Производственный микроклимат и его влияние на организм человека

Производственный микроклимат - это климат внутренней среды производственных помещений, который определяется совместно действующими на организм человека температурой, относительной влажностью, скоростью движения воздуха, температурой нагретых поверхностей и интенсивностью теплового облучения. Сочетание этих параметров, обеспечивающих наилучшее самочувствие человека, называется комфортными условиями. Специалисты пришли к выводу, что состояние комфорта имеет место, когда 80% опрошенных людей удовлетворены внешними факторами. Приспособление организма человека к определенным условиям окружающей среды представляет всегда комплексный процесс, т.к кроме выше указанных факторов на него оказывают воздействие шум, вибрация, освещенность, цветовая гамма, появление неожиданных опасностей и т.д. С технической точки зрения важными являются факторы, поддающиеся управлению, а именно: температура воздуха, ее распределение и изменение в пространстве и во времени; относительная влажность воздуха; скорость воздушного потока; температура, теплоотдача и терморегуляция тела человека; теплоизолирующая способность одежды, ее паропроницаемость. Два последних фактора связаны с приспособляемостью организма человека и важны с точки зрения поддержания его теплового баланса. В этом особую роль играют (см. 2.2 рис. 4):

• теплопродукция человеческого тела, которая в основном зависит от рода деятельности, в некоторой степени связана с возрастом и полом человека, но с технической точки зрения неуправляема;

• теплоотдача человеческого тела, которая в большей степени зависит от одежды, а также от совместного влияния перечисленных технических факторов.

ГОСТ 12.1.005-ХХ* «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно- гигиенические требования» и СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливают оптимальные и допустимые значения микроклиматических параметров.

Допустимые показатели используются в том случае, если технологические, экономические или технические причины не позволяют создать оптимальных показателей. Оптимальные показатели имеют более узкие границы изменения (табл. 5), допустимые – более широкие (табл. 6).

Таблица 5 Оптимальные параметры микроклимата (СанПиН 2.2.4.548-96)

Оптимальные показатели должны создаваться в обязательном порядке для рабочих мест, на которых выполняются работы нервно-эмоционального характера, например, в залах вычислительной техники, в помещениях для работы с персональными компьютерами, в залах АТС и др. Изменения оптимальной температуры по высоте рабочего места и по площади помещения (по горизонтали) не должны выходить за пределы 2⁰С и соответствовать нормируемым показателям.Допустимые показатели обеспечивают изменения температуры воздуха по высоте рабочего места в пределах 3⁰С. По площади помещения: для категории работ Iа и Iб – 4⁰С, для категории работ IIа и IIб – 5⁰С, а для категории работ III – 6⁰С. При длительном и систематическом пребывании человека в оптимальных микроклиматических условиях сохраняется нормальное функциональное и тепловое состояние организма без напряжения механизмов терморегуляции. При этом ощущается тепловой комфорт.

Таблица 6 Допустимые параметры микроклимата (СанПиН 2.2.4.548-96)

Допустимые микроклиматические условия при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение механизмов терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не нарушается состояние здоровья, но возможны дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.

Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда (Р 2.2.755-99) вводят понятия – нагревающий и охлаждающий микроклимат. Нагревающий микроклимат – сочетание параметров микроклимата (температура воздуха, скорость его движения, относительная влажность, тепловое излучение), при котором имеет место нарушение теплообмена человека с окружающей средой, выражающееся в накоплении тепла в организме выше верхней границы оптимальной величины ( 0,87 кДж/кг) и/или увеличении доли потерь тепла испарением пота ( 30 %) в общей структуре теплового баланса, появлении общих или локальных дискомфортных теплоощущений (слегка тепло, тепло, жарко).

Охлаждающий микроклимат – сочетание параметров микроклимата, при котором имеет место изменение теплового обмена организма, приводящее к образованию общего или локального дефицита тепла в организме ( 0,87 кДж/кг) в результате снижения температуры «ядра» и/или «оболочки» тела (температура «ядра» и «оболочки» тела – соответственно температура глубоких и поверхностных слоев тканей организма).

При аттестации рабочих мест по показателю «Микроклимат» в холодный и теплый периоды года нагревающий микроклимат в производственном помещении может быть оценен по ТНС-индексу – показателю тепловой нагрузки среды. ТНС-индекс – эмпирический интегральный показатель (выраженный в ⁰С), отражающий сочетанное влияние температуры воздуха, скорости его движения, влажности и теплового облучения на теплообмен человека с окружающей средой.

Длительное воздействие на человека неблагоприятных метеорологических условий резко ухудшает его самочувствие, снижает производительность труда и приводит к заболеваниям.

Высокая температура воздуха способствует быстрой утомляемости работающего, может привести к перегреву организма, тепловому удару или профзаболеванию. Низкая температура может вызвать местное или общее охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания либо обморожения.

Высокая относительная влажность воздуха при высокой температуре воздуха способствует перегреванию организма, при низкой температуре она усиливает теплоотдачу с поверхности кожи, что ведёт к переохлаждению организма. Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей.

Движение воздуха в производственных условиях создаётся конвекционными потоками в результате неравномерного нагревания воздушных масс от источников тепловыделений. Положительно проявляется при высоких температурах, но отрицательно при низких.

Лучистая энергия - электромагнитное излучение, обладающее волновыми и квантовыми свойствами и встречающееся в производственных условиях в интервале длин волн от 100 нм до 500 мкм. Допустимое значение теплового облучения не должно превышать 35 Вт/м², если в зоне облучения находится 50% и более поверхности тела. При размере её от 25 до 50% - 70 Вт/м², а при облучении менее 25% поверхности тела – 100 Вт/ м².

Допустимое тепловое облучение работающих от источников излучения, нагретых до красного свечения (500 – 1800⁰С) и белого каления (свыше 1800⁰С) не должно превышать 140 Вт/м². Поверхность облучения тела человека должна быть не более 25 %, обязательным при этом является использование средств индивидуальной защиты глаз, лица.

Нагрев кожи человека до 45С вызывает её повреждение и болевые ощущения, а при температуре 52С происходит необратимое свёртывание белков тканей. Поэтому в целях профилактики тепловых травм температура нагретых поверхностей оборудования или ограждающих конструкций должна быть не выше 45 С.

Терморегуляция организма человека. Терморегуляцией организма называется совокупность физиологических и химических процессов, направленных на поддержание температуры тела в определённых пределах (36,1-37,2 С). Она обеспечивается установлением определённого соотношения между теплообразованием в результате изменения обмена веществ (химическая терморегуляция) и теплоотдачей (физическая терморегуляция). В случае физической терморегуляции теплоотдача может осуществляться:

конвекцией – непосредственной отдачей тепла с поверхности тела менее нагретыми слоями воздуха; излучением – отдачей тепла в направлении поверхностей с более низкой температурой; испарением – отдачей тепла при испарении влаги с поверхности тела (потоотделение).

Химическая терморегуляция заключается в снижении или усилении обмена веществ в организме, и её роль в тепловом равновесии невелика.

Физическая терморегуляция может осуществляться 3 способами: биохимическим путём, изменением интенсивности кровообращения, изменением интенсивности потовыделения.

Терморегуляция биохимическим путём заключается в изменении интенсивности происходящих в организме человека окислительных процессов.

Терморегуляция путём изменения интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать подачу крови, которая является теплоносителем, от внутренних органов к поверхности тела человека путём сужения или расширения кровеносных сосудов.

Терморегуляция путем изменения интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счёт испарения и выделения пота.

Терморегуляция организма человека осуществляется одновременно всеми перечисленными способами.

Производственная деятельность людей протекает большей частью на поверхности земли на высоте, близкой к уровню моря. При этом организм находится под давлением столба воздуха окружающей его атмосферы. Это давление равномерно распределяется по поверхности тела, а изнутри уравновешивается газами, содержащимися в крови, тканях и полостях организма. Однако, в промышленности, авиации, водном транспорте, космонавтике и других имеются работы, которые выполняются в условиях повышенного или пониженного атмосферного давления. При повышенном давлении возможно перенасыщение кислородом и инертными газами крови, что может вызвать наркотическую реакцию. При увеличении парциального давления кислорода в легких более 0,8 – 1 атм проявляется его наркотическое действие – поражаются легочные ткани, судороги, коллапс. Пониженное давление оказывает еще более выраженное действие. Значительное уменьшение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, а затем в альвеолярном воздухе, крови и тканях через несколько секунд приводит к потере сознания, а через 4-5 минут к гибели, т.к. вследствие кислородной недостаточности (гипоксии) погибают в первую очередь клетки коры головного мозга.

Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (Р_О2, мм рт.ст.), а следовательно, интенсивность диффузии кислорода в кровь через стенки альвеол (поверхность взрослого человека составляет 90…150 м²) определяется зависимостью

, (20)

где В – атмосферное давление вдыхаемого воздуха, мм рт.ст.;

47 – парциальное давление насыщенных водяных паров в альвеолярном воздухе, мм рт.ст.;

V_О2 – процентное (объемное) содержание кислорода в альвеолярном воздухе, %;

Р_СО2 – парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе; Р_СО2 = 40 мм рт.ст.

Наиболее успешно диффузия кислорода в кровь происходит при Р₀₂ = 95…120 мм рт.ст. Изменение Р_О2 вне этих пределов приводит к расстройству функций жизненно важных органов, необходимым структурным изменениям и гибели организма. Организм в борьбе с кислородным голоданием обладает рядом компенсаторных приспособлений (системные, органные, тканевые, гормональные, целостные). Многообразие защитно-приспособительных реакций организма при острой и хронической гипоксии регулируются ЦНС в ущерб и за счет других тканей в обеспечении кислородного оптимума для нейрональных элементов. Активизируются сосудистые реакции, обеспечивающие распределение крови в основные жизненно важные органы. «Высотная болезнь» вызывает в организме серьезные нарушения, так называемые декомпрессионные расстройства, к которым относятся: высотный метеоризм (расширение газов в желудочно-кишечном тракте); высотная декомпрессионная болезнь (выход газов из жидкостей и тканей, в которых они были растворены, и образование пузырьков азота в организме); высотная тканевая эмфизема («закипание» тканевой и межклеточной жидкости вследствие появления в них пузырей водяного пара).

Наиболее частые и ранние симптомы при развитии «высотной» болезни: сонливость, тяжесть в голове, головная боль, нарушение координации движения, психическое возбуждение (эйфория), сменяющееся апатией и депрессией, зрительные расстройства и др.

Контроль параметров микроклимата включает контроль температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, интенсивности теплового излучения.

Температуру воздуха согласно СанПиН 2.2.4.548-96 в зависимости от положения оператора следует измерять на высоте 0,1 и 1,0 м от пола или рабочей площадки при работах, выполняемых сидя, и на высоте 0,1 и 1,5 м при работах выполняемых стоя. Для измерения температуры воздуха применяют: ртутные или спиртовые термометры; термографы; парные термометры. При измерениях температуры выше 0^оС обычно применяют ртутные термометры, а при температуре ниже 0^оС – спиртовые.

Термографы служат для регистрации температуры окружающего воздуха во времени. Измерение температуры воздуха в помещении можно также производить по сухому термометру аспирационного психрометра.

Температуру поверхностей ограждающих конструкций следует измерять контактными приборами (типа электротермометра) или дистанционными (пирометры и др.).

Относительная влажность воздуха может быть определена с помощью стационарного (Августа) или аспирационного (Ассмана) психрометров типа МВ-4М с механическим приводом или М-34 с электрическим приводом, а также с помощью гигрометров и гигрографов.

Скорость движения воздуха определяется анемометрами, термоанемометрами, шаровым кататермометром.

Нормирование параметров микроклимата. При нормировании метеорологических условий в производственных помещениях учитывают период года и физическую тяжесть выполняемых работ.

Различают два периода года – теплый и холодный. Тёплым принято считать период года со среднесуточной температурой наружного воздуха выше 10С, холодным – с температурой 10С и ниже.

Все выполняемые работы в зависимости от величины общих энергозатрат подразделяются на следующие категории: категория Iа, I б; категория IIа, IIб; категория III.

Методы обеспечения микроклиматических условий. Улучшение метеоусловий в производственных помещениях осуществляется, прежде всего, технологическими средствами ещё на стадии проектирования – это механизация и автоматизация трудоёмких работ, производственных процессов, а также применение дистанционного управления и наблюдения, когда обслуживающий персонал находится в помещении с нормальными метеоусловиями.

Обеспечение нормальных метеоусловий достигается также в результате уменьшения тепловых потерь, теплоизоляции аппаратов и трубопроводов, экранирования оборудования и обеспечения его герметичности, рациональной организации воздухообмена.

Санитарными нормами предусмотрено, что температура поверхности нагретого оборудования и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45С, а для оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100С, температура поверхности не должна быть выше 35С. Уменьшение тепловых потерь достигается изменением конструкций нагретого оборудования, утолщением кладки, применением огнеупорных материалов с малой теплопроводностью, защитой наружной поверхности теплоизоляционным материалом.

Для тепловой изоляции применяют теплоизоляционные материалы, массы, растворы и обмазки, жаропрочные бетоны и другие неорганические материалы (диатомит, трепел, асбест, асбоцемент, стекловату и др.), а также органические теплоизоляционные материалы (пробковые, древесноволокнистые плиты, войлок, термоизоляционный картон, пенопласт и др.). Немаловажную роль играет в этом случае и окраска внешних поверхностей нагретых тел.

Экранирование. Экраны применяют как для экранирования источников излучения, так и для защиты рабочих мест от воздействия теплового излучения. В последнем случае экраны устанавливают у пультов управления, кранов и т.п. Экраны могут быть изготовлены из кирпича, листовой стали с асбестом, алюминия, асбеста, стекловолокна и т.д. Особое значение для предупреждения перегрева организма в производственных условиях имеют рациональный питьевой режим, режим труда, водные процедуры, обеспечение работающих удобной и гигиенической спецодеждой, устройство специальных мест для кратковременного отдыха, в которых создаётся благоприятный микроклимат, а также устройство солнце – и ветрозащитных навесов и ограждений и т.д.

Важным техническим средством обеспечения нормальных метеорологических условий является вентиляция, которая, помимо того, должна обеспечивать необходимую санитарную чистоту воздуха в производственных помещениях.