Лекция № 6

Обеспечение комфортных условий для трудовой деятельности позволяет повысить качество и производительность труда, обеспечить хорошее самочувствие и наилучшие для сохранения здоровья параметры среды обитания и характеристики трудового процесса.

Создание комфортных условий предусматривает обеспечение многих параметров среды обитания и характеристик трудового процесса на оптимальном уровне: не превышение допустимых уровней негативных факторов и их снижение до минимально возможных уровней, рациональный режим труда и отдыха, удобство рабочего места, хороший психологический климат в трудовом коллективе и т.д.

Микроклимат помещений. Механизмы теплообмена между человеком и окружающей средой

Человек постоянно находится в состоянии обмена теплотой с окружающей средой. Наилучшее тепловое самочувствие человека будет тогда, когда тепловыделения (Q_тв) организма человека полностью отдаются окружающей среде (Q_то), т.е. имеет место тепловой баланс Q_тв=Q_то. Превышение тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду ( Q_тв>Q_то) приводит к нагреву организма и к повышению его температуры, человеку становится жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением (Q_тв<Q_то) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры, человеку становится холодно.

Средняя температура тела человека - 36,5⁰ C. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводит к ухудшению самочувствия человека.

Тепловыделения (Q_тв) организма определяются прежде всего тяжестью и напряженностью выполняемой человеком работы, в основном величиной мышечной нагрузки.

Параметрами микроклимата, в которых выполняет работу человек и от которых зависит теплообмен между организмом человека и окружающей средой, являются температура окружающей среды (t_ос) , скорость движения воздуха (V_в) и влажность (относительная) воздуха (_в).

Чтобы понять, почему именно эти параметры определяют теплообмен человека с окружающей средой, рассмотрим механизмы, за счет которых теплота передается от одного предмета к другому ( в частности от человека к окружающей его среде и наоборот). Передача теплоты от человека к окружающей среде и наоборот осуществляется за счет теплопроводности, конвективного теплообмена, излучения, испарения и с выдыхаемым воздухом.

Передача теплоты осуществляется за счет теплопроводности (Q_т). Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит от разности температур тел ( в нашем случае - это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды.

Т.к. температура тела человека относительно величины 36,5^оС изменяется в небольшом диапазоне, то изменение отдачи теплоты от человека происходит в основном за счет изменения температуры окружающей человека среды.

Если температура воздуха или окружающих человека предметов выше температуры 36,5^оС, происходит не отдача теплоты от человека, а наоборот его нагрев . Поэтому при нахождении человека у нагревательных приборов или горячего производственного оборудования теплота от них передается человеку, и происходит нагрев тела.

Одежда человека обладает теплоизолирующими свойствами, чем более теплая одежда, тем меньше теплоты отдается от человека окружающей среде.

Таким образом, регулировать теплообмен человека с окружающей можно за счет температуры окружающей среды и выбора одежды с различными теплоизолирующими свойствами.

Передача теплоты осуществляется также за счет конвективного теплообмена (Q_к). Что это такое? Воздух, находящийся вблизи от теплого предмета нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность, и как более легкий поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух окружающей среды.

Явление обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного воздуха называется естественной конвекцией.

Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более теплых слоев воздуха у предмета на более холодные ускоряется. В этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше и, как мы уже выяснили раньше, интенсивность отдачи тепла от предмета окружающему воздуху возрастет. Это явление называется вынужденной конвекцией.

Таким образом, регулировать теплообмен между человеком и окружающей средой можно изменением скорости движения воздуха.

Еще одним механизмом передачи теплоты от человека окружающей среде является испарение. Если человек потеет, на его коже появляются капельки воды, которые испаряются., и вода из жидкого состояния переходит в парообразное. Этот процесс сопровождается затратами энергии (Q_и) на испарение и в результате охлаждением организма.

От чего же зависит интенсивность испарения, а следовательно и величина отдачи тепла от организма окружающей среде?

Во-первых, от температуры окружающей среды - чем выше температура, тем выше интенсивность испарения; во-вторых, от влажности воздуха - чем выше влажность, тем меньше интенсивность испарения. Для каждой температуры воздуха характерно максимальное количество воды, которое может находиться в единице объема воздуха в парообразном состоянии.

Обычно влажность воздуха измеряют величиной относительной влажности (). Величина относительной влажности измеряется в процентах. Например, относительная влажность =70% означает, что в воздухе воды в парообразном состоянии находится 70% от максимально возможного количества. Относительная влажность 100% означает, что воздух насыщен водяными парами, и в такой среде испарение не может происходить.

Таким образом, относительная влажность - это отношение массы водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, к массе водяного пара, содержащегося в насыщенном водяными парами воздухе ( предельной массе водяного пара, которая может содержаться в воздухе при данной температуре).

Интенсивность испарения возрастает при увеличении скорости движения воздуха. Это объясняется теми же причинами, что и увеличение теплообмена при вынужденной конвекции. Слои воздуха, находящиеся вблизи тела человека и насыщенные водяными парами, за счет движения воздуха удаляются и заменяются более сухими порциями воздуха, при этом возрастает интенсивность испарения.

Следующим механизмом отдачи теплоты от человека окружающей среде является теплота выдыхаемого воздуха. В процессе дыхания воздух окружающей cреды, попадая в легкие человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. Таким образом, теплота выводится из организма человека с выдыхаемым воздухом(Q_в).

Последним механизмом теплообмена между человеком и окружающими предметами является излучение (Q_из). Тепловая энергия, превращаясь на поверхности горячего тела в лучистую (электромагнитную волну) - инфракрасное излучение, передается на другую -холодную поверхность, где вновь превращается в тепловую. Лучистый поток тем больше, чем больше разница температур человека и окружающих предметов. Причем лучистый поток может исходить от человека, если температура окружающих предметов меньше температуры человека и наоборот, если окружающие предметы более нагреты.

Таким образом, теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется за счет теплопроводности (Q_т), конвективного теплообмена (Q_к), испарения (Q_и), выдыхания теплого воздуха (Q_в), излучения (Q_из) .

Направление тепловых потоков Q_t, Q_k, Q_из может быть от человека к окружающим человека воздуху и предметам и наоборот, в зависимости от того, что больше - температура тела человека или окружающего воздуха и окружающих его тел. Тепловыделения организма человека определяются прежде всего величиной мышечной нагрузки при деятельности человека, а теплоотдача - температурой окружающего воздуха и предметов, скоростью движения и относительной влажностью воздуха.