Тема лекций 8. Комфортные условия жизнедеятельности

Теплообмен человека с окружающей средой.

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метрологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние не тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции.

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушения теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к нетрудоспособности, быстрой утомляемости, потере сознания и тепловой смерти.

Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела (внутренних организмов) порядка 36,5 ^оС. Она зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергетических затрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2 ^оС. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 ^оС, минимальная – +25 ^оС. Температурный режим кожи играет основную роль при теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах, и при нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30…34 ^оС. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20 ^оС, а иногда и ниже.

Таблица 2 – Количество влаги, выделяемой с поверхности кожи и из легких человека

«Легочная вентиляция» определяется как произведение объема воздуха, вдыхаемого за один вдох – V_вв, м³, на частоту дыхания в секунду – n; V_лв = V_ввn. Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и его физической нагрузки. В состоянии покоя с каждым вдохом в легкие поступает около 0,5 л воздуха. При выполнении тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5 … 1,8 л. Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4-0,5 л/с, а при физической нагрузке в зависимости от напряжения может достигать 4 л/с.

Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности окружающего воздуха количество теплоты, отводимой через дыхание, уменьшается.

Параметры – температура окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма – характеризуют конкретную производственную обстановку и отличаются большим многообразием. Остальные параметры – температура, скорость аэрации, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха – получили название параметров микроклимата.

Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха сопутствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоты при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. При повышении температуры воздуха возникают обратное явление.

Исследованиями установлено, что при температуре воздуха более 30 ^оС работоспособность человека начинает падать. Для человека определены максимальные температуры в зависимости от длительности их воздействия и используемых средств защиты.

Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажной скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.

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 ^оС. 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, в крови увеличивается содержание азота и молочной кислоты. При этом наблюдается бледность, зрачки расширены, временами возникают судороги, потеря сознания.

Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения и даже переохлаждения организма – гипотермии. 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, изменяется углеводный обмен. Увеличение обменных процессов при понижении температуры на 1 ^оС составляет около 10%, а при интенсивном охлаждении может возрасти в 3 раза, по сравнению с уровнем основного обмена.

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. При температуре до 500 ^оС с нагретой поверхности излучаются тепловые (инфракрасные) лучи с длиной волны 740 … 0,76 мкм, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасного излучения появляются видимые световые и ультрафиолетовые лучи.

Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и, как следствие, наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы.

В ряде случаев, например, при производстве работ под водой, в водонасыщенных грунтах работающие находятся в условиях повышенного атмосферного давления. При выполнении кессонных и глубоководных работ обычно различают три периода: повышения давления – компрессии; нахождения в условиях повышенного давления и период понижения давления – декомпрессия. Каждому из них присущ специфический комплекс функциональных изменений в организме.

Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной мускулатуры, необходимой для производства вдоха-выдоха. В связи с этим работа на глубине требует поддержания повышенного давления с помощью специального снаряжения или оборудования, в частности кессонов или водолазного снаряжения.

При работе в условиях избыточного давления снижаются показатели вентиляции легких за счет некоторого увеличения частоты дыхания и пульса. Длительное пребывание при избыточном давлении (порядка 700 Па) приводит к токсическому действию некоторых газов, входящих в состав вдыхаемого воздуха. Оно проявляется в нарушении координации движений, возбуждений или угнетении, ослаблении памяти, расстройстве зрения и слуха.

Терморегуляция организма человека.

В условиях теплового баланса имеет место комфортное самочувствие человека, при которой нагрузка на системы организма человека, поддерживающие его нормальную температуру, минимальна.

Нарушения теплового баланса в ту или иную сторону вызывают в организме человека реакцию, способствующую восстановлению баланса. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания нормальной (36,5 ^оС) температуры человека называются терморегуляцией. Терморегуляция осуществляется биохимическим путем, изменением интенсивности кровообращения и потоотделения. При этом в регулировании процесса теплообмена участвуют в большей или меньшей степени все виды терморегуляции, но одновременно.

Терморегуляция биохимическим путем состоит в изменении интенсивности окислительных процессов, происходящих в организме человека. Внешним проявлением биохимических регулирующих процессов является мышечная дрожь, которая, как уже говорилось, возникает при переохлаждении организма и повышает тепловыделения в организме.

Терморегуляция изменением интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать объем подаваемой крови, которую в данном случае можно рассматривать как переносчик теплоты от внутренних органов к поверхности тела человека.

Терморегуляция изменением интенсивности выделения пота заключается в изменении теплоотдачи за счет испарения. Испарительное охлаждение организма может иметь большое значение.

Условия воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме человека и при которых отсутствуют неприятные ощущения и напряженность системы терморегуляции, называют комфортными (оптимальными) условиями. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом человека и отсутствует напряжение системы терморегуляции, называется зоной комфорта.

Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называется дискомфортным. При небольшой напряженности системы терморегуляции устанавливаются условии небольшой дискомфортности. Условия небольшой дискомфортности определяются допустимыми значениями метеорологических параметров.

Нормируются оптимальные и допустимые параметры микроклимата – температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. Значения параметров микроклимата устанавливаются в зависимости от способности человеческого организма к акклиматизации в разное время года и категории работ по уровню энергозатрат.

От периода года зависит способность организма к акклиматизации, следовательно, и значения оптимальных и допустимых параметров. При нормировании различают теплый и холодный период года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10 ^оС; холодный период года – равной + 10 ^оС и ниже.

Различаются следующие категории работ:

- легкие физические работы (категории Iа и Iб) – все виды деятельности с расходом энергии не более 174 Вт. К категории Iа (до 139 Вт) относятся работы, проводимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением – ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения и т.д. К категории Iб (140…174 Вт) относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением.

- физические работы средней тяжести (категории IIа и IIб) – виды деятельности с расходом энергии 175…290 Вт). К категории IIа (175…232 Вт) относятся работы, связанные с постоянной ходьбой и перемещением мелких (до 1 кг) изделий. К категории IIб (233…290 Вт) относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением тяжестей 1 кг и чуть более.

- тяжелые физические работы (категории III) – виды деятельности с расходом энергии более 290 Вт – работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей.

Основным методом обеспечения требуемых параметров микроклимата воздушной среды является применение систем вентиляции, отопления и кондиционирование воздуха.

Вентиляцией называется комплекс мероприятий, обеспечивающий организованный и регулируемый воздухообмен для удаления из помещения загрязненного воздуха и подачу вместо него наружного или очищенного воздуха.

В жаркое время года, а также в горячих цехах на рабочих местах, подвергаемых интенсивному воздействию тепловых потоков от печей, раскаленных отливок и других источников тепла, дополнительно применяют воздушное душирование, заключающиеся в обдуве работающего потоком воздуха с целью увеличения интенсивности конвективного теплообмена и отвода теплоты за счет испарения.

Воздушные оазисы позволяют улучшить метеорологические условия на ограниченном участке помещения, для чего этот участок со всех сторон отделяется перегородками и заполняется воздухом более прохладным и чистым, чем воздух в остальном помещении.

Воздушные и воздушно-тепловые завесы устраивают для защиты людей от охлаждения проникающим через ворота двери холодным воздухом. Завесы бывают двух типов: воздушные с подачей воздуха без подогрева и воздушно-тепловые с подогревом подаваемого воздуха в калориферах.

Кондиционированием воздуха называется автоматическое поддержание в помещениях заданных оптимальных параметров микроклимата и чистоты воздуха независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения.

Основная литература: 1 [6-17].

Контрольные вопросы:

1. Что называется гипотермией?

2. Какое воздействие оказывают инфракрасные лучи на организм человека?

3. Как понимаете компрессию?

4. Как понимаете декомпрессию?

5. Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека?