Основные теоретические положения
Общие сведения
Необходимым условием эффективной производственной деятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий (микроклимата) в помещениях.
Микроклимат представляет собой комплекс физических факторов, оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние и определяющих самочувствие, работоспособность, здоровье и производительность труда. На формирование производственного микроклимата влияют технологический процесс, климат местности, сезон года, условия отопления и вентиляции.
Микроклиматпроизводственных помещений – это климат внутренней среды этих помещений, определяемый действующими на организм человека факторами:
- температура воздуха, °С;
- температура поверхностей, °С;
- относительная влажность воздуха, %;
- скорость движения воздуха, м/с;
- интенсивность теплового облучения, Вт/м2;
- экспозиционная доза теплового излучения ДЭО, Вт·ч;
- тепловая нагрузка среды ТНС-индекс, оС.
Одновременно с метеоусловиями принято рассматривать тесно связанное с ними барометрическое давление воздуха. Однако само оно к параметрам микроклимата не относится: мы никак не можем выдерживать его в помещении вне зависимости от давления наружного воздуха. Соответственно, барометрическое давление не нормируется.
Параметры температуры, относительная влажность и скорость движения воздуха характерны для любого производственного помещения. ТНС-индекс характеризует производственные помещения с большими тепловыделениями, т.е. когда температура воздуха в помещении выше допустимой границы. Параметры интенсивности теплового облучения и его экспозиционная доза характерны для производственных помещений, в которых есть источники теплового излучения.
Температура воздуха- параметр, отражающий тепловое состояние воздуха. Температура воздуха характеризуется кинетической энергией движения молекул газов воздуха, ее измеряют в градусах Цельсия (°С).
Влажность воздуха- параметр, отражающий содержание в воздухе водяных паров.
Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха.
Абсолютная влажность воздуха показывает количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м3 воздуха при данных условиях (температуре, атмосферном давлении воздуха).
Максимальная влажность воздуха - предельное количество водяных паров в г, которое может содержаться в 1 м3 воздуха при данных условиях.
При оценке состояния воздушной среды основным критерием является относительная влажность.
Относительной влажностью воздуха, называется отношение абсолютной влажности к максимальной при одинаковых температуре и давлении, выраженной в процентах (%).
При оценке состояния воздушной среды основным критерием является относительная влажность.
Движение воздуха в рабочей зоне может быть вызвано неравномерным нагревом воздушных масс, действием вентиляционных систем или технологического оборудования и измеряется в метрах в секунду (м/с).
Атмосферное давлениехарактеризуется интенсивностью силы тяжести вышестоящего столба на единицу поверхности измеряется в Паскалях (Па) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.)
Тепловая нагрузка среды (ТНС) - сочетанное действие на организм человека параметров микроклимата (температуры, влажности, скорости движения воздуха, теплового облучения) выраженное одночисловым показателем в °С.
Механизмы теплообмена между человеком и
окружающей средой
Организм человека постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Все жизненные процессы в организме человека сопровождаются непрерывным выделением теплоты в окружающую среду, количество которой меняется от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Необходимым условием жизнедеятельности человека является сохранение постоянства температуры тела. Выделяемая организмом человека теплота полностью должна отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву или к переохлаждению и, как следствие, к потере трудоспособности, несчастным случаям и профессиональным заболеваниям.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией, за счет отдачи тепла с поверхности тела человека менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха (30 %) (
) , теплопроводностью через одежду (
) , излучением на окружающие поверхности (40 %) (
) и в процессе испарения влаги (пота) с поверхности кожи и при дыхании (20 %) (
), а также за счет нагрева вдыхаемого воздуха (
).
Уравнения теплового баланса определяют по формуле (3.1):
+. (3.1)
Преобладание того или иного процесса теплоотдачи зависит от температуры среды, скорости движения воздуха, относительной влажности, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма.
Теплоотдача излучением (радиацией) и конвекцией происходит только в том случае, если температура воздуха и предметов, ниже температуры тела. При температуре воздуха выше температуры тела теплоотдача идет в обратном направлении – от горячих поверхностей к человеку, а потери тепла происходят за счет выделения пота, на испарение 1 г которого затрачивается количество теплоты около 2,5 Дж. Испарение зависит от влажности воздуха и от скорости движения воздуха.
Терморегуляция организма человека
Способность человеческого организма поддерживать постоянную температуру тела (в подмышечной впадине – 36,5÷36,9 °С с колебаниями в течение суток в пределах 0,5÷0,7 °С) при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.
С тепловой точки зрения тело человека состоит из двух зон: «оболочки» и «ядра». «Оболочку» составляют ткани поверхностного слоя тела толщиной в 2,5 см. Температура «Оболочки» в значительной мере изменяется согласно внешней среде. «Ядро» состоит из более глубоких тканей (например, мозга, сердца и легких, а также верхнего отдела брюшной полости), и тело стремится поддерживать внутреннюю температуру в пределах 37 ± 2 °С.
Функциональное состояние человека, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких («ядро») и поверхностных («оболочка») тканях организма, а также степенью напряжения механизмов терморегуляции, принято обозначать как тепловое состояние.
Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов – теплопродукции и теплоотдачи. Из двух способов поддержания теплового равновесия основное значение имеет регуляция теплоотдачи, так как этот путь регуляции более изменчив и управляем в организме.
Процессы терморегуляции осуществляются, в основном, тремя способами: биохимическим путем (т.е. изменение интенсивности происходящих в организме окислительных процессов), путем изменения интенсивности кровообращения (способность организма регулировать подачу крови от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расширения кровеносных сосудов) и интенсивности потовыделения (изменение процесса теплоотдачи за счет испарения). Терморегуляция организма человека осуществляется, как правило, одновременно всеми способами.
Гигиеническое нормирование параметров
микроклимата
Основная цель нормирования параметров микроклимата рабочих мест производственных помещений - обеспечение сохранения теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого состояния организма.
Для создания нормальных условий труда в производственных помещениях ГОСТ 12.1.005–88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и СанПиН 2.2.4.548–96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливают нормативные значения параметров микроклимата.
Нормируемыми параметрами микроклимата являются: температура воздуха, температура поверхностей, относительная влажность воздуха, скорость движения воздуха, интенсивность теплового облучения.
Гигиенические требования к параметрам микроклимата устанавливаются с учетом: интенсивности энергозатрат работающих и периодов года.
Разграничение работ по категориям осуществляется на основе интенсивности общих энергозатрат организма в ккал/ч (Вт). Характеристика отдельных категорий работ (I а, I б, II а, II б, III) представлена в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Классификация категорий работ в зависимости от
энергозатрат организма
| Категория работ | Характеристика работ |
| Легкие физические работы (I) | Работы с интенсивностью энергозатрат до 174 Вт |
| I а | Работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением с энергозатрами до 120 ккал/ч (до 139 Вт) |
| I б | Работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением с энергозатрами 121-150 ккал/ч (140-174 Вт) |
| Средней тяжести физические работы (II) | Работы с интенсивностью энергозатрат 175-290 Вт |
| II а | Работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения с энергозатратами 151-200 какал/ч (175- 232 Вт) |
Окончание табл. 3.1
| II б | Работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением 201-250 ккал/ч (233-290 Вт) |
| Тяжелые физичекие работы (III) | Работы с интенсивностью энергозатрат более 250 ккал/ч (более 290 Вт), связанные с постоянными передвижениями, перемещением или переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших усилий |
Различают теплый и холодный период года.
Теплый период года - период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, выше + 10°С.
Холодный период года - период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10°С и ниже.
Среднесуточная температура наружного воздуха - средняя величина температуры наружного воздуха, измеренная в определенные часы суток через одинаковые интервалы времени. Она принимается по данным метеорологической службы.
Нормы предусматривают оптимальные и допустимые условия микроклимата на рабочих местах производственных помещений.
Оптимальные микроклиматические условия характеризуются такими параметрами микроклимата, которые при их сочетанном действии на человека в течение 8-часовой рабочей смены обеспечивают сохранение теплового состояния организма, характеризующегося минимальным напряжением механизмов терморегуляции, отсутствием общих и/или локальных дискомфортных ощущений, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности, а также не вызывают отклонений в состоянии здоровья.
Допустимые микроклиматические условияхарактеризуются такими параметрами микроклимата, которые при их сочетанном действии на человека в течение 8-часовой рабочей смены могут вызвать изменение теплового состояния организма, которое приводит к умеренному напряжению механизмов терморегуляции, возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, ухудшению самочувствия, понижение работоспособности, но не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья.
В производственных помещениях, в которых допустимые нормативные величины показателей микроклимата невозможно установить из-за технологических требований к производственному процессу или экономической нецелесообразности, условия микроклимата следует рассматривать как вредные и опасные.
Вредные микроклиматические условия - параметры микроклимата, которые при их сочетанном действии на человека в течение 8-часовой рабочей смены вызывают такие изменения теплового состояния организма, которые характеризуются значительным напряжением механизмов терморегуляции, выраженными общими и/или локальными дискомфортными теплоощущениями, снижением работоспособности. При этом не гарантируется термостабильность организма человека и сохранение его здоровья в период трудовой деятельности и после ее окончания.
Опасные (экстремальные) микроклиматические условия - те параметры микроклимата, которые при их сочетанном действии на человека даже в течение непродолжительного времени (менее 1 часа) вызывают изменение теплового состояния, характеризующееся чрезмерным напряжением механизмов терморегуляции, которое может привести к нарушению состояния здоровья и возникновению риска смерти.
Оптимальные величины показателей микроклимата распространяются на всю рабочую зону.
Производственное помещение - замкнутое пространство в специально предназначенных зданиях и сооружениях, в которых постоянно (по сменам) или периодически (в течение рабочего дня) осуществляется трудовая деятельность людей.
Рабочая зона - пространство, ограниченное по высоте 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или непостоянного (временного) пребывания работающих.
Рабочее место - участок помещения, на котором в течение рабочей смены или части её осуществляется трудовая деятельность людей. Рабочим местом может являться несколько участков производственного помещения.
Постоянное рабочее место - место, на котором работающий находится большую часть своего времени (более 50 % или более 2 ч непрерывно).
Оптимальные параметры показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Оптимальные величины показателей микроклимата на
рабочих местах производственных помещений
| Период года | Категория работ по уровню энергозатрат, Вт | Температура воздуха, °С | Температура поверхностей, °С | Относительная влажность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с |
| Холодный | I а (до 139) | 22-24 | 21-25 | 60-40 | 0,1 |
| I б (140-174) | 21-23 | 20-24 | 60-40 | 0,1 | |
| II а (175-232) | 19-21 | 18-22 | 60-40 | 0,2 | |
| II б (233-290) | 17-19 | 16-20 | 60-40 | 0,2 | |
| III (более 290) | 16-18 | 15-19 | 60-40 | 0,3 | |
| Теплый | I а (до 139) | 23-25 | 22-26 | 60-40 | 0,1 |
| I б (140-174) | 22-24 | 21-25 | 60-40 | 0,1 | |
| II а | 20-22 | 19-23 | 60-40 | 0,2 | |
| (175-232) | |||||
| II б (233-290) | 19-21 | 18-22 | 60-40 | 0,2 |
Окончание табл. 3.2
| III (более 290) | 18-20 | 17-21 | 60-40 | 0,3 |
Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.
Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 3.3 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.
Таблица 3.3
Допустимые величины показателей микроклимата на
рабочих местах производственных помещений
| Период года | Категория работ по уровню энергозатрат, Вт | Температура воздуха, °С | Температура поверхностей, °С | Относительная влажность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с | ||
| диапазон ниже оптимальных величин | диапазон выше оптимальных величин | для диапазона температур воздуха ниже оптимальных величин, не более | для диапазона температур воздуха выше оптимальных величин, не более** | ||||
| Холодный | I а (до 139) | 20,0-21,9 | 24,1-25,0 | 19,0-26,0 | 15-75* | 0,1 | 0,1 |
| I б (140-174) | 19,0-20,9 | 23,1-24,0 | 18,0-25,0 | 15-75 | 0,1 | 0,2 |
Окончание табл. 3.3
| II а | 17,0- | 21,1- | 16,0- | 15-75 | 0,1 | 0,3 | |
| (175-232) | 18,9 | 23,0 | 24,0 | ||||
| II б (233-290) | 15,0-16,9 | 19,1-22,0 | 14,0-23,0 | 15-75 | 0,2 | 0,4 | |
| III (более 290) | 13,0-15,9 | 18,1-21,0 | 12,0-22,0 | 15-75 | 0,2 | 0,4 | |
| Теп лый | I а (до 139) | 21,0-22,9 | 25,1-28,0 | 20,0-29,0 | 15-75* | 0,1 | 0,2 |
| I б (140-174) | 20,0-21,9 | 24,1-28,0 | 19,0-29,0 | 15-75* | 0,1 | 0,3 | |
| II а (175-232) | 18,0-19,9 | 22,1-27,0 | 17,0-28,0 | 15-75* | 0,1 | 0,4 | |
| II б (233-290) | 16,0-18,9 | 21,1-27,0 | 15,0-28,0 | 15-75* | 0,2 | 0,5 | |
| III (более 290) | 15,0-17,9 | 20,1-26,0 | 14,0-27,0 | 15-75* | 0,2 | 0,5 |
Допустимые величины интенсивности теплового облучения работающих на рабочих местах производственных источников, нагретых до темного свечения (материалов, изделий и др.) должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Допустимые величины интенсивности теплового
облучения поверхности тела работающих
от производственных источников
| Облучаемая поверхность тела, % | Интенсивность теплового облучения, Вт/м не более |
| 50 и более | |
| 25-50 | |
| не более 25 |
Допустимые величины интенсивности теплового облучения работающих от источников излучения, нагретых до белого и красного свечения (раскаленный или расплавленный металл, стекло, пламя и др.) не должны превышать 140 Вт/м2. При этом облучению не должно подвергаться более 25 % поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.
Для оценки сочетанного воздействия параметров микроклимата в целях осуществления мероприятий по защите работающих от возможного перегревания рекомендуется использовать интегральный показатель тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс) величины которого приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Рекомендуемые величины интегрального показателя
тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса) для
профилактики перегревания организма
| Категория работ по уровню энергозатрат | Величины интегрального показателя, °С |
| I а (до 139) | 22,2-26,4 |
| I б (140-174) | 21,5-25,8 |
| II а (175-232) | 20,5-25,1 |
| II б (233-290) | 19,5-23,9 |
| III (более 290) | 18,0-21,8 |