2.1. Взаимодействи е человека с окружающей средой

91

Испарение пота с поверхности кожи происходит только в том случае, если относительная влажность окружающего воздуха (р < 100%. С уменьшением величины относитель­ной влажности воздуха и с ростом скорости движения воз­духа интенсивность испарения пота возрастает.

Таким образом, количество теплоты, отдаваемой телом окружающему воздуху в процессе испарения пота, зависит от температуры t_oc,его относительной влажности <р и скоро­сти движения W.

Qд=VлвpвдСр(tвыд-tвд)

В процессе дыхания окружающий воздух, попадая в лег­кие человека, нагревается и одновременно насыщается во­дяными парами. В технических расчетах можно принять, что выдыхаемый воздух имеет температуру 37°С. Количест­во теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого возду­ха, определяется по формуле

где V_jin— объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, «легочная вентиляция», м³/с; р_вд — плотность вды­хаемого воздуха, кг/м³; С_р — удельная теплоемкость вдыха­емого воздуха, кДж/(кг-°С); £_выд — температура выдыхаемо­го воздуха, °С; £_вд — температура вдыхаемого воздуха, °С.

Объем легочной вентиляции определяется как произве­дение объема воздуха, вдыхаемого за один вдох, на частоту дыхания. Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и физической нагрузки. В состоя­нии покоя она составляет 12—15 вдохов-выдохов в минуту, а при тяжелой физической нагрузке 20—25. Полный объем легких человека составляет 4—4,5 л, однако в процессе жиз­недеятельности он используется не полностью, так как это требует больших затрат энергии на работу грудных мышц. В состоянии покоя объем вдыхаемого воздуха составляет около 0,5 л, а при выполнении тяжелой работы он увеличи­вается до 1,5—1,8 л.

Вклад каждого из описанных механизмов теплообмена в процесс теплоотдачи от тела человека в окружающую сре­ду зависит от метеорологических условий и интенсивности выполняемой работы. Так, в состоянии покоя при темпера­туре 20°С на долю излучения приходится 50—65% теплоот­дачи, на испарение пота — 20—25%, конвекцию — 15%, ды­хание — 5%. При изменении температуры, относительной влажности и скорости движения окружающего воздуха это соотношение меняется (рис. 2.1).

Глава 2. Современная ноксосфера

Температура окружающей среды, "С

Рис. 2.1. Показатели выделения теплоты телом человека, находящегося в спокойном состоянии, в зависимости от температуры окружающей среды:

1— теплота, выделяемая при испарении; 2— теплота, выделяемая путем конвекции; 3 — теплота, выделяемая излучением

92

Нормальное тепловое состояние организма человека, на­зываемое тепловым комфортом, наблюдается при условии, когда вся вырабатываемая организмом теплота Оеыр передает­ся телом окружающей среде <2о_ТВ> т.е. выполняется равенство

Qвыр=Qотв

Нарушение этого равенства вызывает изменение тепло­вого ощущения человека. При Q_выр>Q_0TBтеплота накапли­вается в теле, его температура повышается и человеку ста­новится жарко, при Q_выр>Q_0TB возникает дефицит теплоты в теле человека, его температура падает, что ощущается как холод.

Влияние параметров микроклимата на самочувст­вие человека. Параметры микроклимата оказывают непо­средственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температу­ры и повышение скорости движения воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоот­дачи при испарении пота, что может привести к переохлаж­дению организма.

При повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Установлено, что при температуре свыше 25°С ра­ботоспособность человека начинает снижаться (рис. 2.2).

Для человека определены максимальные значения допу­стимой температуры в зависимости от длительности их воз-

Температура окружающей среды, °С

Рис. 2.2. Зависимость производительности труда от изменения температуры окружающей среды

действия и используемых средств защиты. Переносимость организмом человека высоких температур зависит от влаж­ности и скорости движения воздуха.

Высокая влажность воздуха уменьшает скорость испаре­ния пота, что ухудшает теплосъем с поверхности кожи и ве­дет к перегреву тела человека. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность воздуха при t_oc> 30°С, когда практичес­ки вся теплота, вырабатываемая в теле человека, отдается в окружающую среду за счет испарения пота.

Интенсивное потовыделение при высоких температурах приводит к обезвоживанию организма. Обезвоживание на 6% влечет за собой нарушение умственной деятельности, сни­жение остроты зрения, обезвоживание на 15—20% приводит к смертельному исходу.

Вместе с потом организм теряет значительное количест­во минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых витаминов (С, В₁₍B-₂).При неблагоприятных условиях по­тери жидкости организмом человека могут достигать 8—10 л за смену. При этом потери соли NaCl(ее концентрация в поте составляет 0,3—0,6%) достигают 40 г, что составляет почти 30% ее общего количества в организме человека. По­тери соли крайне опасны для организма.

Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажностью может привести к значительному накоплению теплоты в организме и разви­тию его перегревания выше допустимого уровня — гипер­термии — состоянию, при котором температура тела подни­мается до 38—39°С. При гипертермии и, как следствие,

тепловом ударе наблюдается головная боль, головокруже­ние, общая слабость, искажение цветового восприятия, су­хость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, пульс и дыхание учащены. При этом наблюдается бледность, си- нюшность, зрачки расширены, временами возникают судо­роги, потеря сознания.

Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, составляет около 116°С.

Барическое влияние. Нормальное атмосферное давле­ние на уровне моря в среднем составляет 760 мм рт. ст. (1,103-10⁵ Па). С высотой давление воздуха уменьшается и становится опасным для человека на высоте 4—5 км над уровнем моря из-за кислородной недостаточности. При снижении относительно уровня моря (например, в шахте) атмосферное давление возрастает на каждые 100 м пример­но на 9 мм рт. ст. При погружении в водную среду давление водяного столба растет на одну атмосферу на каждые 10 ме­тров глубины. Поэтому безопасным считается погружение без специальных средств на 2—3 м.

Влияние электромагнитного поля Земли. Электромаг­нитные поля естественного происхождения являются по­стоянно действующим физическим фактором окружающей среды, необходимым для возникновения и существования жизни на планете. Естественными источниками геомагнит­ного поля являются: атмосферное электричество, излуче­ние Солнца, электрические и магнитные поля Земли. На поверхности Земли, обладающей избыточным электричес­ким зарядом, существует напряженность электрического поля, обычно равная 100—200 В/м и возрастающая в не­сколько раз при грозовой активности.

Напряженность магнитного поля Земли при спокойной магнитной обстановке составляет 70—150 А/м. Во время магнитных бурь магнитная напряженность возрастает на порядок.

В условиях дефицита естественных электромагнитных полей возникает дисбаланс основных нервных процессов в виде преобладания торможения, дистонии мозговых сосу­дов, развития изменений со стороны сердечно-сосудистой, иммунной и других систем.

Коэффициент ослабления интенсивности геомагнитного поля на рабочих местах персонала в помещении не должен превышать 2.

Излучение Солнца, представляющее собой электромаг­нитные волны различной длины, крайне значимо для жи­вой природы и человека. Оно является основным внешним источником энергии, определяет продолжительность свето­вого дня, его видимый диапазон излучения, обеспечивает непосредственную связь организма с окружающим миром, давая до 90% информации о нем. Но современному челове­ку не хватает дневного естественного света. Значительная часть работы и отдыха человека протекает при искусствен­ном освещении.

Влияние естественной радиации. Естественные источ­ники излучения можно подразделить следующим образом: внешние источники внеземного происхождения (космичес­кое излучение); источники земного происхождения (естест­венные радионуклиды).

Из космического пространства земную атмосферу не­прерывно атакует поток ядерных частиц очень высоких энергий, состоящий из примерно 90% протонов и около 10% альфа-частиц. Это так называемое первичное космическое излучение. Воздействуя на ядра нуклидов, входящих в со­став земной атмосферы, первичное космическое излучение инициирует целый каскад ядерных превращений, в резуль­тате которого образуются различного типа элементарные частицы и гамма-излучение. Это так называемое вторичное космическое излучение. У поверхности земли (до высоты порядка 25 км) доза внешнего облучения обусловлена, в ос­новном, гамма-излучением.

С удалением от поверхности земли интенсивность кос­мического излучения возрастает (рис. 2.3). Поэтому дозо- вая нагрузка на людей, проживающих в горной местности, в несколько раз больше, она равна примерно 0,7 и 5,0 мЗв в год соответственно на высотах 2 и 4—5 км. На высоте по­летов современных самолетов уровень космического излу­чения в несколько десятков раз больше, чем на уровне моря.

К основным естественным радионуклидам, излучение которых формирует природный радиационный фон, отно­сятся: U²³⁸, U²³⁵и Th²³², а также один из продуктов распада U²³⁸— радон (Ra²²⁶).

Внешнее облучение обусловлено радионуклидами, со­держащимися в почве и горных породах, внутреннее — ра­дионуклидами, содержащимися в воздухе, воде и продуктах питания. Средняя доза облучения населения России со­ставляет 3,4 мЗв/чел. в год.