uzluga.ru
добавить свой файл
Лекция № 10 Медико-биологические особенности, обусловленные воздействием физических факторов на организм человека

Вопросы

  1. Микроклимат и теплообмен человека с окружающей средой

  2. Влияние повышенной температуры на физиологические функции организма: высокая температура и состояние обменных процессов

  3. Особенности действия лучистого тепла на организм

  4. Заболевания, вызываемые воздействием нагревающего микроклимата: тепловой удар, подострые и хронические тепловые поражения (тепловое истощение, обморок, отек и др.);

  5. Влияние низких температур на организм

  6. Адаптация и акклиматизация при работе в неблагоприятных метеорологических условиях

  7. Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных помещений (ГОСТ 12.1.005-88 и СН 2.2.4.548-96)


Влияние микроклимата на организм человека

Здоровый и производительный труд возможен только при хорошем содержании рабочего места, его правильной организации. Удобная рабочая поза, отсутствие суеты, лишних движений, уют в помещении важны для производительности труда, для борьбы с преждевременным утомлением.

Существенное влияние на состояние организма человека, его работоспособность оказывает микроклимат (метеорологические условия) в производственных помещениях - климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения нагретых поверхностей.

Вызываемое метеорологическими условиями интенсивное тепловое или холодовое воздействие может привести к значительным изменениям жизнедеятельности организма и вожет привести к значительным изменениям жизнедеятельности организма и вследствие этого к снижению производительности труда, повышению общей заболеваемости работающих. Поэтому проблема создания благоприятных метеорологических условий на производстве уделяется в гигиене труда большое внимание.

Микроклимат производственных помещений в целом, так и на отдельных рабочих местах, часто очень изменчив и зависит от метеорологических условий наружной атмосферы, мощности источников тепловыделений и теплопоглощения в производственных помещениях, расположения рабочего места среди тепловыделяющих и теплопоглощающих агрегатов, расстояния рабочего места до проемов, через которые поступает наружный воздух, а также воздухообмена. Вообщем, все, что в основном, влияет на тепловое состояние организма человека и его теплообмен с окружающей средой. Метеорологические условия, особенно температура воздуха и интенсивность инфракрасного излучения, меняются на протяжении рабочей смены, различны на отдельных участках одного и того же цеха, неравномерны по вертикали и горизонтали.

Отдельные компоненты метеорологического фактора характеризуются следующими особенностями.

Нагретость воздуха. Во многих цехах металлургической, машиностроительной, химической промышленности, на ряде производств промышленности строительных материалов, легкой и пищевой промышленности и др. производственный микроклимат характеризуется высокой температурой воздуха, часто в сочетании с инфракрасным излучением.

Это обуславливается:

  • Технологическим оборудованием, вмещающим высоконагретые продукты (плавильные, обжигательные, нагревательные, сушильные печи, паровые котлы и т.п.);

  • Нагретыми до высокой температуры обрабатываемыми материалами и готовыми предметами (расплавленный металл, стекло, поковки и т.п.);

  • Выделение тепла при экзотермических химических реакциях;

  • Выбиванием горячих паров и газов через неплотности печей, аппаратов, труб, паропроводов и др.;

  • Переходом в теплоту электрической и механической энергии движущихся станков и механизмов, например, в текстильной промышленности;

  • Нагревом помещения прямыми солнечными лучами, особенно в летнее время в южных районах (инсоляция).

Тепловыделения от указанных источников часто настолько велики, что значительно превышают теплопотери через наружные ограждения зданий и вызывают значительную нагретость воздуха. По существующим «Санитарным нормам проектирования промышленных зданий» (СН-245-71) тепловыделения, не превышающие 20 ккал на 1м2 помещения в час, считаются незначительными, и цехи с такими тепловыделениями относятся к холодным. Цехи же с тепловыделениями, превышающими 20 ккал на 1м2 помещения в час, относятся к горячим.

В отдельных цехах высокая нагретость воздуха сочетается с высокой влажностью (красильные цехи текстильной промышленности, целлюлозные комбинаты и др.).

В ряде производств работа выполняется при низкой температуре в специальных рабочих помещениях (бродильные отделения пивоваренных заводов, холодильники и др.) или на открытом воздухе в зимний и переходные периоды года (строительные работы, лесозаготовки, рыбные промыслы и др.). Близкие к этим условия могут наблюдаться в различных производствах при работах в неотапливаемых производственных помещениях в эти периоды года.

Инфракрасное излучение. Важной особенностью производственного микроклимата является инфракрасное излучение.

По своей физической природе оно представляет невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 мк до 1 мм в виде потока частиц, обладающих волновыми и квантовыми свойствами.

Инфракрасное излучение является функцией теплового состояния источника излучения. Общая мощность излучения и распределение его по отдельным участкам спектра зависят от абсолютной температуры излучающего тела. По классификации, предложенной МОК в 1963 г., выделяются три области инфракрасного излучения (ИК-излучения):

  • ИК-А (I от 0,78 до 1,4 мк),

  • ИК-В от 1,4 до 3 мк)

  • ИК-С (ХотЗжкдо 1 мм).

Распространяясь от источника излучения в виде электромагнитных волн, инфракрасные лучи, поглотившись тканями человеческого тела, вызывают наряду с разнообразными изменениями в организме их н агревание.

Инфракрасное излучение подчиняется следующим основным законам, установленным применительно к абсолютно черному, телу (т. е. поглощающему все направленное на него излучение):

  1. Лучеиспускание обусловливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Прево — Кирхгофа).

  2. С повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры (закон Стефана — Больцмана):

Е = КТ*,

где Е — мощность излучения; К — константа = 1,38-10~12 малых калорий в секунду.

3. Произведение абсолютной температуры излучающего тела на
длину волны излучения с максимальной энергией λmax есть величина
постоянная (первый закон Вина — закон смещения):

λmax . T = K

причем K=2960, если λmax выражается в микронах.

Из этих законов вытекает, что с повышением температуры излучающего тела:

а) возрастает энергия излучения во всех участках спектра;

б) максимум энергии излучения перемещается в сторону волн с
меньшей длиной.

Законы эти имеют очень важное гигиеническое значение, так как исходя из закона смещения Вина и данных о температуре излучающего тела, можно составить представление о спектральной характеристике излучающего тела. Используя в несколько измененном. виде формулу, вытекающую из закона Стефана — Больцмана, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Температура нагрева поверхности большинства производственных источников излучения (печи, электрические дуги, нагретый металл и др.) от 800 до 3500°; максимум излучения у них приходится на длину волны от 0,7 до 3—9 мк. Так, например, плавильные печи излучают поток с λmax =1,65 мк, электроплавильные печи —1,9 мк, жидкий чугун, шлак при температуре 1300°—1,8 мк, электрическая дуга электроплавильных печей — 0,95 мк.

Наряду с такими источниками излучения в производственных помещениях часто на одном и том же рабочем месте находятся предметы с более низкой температурой нагрева (50—100°), например, поверхности оборудования, трубопроводы, различного рода ограждения и др., которые излучают поток инфракрасной радиации иного спектрального состава. Этот вид излучения отличается преимущественно длинноволновыми лучами. Спектр инфракрасного излучения тела человека — от 2,5 до 20—25mk c λmах 9,3—9,4 мк.

Для оценки возможного воздействия инфракрасного излучения на работающих важное значение наряду со спектральной характеристикой имеет интенсивность излучения. Она измеряется количеством малых калорий, падающих на 1 см2 поверхности в минуту или больших калорий на 1 м2 в час. Интенсивность теплового излучения на рабочих местах при отдельных производственных операциях колеблется от 0,1 до 15— 18 кал/см2/мин и даже выше. Следует отметить, что тепловой эффект ирямого солнечного излучения на поверхности земли не превышает 1,3— 1,5 кал/см2/мин. По мере удаления рабочего места от источника излучения интенсивность потока уменьшается.

Влажность воздуха. В прямой зависимости от технологического процесса может быть и влажность воздуха производственных помещений. На ряде производств относительная влажность очень высока (80— 100%). Источниками влаговыделений являются заполненные растворами различные ванны, красильные и промывные аппараты, емкости с водой и водными растворами и др., особенно если эти растворы подвергаются нагреванию и создаются условия для свободного испарения (красильно-отделочные фабрики, травильные и гальванические отделения машиностроительных заводов, кожевенное, бумажное и другие производства) .

В отдельных цехах высокая влажность поддерживается искусственно, при помощи специальных увлажнительных установок (в прядильных и ткацких цехах). В цехах, где имеется высокая относительная влажность, способность воздуха воспринимать дополнительную влагу резко ограничена, поэтому понижение температуры воздуха в таких цехах приводит к образованию тумана и конденсации паров в более крупные капли.

Движение воздуха. Движение воздуха внутри производственных помещений вызывается неравномерным нагреванием воздушных масс в пространстве. В горячих цехах из-за наличия больших нагретых поверхностей мощные конвекционные воздушные потоки, направленные кверху, являются причиной возникновения в зимний период мощных потоков холодного воздуха, врывающихся снаружи с большой скоростью через двери, ворота и другие проемы; то же наблюдается в производственных помещениях с резким преобладанием объемов воздуха, отсасываемого вытяжными вентиляционными установками, над притоком.

Движение воздуха может быть использовано в качестве оздоровительного мероприятия при высокой температуре воздуха и при инфракрасном излучении — «воздушные души».

Для некоторых цехов характерна недостаточная подвижность воздуха, создающая тягостное ощущение духоты (текстильная, швейная промышленность и др.).

В зависимости от преобладания теплового или холодового воздействия на организм работающих можно выделить наиболее важные с гигиенической точки зрения комплексы метеорологических условий:

  1. нагревающий (например, на ряде участков в доменных, прокатных, кузнечно-прессовых, чугунолитейных, термических цехах, в котельных, печных цехах химических производств, на стекольных, сахарных и других производствах);

  2. охлаждающий (например, при низкой температуре окружающей среды на судостроительных верфях, торфо- и лесоразоаботках, строительных работах, рыбных промыслах, железнодорожном, водном транспорте, в холодильных цехах);

  3. переменно охлаждающий и нагревающий (например, некоторые участки в нефтяной, машиностроительной, металлургической промышленности);

  4. умеренного термического действия (большинство цехов типа механосборочных и др.).

ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ОРГАНИЗМОМ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДОЙ

Тепловой обмен человеческого 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 теплообмена между человеком и окружающей средой зависят от метеорологических условий среды, теплопродукции организма работающего, функционального состояния организма, передачи тепла от глубоколежащих тканей к коже.

Свойство человеческого организма поддерживать тепловой баланс называется терморегуляцией. Нормальное протекание физиологических процессов в организме возможно лишь тогда, когда выделяемое организмом тепло непрерывно отводится в окружающую среду. Несмотря на то, что параметры микроклимата производственных помещений могут значительно колебаться, температура тела человека остается постоянной (36,6 °С).

Отдача теплоты организмом человека во внешнюю среду происходит тремя основными способами (путями):

  • конвекцией,

  • излучением

  • испарением.



Под конвекцией понимается непосредственная отдача тепла с поверхности человеческого тела менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи пропорциональна площади поверхности тела, разности температуры тела и окружающей среды и скорости движения воздуха.

По известному закону охлаждения Ньютона количество тепла, передаваемого посредством конвекции в единицу времени, определяется следующим уравнением:

Н = CS(T Тв) больших калорий /м2/ час. град. с,

где Н — теплоотдача в больших калориях в час; 5 — площадь поверхности в квадратных метрах; Т — температура тела; Тв — температура воздуха градусах Кельвина); С — коэффициент теплоотдачи (величина, не зависящая от этих температур, но зависящая от скорости движения воздуха).

По данным ряда авторов, теплоотдача конвекцией у людей в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях составляет 14,2— 33,1% общей теплоотдачи организма.

. Отдача тепла излучением происходит в направлении поверхностей с более низкой температурой. Передача тепла ИК-излучением в производственных условиях является одним из наиболее мощных путей теплообмена человека с окружающей средой и составляет в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях 43,8—59,1% общей теплоотдачи.

Количество передаваемой этим путем тепловой энергии определяется законом Стефана — Больцмана. По этому закону удельная мощность излучения с повышением температуры излучающего тела увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры. Для характеристики теплообмена излучением между двумя излучающими поверхностями принято следующее уравнение:

E = C1C2 K(T14T 24).

где Е— теплоотдача в малых калориях; С1 и С2 — константы излучения поверхностей; К — константа = 1,38·10-12 малых калорий в секунду; Т1 и Т2 — температура поверхностей (в градусах Кельвина), между которыми происходит теплообмен излучением.

Следовательно, чем выше температура источников тепловыделения, тем больше по сравнению с конвекцией удельное значение отдачи тепла излучением. Следует отметить, что в то время как интенсивность теплоотдачи конвекцией возрастает с повышением скорости движения воздуха, теплоотдача излучением не зависит от нее: воздух для инфракрасного излучения теплопрозрачен.

В ряде случаев в производственных условиях некоторое гигиеническое значение приобретает и передача тепла кондукцией, наблюдающаяся при соприкасании поверхности тела работающего с охлажденным или нагретым оборудованием, материалами.

Большое место в теплообмене между работающим и окружающей средой занимает отдача тепла