительности труда (табл. 3.2.).
Допустимые микроклиматические условия, которые при длительном и систематическом влиянии на человека могут вызвать изменения теплового состояния организма, но нормализуются и сопровождаются напряженной работой механизмов терморегуляции в границах физиологической адаптации (табл. 3.2.). При этом не возникает нарушений или ухудшения состояния здоровья, но наблюдается дискомфортное тепловосприятие, ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.
Условия микроклимата, выходящие за допустимые границы называются критическими и ведут, как правило, к серьезным нарушениям в состоянии организма человека.
Оптимальные условия микроклимата создаются для постоянных рабочих мест.
Таблица 3. 2
Оптимальные величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений.
|
Период года |
Температура воздуха, 0 С |
Относительная влажность, % |
Скорость движения, м/с |
|
|
Холодный период года |
Легкая I-а | |||
|
Легкая I-б | ||||
|
Средней тяжести II-а | ||||
|
Средней тяжести II-б | ||||
|
Тяжелая III | ||||
|
Теплый период года |
Легкая I-а | |||
|
Легкая I-б | ||||
|
Средней тяжести II-а | ||||
|
Средней тяжести II-б | ||||
|
Тяжелая III |
Допустимые значения микроклиматических условий устанавливаются в случае, когда на рабочем месте не удается обеспечить оптимальные условия микроклимата согласно технологическим требованиям производства или экономической целесообразности.
Перепад температуры воздуха по высоте рабочей зоны при обеспечении допустимых условий микроклимата не должна быть более 3-х градусов для всех категорий работ, а по горизонтали не должен выходить за пределы допустимых температур категорий работ.
Внешняя среда, окружающая человека на производстве, влияет на организм человека, на его физиологические функции, психику, производительность труда.
