Безопасность жизнедеятельности. Учеб. пособ. 2-е изд. 2019

51

средняя кожная температура остается ниже уровня покоя на 1,5–2 °С. Достигается это включением исполнительных звеньев терморегуляторной системы, направленных на усиление теплоотдачи.

Среди известных процессов теплоотдачи – теплопроводности, конвекции, радиации и испарения – наиболее существенная роль принадлежит радиации и испарению. На их долю приходится около 90 % всех теплопотерь тела, хотя в разных условиях внешней среды эти пропорции могут меняться. При температуре окружающего воздуха, близкой к температуре поверхности тела (около 33 °С), доля потери тепла за счет проведения, конвекции и радиации приближается к нулю. Если же температура окружающей среды выше 33 °С, то происходит накопление тепла в теле за счет этих же физических факторов.

Потеря тепла через испарение связана с потовыделением, приводящим к снижению температуры поверхности тела. Для превращения в пар одного литра пота требуется 580 ккал. В состоянии покоя в комфортных условиях у человека выделяется 0,3–1,0 литра пота, а при тяжелой физической нагрузке эта величина возрастает до 5–8 литров. Превращение жидкости в пар обусловлено, кроме температуры, влажностью среды и скоростью движения воздуха над поверхностью жидкости. Поэтому эффективность потоотделения с точки зрения теплоотдачи тела различна. В условиях тяжелой физической работы в некомфортной среде, когда потоотделение очень велико, а испарение недостаточно, возможно перегревание организма. Это сопровождается увеличением температуры ядра тела, что, наряду со снижением теплоотдачи, может закончиться тепловым ударом.

Из вышеизложенного следует, что механизмы терморегуляции тесно связаны с механизмом кровообращения, дыхания и водно-солевого обмена. Центральным аппаратом этих регуляций являются гипоталамические структуры, где взаимодействуют соответствующие центры. Периферические приборы, обеспечивающие адаптационные реакции для этих систем, во многом общие. Такой принцип регуляции обеспечивает целостность, адаптивность и экономичность ответных реакций организма на изменяющиеся условия жизнедеятельности.

В санитарно-гигиеническом отношении воздушная среда производственных помещений характеризуется метеорологическими условиями (микроклиматом), ингредиентными включениями вредных веществ (запыленностью, загазованностью), ионным составом.

Одним из необходимых условий, способствующих повышению эффективности трудового процесса и сохранению работниками высокого уровня работоспособности в течение трудовой смены, является обеспечение нормативных показателей микроклимата в производственных помещениях.

Метеорологические условия представляют собой комплекс физических факторов, оказывающих влияние на тепловой обмен организма человека с окружающей средой и его тепловое состояние. На формирование производственного микроклимата существенно влияют технологический процесс и климат местности.

52

Показателями микроклимата являются:

1)температура воздуха, С;

2)относительная влажность воздуха, %;

3)скорость движения воздуха, м/с;

4)интенсивность теплового облучения, Вт/м2;

5)температура ограждающих конструкций (стен, полов, потолков),

технологического оборудования или ограждающих его устройств, С.

В условиях трудовой деятельности между работником и окружающей средой происходит постоянный теплообмен.

Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой. Терморегуляция человеческого организма. Тепловой обмен человече-

ского организма с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла в результате жизнедеятельности организма и отдачей или получением им тепла из внешней среды. Характер и интенсивность теплового обмена между человеком и окружающей средой зависят от метеорологических условий среды, теплопродукции организма работника, функционального состояния организма, передачи тепла от глубоколежащих тканей к коже. Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, выделяемое организмом тепло должно отводиться в окружающую среду. Соответствие между количеством этого тепла и охлаждающей способностью среды характеризует её как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений холода или перегрева.

Отдача тепла в окружающую среду Q происходит посредством теплопроводности через одежду QТ, конвекции в результате омывания воздухом тела человека QК, излучения QП, испарения влаги с поверхности кожи QИСП. Часть тепла расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха QВ. Количество тепла, отдаваемое организмом человека каждым из этих путей, зависит от величины параметров микроклимата. Так, теплоотдача конвекцией зависит от температуры окружающего воздуха и скорости его движения на рабочем месте. Отдача тепла испарением пота зависит от относительной влажности и скорости движения воздуха. При изменении температуры воздуха, скорости его движения и относительной влажности, при наличии нагретых поверхностей, в условиях физической работы эти соотношения существенно меняются.

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее конкретному виду работы, обеспечивается при соблюдении теплового баланса согласно формуле (3.1):

В этом случае температура внутренних органов человека остаётся постоянной (36,6 С). Способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при

53

выполнении работ различной тяжести называется терморегуляцией. Она обеспечивает установление определенного соотношения между теплообразованием в результате изменения обмена веществ (химическая терморегуляция) и теплоотдачей (физическая теплорегуляция).

Чем выше температура воздуха, тем сильнее расширяются кровеносные сосуды поверхности тела, происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. При температурах окружающего воздуха +30…+33 С отдача тепла конвекцией и излучением в основном прекращается. С ростом температуры большая часть тепла отдаётся путём испарения пота с поверхности кожи. При этом организм теряет определённое количество влаги, а вместе с ней и солей, играющих важную роль в жизнедеятельности организма. При понижении температуры окружающего воздуха кровеносные сосуды сужаются, приток крови к поверхностям тела замедляется и отдача тепла конвекцией и излучением уменьшается.

Для теплового самочувствия человека важно определённое сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Повышенная относительная влажность (>85 %) затрудняет терморегуляцию вследствие снижения испарения пота, а слишком низкая относительная влажность (<20 %) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Комфортная величина относительной влажности составля-

ет 40–60 %.

Скорость движения воздуха влияет на самочувствие человека. В помещении со значительными теплоизбытками движение воздуха способствует увеличению отдачи тепла организмом и улучшает его состояние, но оказывает неблагоприятное воздействие при низкой температуре воздуха в холодный период года. Кроме этого скорость движения воздуха оказывает влияние на распределение вредных веществ в помещении. Воздушные потоки могут распространять их по всему объёму помещения, переводить пыль из осевшего состояния во взвешенное.

Барометрическое давление влияет на парциальное давление основных компонентов воздуха – кислорода и азота, а следовательно, на процесс дыхания. Жизнедеятельность человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений, но для здоровья человека опасно быстрое изменение барометрического давления.

При воздействии высокой температуры, интенсивного теплового облучения возможен перегрев организма, который характеризуется повышением температуры тела, обильным потовыделением, учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, а в тяжёлых случаях – появлением судорог и возникновением теплового удара. Особенно неблагоприятные условия отмечаются в том случае, когда наряду с высокой температурой в помещении наблюдается повышенная относительная влажность, ускоряющая возникновение перегрева организма. Вследствие резких колебаний температуры в помещении, обдувания холодным воздухом имеют место простудные заболевания.

54

Таким образом, метеоусловия определяются сочетанием температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и тепловым облучением. В зависимости от значения этих физических факторов атмосферы, каждый из которых может изменяться в широких пределах, самочувствие человека и его работоспособность могут быть различными.

Так физическая работа при высокой температуре вызывает изменения в сердечно-сосудистой системе, дыхании, водном и солевом балансе и температуре тела; обычно учащаются пульс и дыхание, артериальное давление падает, температура тела повышается.

Эти изменения являются следствием потери организмом воды, доходящей до 5–8 (10) л в смену за счет обильного потоотделения. Человек на солнцепеке, идущий со скоростью 5,5 км/ч при температуре в тени +37,7 С, выделяет примерно 1 л/ч пота. Вдвое большее количество воды, чем остальные ткани, теряет кровь, которая вследствие этого становится более вязкой, что нарушает кровообращение и питание тканей. В связи с тем что в поту содержится 0,5–0,6 % поваренной соли, при большом потовыделении потери ее доходят до 50 г в смену, а это в свою очередь лишает кровь способности удерживать воду и приводит к быстрому выделению из организма выпитой жидкости. Обильное питье пресной воды утоляет жажду, как правило, на короткое время и не возмещает соли, которая выделяется вместе с потом. Поэтому необходимо пить подсоленную воду (газированная минеральная вода содержит 0,5 % соли).

При длительном воздействии на организм атмосферы с повышенной температурой, особенно при отсутствии движения воздуха и при высокой влажности терморегуляция нарушается, организм перегружается и обезвоживается, что приводит к нарушению физиологических процессов, вызывает серьезные расстройства здоровья. При этом возникают тепловое и дегидратационное истощение, судороги, коллапс, тепловой удар.

Наиболее опасными являются дегидратационное истощение и тепловой удар. Дегидратационное истощение выражается в сильной усталости, удрученности, частом пульсе, одышке, сонливости, обморочном состоянии, стремлении сесть или лечь. Для выведения из этого состояния необходимы покой и интенсивное обильное питье. Тепловой удар характеризуется высокой температурой, возбуждаемостью, прострацией (угнетенным подавленным состоянием, сопровождающимся полным упадком сил, безразличием к окружающему), бредом, уменьшением или приостановкой потоотделения.

Микроклимат по степени его влияния на тепловой баланс человека подразделяется на нейтральный, нагревающий и охлаждающий.

При нейтральном микроклимате сочетание его составляющих при воздействии на человека в течение рабочей смены обеспечивает тепловой баланс человека. При этом разность между величиной теплопродукции и суммарной теплоотдачей находится в пределах ±2 Вт, а доля теплоотдачи испарением не превышает 30 %.

55

Нагревающий микроклимат – сочетание параметров, при котором имеет место изменение теплообмена человека с окружающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организме (>2 Вт) и/или в увеличении доли потерь тепла испарением влаги (>30 %).

Охлаждающий микроклимат – сочетание параметров, при которых суммарная теплоотдача в окружающую среду превышает величину теплопродукции организма (>2 Вт). Это приводит к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле человека.

Симптомы стадий переохлаждения по мере нарастания опасности гипотермии:

–отклонение от нормального поведения, агрессивность, а позднее

апатия;

–усталость и нежелание двигаться;

–потеря чувства опасности, ложное ощущение благополучия;

–неловкость в движениях, нарушение речи;

–потеря сознания;

–смерть.

При низкой температуре все стадии гипотермии могут завершиться за 20–30 мин. При попадании в холодную воду в первой стадии за счет интенсивного озноба, сопровождающегося значительным выделением тепла, температура тела несколько повышается. Затем, если отдача тепла превышает теплообразование, температура начинает снижаться и при достижении 35 С – стремительно падает до смертельного показателя 24 С. Температура поверхности тела снижается еще быстрее. Пульс сначала возрастает до 120 ударов в минуту, затем при температуре 33 С уменьшается до 50 ударов в минуту, при 30 С начинается аритмия, за которой при 28 С происходит фибрилляция и затем необратимые явления. Дыхание прекращается примерно за 20 мин до остановки сердца.

Считается, что обычный человек, незнакомый с закаливанием, оказавшись в воде с нулевой температурой, через 12 мин может потерять сознание, а через 18 мин – погибнуть. Для температуры 10 С опасные рубежи отодвигаются соответственно до 25 и 55 мин, для 20 С – 135 и 360 мин. Однако люди, закаленные физически, подготовленные к преодолению трудностей, имеющие достаточно мужества и самообладания, выживают за чертой смертельной опасности. Указанные данные были получены путем анализа последствий кораблекрушений.

Гигиеническое нормирование параметров микроклимата. Нор-

мативными документами в области охраны труда (ГОСТ 12.1.005-88(2001) ССБТ. «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха») регламентированы метеорологические условия воздушной среды в рабочей зоне помещений промышленных

56

предприятий и в обслуживаемой зоне общественных и жилых зданий, а также расчетные параметры наружного воздуха.

В вышеуказанных документах учтены следующие факторы:

1Границы между теплым и холодным периодами года – холодный период с температурой наружного воздуха ниже +10 С; теплый период с температурой наружного воздуха +10 С и выше.

2Категории работ – разграничиваются на основе интенсивности энергозатрат организма в ккал/ч (Вт):

– лёгкие физические работы (категория I) – виды деятельности с расходом энергии не более 150 ккал/ч (174 Вт). Лёгкие физические работы разделяются на категорию Iа – энергозатраты до 120 ккал/ч (139 Вт) и категорию Iб – энергозатраты 121–150 ккал/ч (140–174 Вт).

К категории Iа относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (сфера управления). К категории Iб относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (мастера);

– средней тяжести физические работы (категория II) – виды дея-

тельности с расходом энергии в пределах 151–250 ккал/ч (175–290 Вт). Средней тяжести физические работы разделяют на категорию IIа – энергозатраты от 151 до 200 ккал/ч (175–232 Вт) и категорию IIб – энергозатраты от 201 до 250 ккал/ч (233–290 Вт).

К категории IIа относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определённого физического напряжения (работы помощника машиниста). К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (регулировщики скорости движения вагонов и слесари, занятые на ремонте локомотивов).

– тяжёлые физические работы (категория III) – виды деятельности с расходом энергии более 250 ккал/ч (290 Вт). К категории III относятся работы, связанные с постоянными передвижениями, переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (составители поездов, монтёры пути, электромонтёры контактной сети).

3Характеристика помещения по теплоизбыткам – все производственные помещения делятся на помещения с незначительными избытками явного тепла до 20 ккал/м3·ч и помещения со значительными избытками явного тепла – более 20 ккал/м3·ч.

Тепловое (инфракрасное) излучение представляет собой электромаг-

нитное излучение с длиной волны от 0,76 до 540 нм, обладающее волновыми квантовыми свойствами. Это излучение оказывает влияние на человека на следующих предприятиях железнодорожного транспорта (литейные и кузнечные цеха; баббитозаливочные, пропиточные, термические сварочные отделения, помещения шпалопропиточных заводов).

57

Тепловой эффект воздействия облучения на человека зависит от длины волны, интенсивности излучения, площади облучаемого участка относительно жизненно важных органов человека, от свойств одежды.

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

По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую (менее 1,4 мкм), средневолновую (1,4–3 мкм), длинноволновую (более 3 мкм) область. Интенсивность теплоизлучения измеряют в Вт/м2. Коротковолновое излучение проникает в ткани на глубину нескольких сантиметров, более длинноволновое поглощается верхними слоями кожи.

Согласно ГОСТ 12.1.005-88 (2001) интенсивность теплового облучения не должна превышать 35 Вт/м2 при облучении 50 % поверхности тела и более 70 Вт/м2 при величине облучаемой поверхности от 25 до 50 %; 100 Вт/м2 при облучении не более 25 % поверхности тела.

По характеру воздействия на организм работников показатели микроклимата разделены на оптимальные (комфортные) и допустимые (ГОСТ

12.1.005-88 (2001), СанПиН 2.2.4.548-96).

Оптимальные (комфортные) микроклиматические условия – сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на работника обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции (табл. 3.1). Они обеспечивают ощущение теплового комфорта, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Таблица 3.1

Оптимальные (комфортные) величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений, СанПиН 2.2.4.548-96

58

Допустимые микроклиматические условия – сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на работника могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей (табл. 3.2). Допустимые условия не вызывают нарушений здоровья, но могут ухудшать самочувствие, снижать работоспособность за счет теплового дискомфорта.

Таблица 3.2

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений, СанПиН 2.2.4.548-96

Оптимальные (комфортные) показатели распространяются на всю рабочую зону, а допустимые устанавливают раздельно для постоянных и непостоянных рабочих мест в тех случаях, когда по технологическим, техническим или экономическим причинам невозможно обеспечить оптимальные нормы.

Если параметры микроклимата не соответствуют нормативным требованиям, то существенно затрудняется гигиеническая оценка степени их отклонений от нормативов, поскольку имеет место сочетанное их действие, когда изменение одного параметра микроклимата может компенсировать (или усилить) изменение другого.

59

В этих ситуациях целесообразно оценивать параметры нагревающего микроклимата, используя интегральный показатель – индекс тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс).

Индекс тепловой нагрузки среды является эмпирическим показателем, характеризующим сочетанное действие на организм работника параметров микроклимата (температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и теплового облучения).

ТНС-индекс определяется на основе величин температуры смоченного термометра аспирационного психрометра (tвл) и температуры внутри зачерненного шара (tш) по уравнению (3.2):

Температура внутри зачерненного шара измеряется термометром, резервуар которого помещен в центр зачерненного полого шара; tш отражает влияние температуры воздуха, температуры поверхностей и скорости движения воздуха. Зачерненный шар должен иметь диаметр 90 мм, минимально возможную толщину и коэффициент поглощения 0,95. Точность измерения температуры внутри шара составляет ±0,5 С.

ТНС-индекс рекомендуется использовать для интегральной оценки тепловой нагрузки среды на рабочих местах, на которых скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового облучения –

1200 Вт/м2.

Значения ТНС-индекса, приведенные в СанПиН 2.2.4.548-96, носят рекомендательный характер.

Допустимые величины интенсивности теплового облучения работников от источников, нагретых до темного свечения, должны соответствовать следующим значениям, указанным в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Допустимые величины интенсивности теплового облучения работников

Допустимые величины интенсивности теплового облучения работников от источников излучения, нагретых до белого и красного свечения, не должны превышать 140 Вт/м2.

Методы обеспечения комфортных климатических условий. Для обеспечения допустимых для человека параметров микроклимата предусматривают технические, организационно-технические и медикопрофилактические мероприятия.

Технические мероприятия предусматривают автоматизацию, механизацию трудовых процессов с использованием более совершенных видов оборудования, уменьшающих поступление тепла в рабочую зону. При механизации работ уменьшается напряжённость труда, сокращаются энергозатраты, снижается риск перегрева организма.

60

Из технических мероприятий в производственных помещениях с избыточным выделением тепла отдается предпочтение замене старых и внедрению новых технологических процессов и оборудования, способствующих оздоровлению неблагоприятных условий труда (например, применение штамповки вместо поковочных работ; применение индивидуального нагрева металлов токами высокой частоты и т. д.). Уменьшению поступления теплоты в помещение способствуют мероприятия, обеспечивающие герметичность оборудования.

Дистанционное управление увеличивает расстояние между работником и источником тепла, снижается интенсивность влияющего излучения.

К организационно-техническим мероприятиям относятся следующие: применение коллективных средств защиты: локализация тепловыделений, теплоизоляция горячих поверхностей, экранирование источников либо рабочих мест; воздушное душирование, радиационное охлаждение, мелкодисперсное распыление воды; общеобменная вентиляция или кондиционирование воздуха.

Выбор теплозащитных средств в каждом случае должен осуществляться по максимальным значениям эффективности с учетом требований эргономики, технической эстетики, безопасности для данного процесса или вида работ и технико-экономического обоснования. Устанавливаемые в цехе теплозащитные средства должны быть простыми в изготовлении и монтаже, удобными для обслуживания, не затруднять осмотр, чистку, смазывание агрегатов, обладать необходимой прочностью, иметь минимальные эксплуатационные расходы. Теплозащитные средства должны обеспечивать облученность на рабочих местах не более 350 Вт/м2 и температуру поверхности оборудования не выше +35 С при температуре внутри источника до 100 С и не выше +45 С при температурах внутри источника выше +100 С.

Теплоизоляция поверхностей источников излучения (печей, сосудов и трубопроводов с горячими газами и жидкостями) снижает температуру излучающей поверхности и уменьшает как общее тепловыделение, так и радиационное. Кроме улучшения условий труда тепловая изоляция уменьшает тепловые потери оборудования, снижает расход топлива (электроэнергии, пара) и приводит к увеличению производительности агрегатов.

Конструктивно теплоизоляция может быть мастичной, оберточной, засыпной, из штучных изделий и смешанной. Мастичная изоляция осуществляется нанесением мастики (штукатурного раствора с теплоизоляционным наполнителем) на горячую поверхность изолируемого объекта. Эту изоляцию можно применять на объектах любой конфигурации. Оберточную изоляцию изготовляют из волокнистых материалов – асбестовой ткани, минеральной ваты, войлока и др. Устройство оберточной изоляции проще мастичной, но на объектах сложной конфигурации ее труднее закреплять. Наиболее пригодна оберточная изоляция для трубопроводов. Засыпную изоляцию применяют реже, так как необходимо устанавливать кожух вокруг изолируемого объекта. Эту изоляцию используют в основ-