2. Микроклиматические условия

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение благоприятных микроклиматических условий, к которым относятся: температура (Т_рз, ^оС), относительная влажность (W_рз, %), скорость движения воздуха в рабочей зоне (v_рз, м/с), а также давление (Р, кПа), тепловое излучение от оборудования (Q_ио, Вт/м²) и температура его стенок (Т_ст,^оС). Метеорологические условия (микроклимат) оказывают влияние на тепловое самочувствие человека и зависят от особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции.

2.1. Терморегуляция и теплообмен организма с окружающей средой

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением тепла и отдачей его части в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву организма (гипертермии), либо к переохлаждению (гипотермии). Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела (внутренних органов) человека, равная 36,5 ^оС. Способность организма поддерживать постоянной температуру тела за счет регулирования теплообмена с окружающей средой называется терморегуляцией.

Отдача избыточного тепла организмом в окружающую среду (Q_ос) осуществляется конвекцией (Q_к), теплопроводностью (Q_т), излучением на окружающие поверхности (Q_и) и в процессе тепломассообмена (Q_тм= Q_п+Q_д) при испарении пота (Q_п) и при дыхании (Q_д):

Q_ос =Q_к+Q_т+Q_и+Q_тм. (2.1)

Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

Q_к = _к F_э(t_пов – t_ос), (2.2)

где _к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, равный при нормальных параметрах микроклимата 4,06 Вт/(м² ^оС);

F_э –эффективная поверхность тела человека, равная 1,8 м², что составляет 50-80% от геометрической внешней поверхности тела человека;

t_пов – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой +27,7^оС, летом +31,5^оС); t_ос- температура воздуха, омывающего тело человека.

Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:

Q_т = _т F_э(t_пов-t_ос), (2.3)

где _т – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²^оС); зависит от теплопроводности тканей одежды человека и толщины ткани.

Для практических расчетов _т может принимать следующие значения: для летней одежды 20, для осенней - 10, для зимней - 2 Вт/(м²^оС).

Отдача тепла организмом в окружающую среду за счет излучения происходит в том случае, когда окружающие предметы имеют более низкую температуру (Т_ст, К), чем температура поверхности тела (Т_т, К), т.е. при (Т_т –Т_ст)  0. При (Т_т – Т_ст ) 0 теплоизлучение идет от оборудования к человеку. Тепловое излучение в диапазоне температур окружающих человека предметов 10-40^оС можно определить с помощью обобщенного закона Стефана-Больцмана:

Q_и= с_пр F_э ( T_т/100 )⁴-(T_ст /100)⁴ , (2.4)

где с_пр –приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²К⁴), равный для указанных ранее условий 4,9;

Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении пота, рассчитывают по формуле:

Q_п=G_пr, (2.5)

где G_п – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;

r – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, равная 2,510⁶ Дж/кг.

Количество влаги, выделяющейся с поверхности кожи и из легких человека в граммах за минуту по Н.К.Витте, зависит как от категории тяжести работ, так и от температуры воздуха. Эти значения приведены в приложении (табл. 2.1).

Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха, рассчитывается по формуле:

Q_д=V _вдс_р( t_выд- t_вд), (2.6)

где V-объем легочной вентиляции, м³ /ч. Этот объем зависит от категории тяжести работ и составляет за рабочую смену (8 часов): 4 - для легких работ, 7 - для работ средней тяжести и 10 - для тяжелых работ;

 _вд – плотность вдыхаемого воздуха, кг/м³;

с_р - теплоемкость воздуха, Дж / (кгград.);

t_выд, t_вд - температуры соответственно выдыхаемого и вдыхаемого воздуха, град.

Микроклиматические параметры оказывают сочетанное действие на тепловой баланс организма, влияя на работоспособность и здоровье человека. Различают следующие виды состояния микроклимата:

- оптимальный –это такое сочетание микроклиматических параметров, при котором не происходит напряжения процесса теплообмена организма с окружающей средой при выполнении работы данной категории тяжести. Экспериментально установлено, что оптимальный теплообмен и , следовательно, максимальная производительность труда при данных условиях имеют место, если составляющие процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Q _к+ Q_т ~ 30%, Q_и ~ 45%, Q_пот ~20% и Q_д ~5% ;

- нагревающий – это такое сочетание микроклиматических параметров, при котором имеет место нарушение теплообмена с окружающей средой, выражающееся в накоплении тепла в организме выше верхней границы оптимальной величины (более 0,87 кДж/кг) и / или увеличивается доля потерь тепла испарением пота (более 30% ) в общей структуре теплового баланса;

- охлаждающий – это такое сочетание микроклиматических параметров, при котором имеет место изменение теплообмена организма с окружающей средой, приводящее к образованию общего или локального дефицита тепла в организме (менее 0,84 кДж/кг) и ведущее к понижению температуры поверхности кожи.

Работа в условиях нагревающего или охлаждающего микроклимата в зависимости от сочетания микроклиматических параметров и степени напряжения процесса теплообмена организма с окружающей средой может быть: допустимой, вредной или опасной. В первом случае здоровье сохраняется, хотя производительность может понижаться по сравнению с работой при оптимальных условиях микроклимата. Систематическая работа в условиях вредного сочетания микроклиматических параметров создает повышенный уровень риска возникновения профессиональных заболеваний (судорожной болезни, хронических простудных заболеваний и т.п.). Работа при опасных (экстремальных) сочетаниях метеорологических параметров может стать причиной несчастных случаев (термических ожогов, теплового удара и т.п.).