3.2 Основні види виробничих факторів та їх вплив на працівників

3.2.1 Мікроклімат виробничих приміщень

3.2.1.1 Теплообмін людини з виробничим середовищем

Одним з важливих факторів виробничого середовища який суттєво впливає на самопочуття людини, є мікроклімат. В поняття «мікроклімат», або «метеорологічні умови», входять ті фізичні фактори виробничого середовища, які впливають на тепловий стан організму працівника.

Повітря треба розглядати як середовище, що постійно приймає тепло, яке виділяє людський організм. Для нормального функціонування організму потрібний тепловий баланс між тілом людини і навколишнім середовищем, за якого забезпечується сталість температури тіла на рівні +36,6 °С. Нормальне теплове самопочуття буде тоді, коли тепловиділення організмом людини повністю поглинається навколишнім середовищем. Така сталість температури тіла, не зважаючи на значні зміни метеорологічних умов, забезпечується за рахунок постійної роботи механізму терморегуляції, котрий пов'язаний з діяльністю нервових центрів.

Терморегуляцією називається сукупність фізіологічних процесів організму, які спрямовані на підтримання температури тіла на сталому рівні незалежно від навколишнього середовища.

Тепловиділення організму здійснюється за рахунок хімічних реакцій окислення споживних речовин в його клітинах. Величина тепловиділення організмом людини (Qв)залежить від ступеня фізичної напруги в даних кліматичних умовах і складає від 0,85 (у стані спокою) до 500 Дж/с (при важкій роботі).

Організм людини здатний віддавати надлишкове тепло в навколишнє середовище внаслідок випромінювання, конвекції, випаровування і кондукції.

Випромінювання - це теплообмін внаслідок електромагнітних ко­ливань між тілами, які розділені середовищем. Теплова енергія перетворюється на поверхні тіла в хвильову, передається на другу (холодну), де знову перетворюється в теплову. Потік теплових випромінювань складається переважно з інфрачервоних променів. У виробничих умовах людина сама випромінює тепло, а також теплові випромінювання йдуть від нагрітого обладнання, гарячих деталей, від сонця тощо. Передача тепла Q₁ тепловипромінюванням залежить від температури поверхні та ступеню її шорсткості і чорноти. За однакової температури темні шорсткі поверхні випромінюють більше тепла ніж гладкі та блискучі.

Конвекція - це перенесення тепла рухомим середовищем у рідинах або газах. При конвекції відбувається обмін теплом між поверхнею людського тіла й поверхнею, на котру діє потік повітря. Конвективний теплообмін залежить від температури тіла й повітря, швидкості руху повітря, фізіологічного стану людини, поверхні тіла та. ін.

Конвективний теплообмін підсистеми «людина - навколишнє середовище» визначається законом Ньютона:

Q₂ = a_k(t–t_n)S,

де t – температура поверхні тіла людини, °С; t_n – температура навколишнього середовища, °С; S – ефективна поверхня тіла людини (приймають S = 1,8 м²); a_k – коефіцієнт, який враховує тепловиділення конвекцією (приймають a_k = 4,06 Вт/м² •·К).

На конвективний теплообмін людини з навколишнім середовищем впливає швидкість руху повітря, а також відносна вологість, оскільки коефіцієнт теплопровідності повітря є функцією барометричного тиску й вологоємкості повітря. Величина конвективного теплообміну значною мірою залежить від швидкості руху повітря.

Кондукція - це теплообмін, котрий відбувається при безпосе­редньому дотику людини до гарячих чи холодних поверхонь машин, верстатів, ін­струментів, матеріалів.

Q₃ = К(t±t_н)S•T

де t – температура поверхні тіла, °С; t_н – температура навколишнього середовища, °С; S – площа охолодження (нагрівання) тіла людини, м²; К – коефіцієнт теплопередачі теплопровідністю, Вт/м² К; Т – час охолодження (нагрівання), год.

Випаровування - це теплообмін (Q₄), якій здійснюється за рахунок випаровування вологи з поверхні нагрітого тіла. Так як для утворення водяної пари потрібна велика кількість тепла, то цей спосіб є найбільш ефективним. Тепловіддача Q₄ залежить від інтенсивності випаровування вологи шкірним покривом людини. За певних обставин потовиділення людини може сягати 0,65 л/год.

Таким чином, рівняння теплового балансу має вигляд: Q_ув = Q₁ + Q₂ + Q₃ +Q₄ ;

При температурі повітря нижчої за температуру тіла людини втрати тепла відбуваються переважно за рахунок конвекції та випромінювання. Якщо температура тіла нижча за температуру повітря, то тепловтрати тіла відбуваються переважно за рахунок випаровування.

При температурі повітря в межах 15…25 °С теплопродукція організму знаходиться приблизно на постійному рівні (зона спокою). Коли відбувається зниження температури повітря, теплопродукція підвищується в першу чергу за рахунок роботи м'язів і активного обміну речовин. При підвищенні температури повітря підвищується процес тепловіддачі. Віддача кількості тепла організмом людини в середовище залежить від споживання людиною кисню відповідно до інтенсивності виробничої діяльності. У стані спокою людина споживає протягом 1 хв. 0,2-0,25 л кисню, при виконанні роботи середньої важкості - від 0,5 до 1,0 л, а при важкій роботі - до 1,4 л. Слід мати на увазі, що такої кількості кисню при особливо інтенсивній роботі може бути замало і виникає кисневий голод.

Перегрівання організму відбувається за умов надлишкового конвективного випромінювання тепла нагрітих поверхонь, або високої температури повітря. Розрізняють дві фази перегрівання. Перша - фізіологічна, при котрій вступають в активну реакцію пристосувальні функції організму. При цьому активізується робота серцево-судинної та дихальної систем, відбувається інтенсивне потовиділення, котре сягає 5 л за зміну. З потом втрачається велика кількість мінеральних солей та вітамінів С і В.

Дослідженнями встановлено, що в кінці 5-годинного перебування в зоні з температурою повітря більше +31 °С і вологості 80-90% працездатність знижується до 60%. Значно падає сила в м'язах рук (на 30-40%) та приблизно у 2 рази погіршується координація рухів рук. Продуктивність праці падає пропорційно метеорологічним умовам. З подальшим перегріванням організму підвищується температура тіла, яка призводить до порушенню балансу у роботі систем, наступає слабкість, головний біль, шум у голові, запаморочення. Як наслідок, може статися тепловий (сонячний удар).

Охолодження організму можливе найчастіше в зимовий і перехідний періоди року при виконанні робіт на відкритому повітрі або робіт, які проводяться в неопалюваних виробничих і складських приміщеннях. Тривала дія низької температури може викликати різні небажані зміни в організмі людини. Охолодження пов'язане зі значним тепловиділенням через кінцівки рук і ніг. На охолодження впливає вологість і швидкість руху повітря. Розрізняють охолодження загальне й місцеве. Охолодження є причиною різних захворювань: міозитів, невритів, радикулітів тощо, а також загальних та інфекційних захворювань. Будь-який ступінь охолодження характеризується зниженням частоти серцебиття і гальмуванням діяльності кори головного мозку, що суттєво впливає на працездатність людини. Місцеве переохолодження може настати навіть при температурі вище 0 °С. Наприклад, при тривалому охолодженні ніг (в гумовому взутті) водою, температура якої +8 °С, а також внаслідок потіння ніг у гумових чоботах при таких само температурах.