Микроклимат и освещенность — важнейшие источники опасных и вредных факторов бытовой, производственной и окружающей среды

2.3.1. Микроклимат и создание комфортных условий терморегуляции организма

Говоря о биосфере в целом, необходимо отметить, что человек обитает в самом нижнем, прилегающем к земле слое атмосферы, который называется тро­посферой.

Атмосфера является непосредственно окружаю­щей человека средой и этим определяется ее перво­степенное значение для осуществления процессов жизнедеятельности.

Тесно соприкасаясь с воздушной средой, орга­низм человека подвергается воздействию ее физиче­ских и химических факторов: состава воздуха, тем­пературы, влажности, скорости движения воздуха, барометрического давления и др. Особое внимание следует уделить параметрам микроклимата поме­щений — аудиторий, производственных и жилых зданий. Микроклимат, оказывая непосредственное воздействие на один из важнейших физиологиче­ских процессов — терморегуляцию, имеет огромное значение для поддержания комфортного состояния организма.

Терморегуляция — это совокупность процессов в организме, обеспечивающих равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей, благодаря которо­му температура тела человека остается постоянной.

Теплопродукция организма (производимое тепло) в состоянии покоя составляет для «стандартного че­ловека» (масса 70 кг, рост 170 см, поверхность тела 1,8 м²) до 283 кДж в час. При легкой физической работе — более 283 кДж в час, при работе средней тяжести — до 1256 кДж в час и при тяжелой — 1256 и более кДж в час. Метаболическое, лишнее тепло должно удаляться из организма.

Нормальная жизнедеятельность осуществляется в том случае, если тепловое равновесие, т. е. соответ­ствие между теплопродукцией вместе с теплотой, получаемой из окружающей среды, и теплоотдачей, достигается без напряжения процессов терморегу­ляции. Отдача тепла организмом зависит от условий микроклимата, который определяется комплексом факторов, влияющих на теплообмен: температурой, влажностью, скоростью движения воздуха и радиа­ционной температурой окружающих человека пред­метов.

Чтобы понять влияние того или иного показателя микроклимата на теплообмен, нужно знать основ­ные пути отдачи тепла организмом. При нормаль­ных условиях организм человека теряет примерно 85 % тепла через кожу, и 15 % тепла расходуется на нагревание пищи, вдыхаемого воздуха и испарение воды из легких. 85 % тепла, отдаваемого через кожу, распределяется следующим образом: 45 % прихо­дится на излучение, 30 % на проведение и 10 % на испарение. Эти соотношения могут изменяться в за­висимости от условий микроклимата.

Потеря тепла телом человека путем излучения может ориентировочно оцениваться по закону Стефана-Больцмана и рассчитывается по формуле:

Е = К(Т₁⁴-Т₂⁴),

где Е — энергия электромагнитного излучения с единицы поверхности тела в единицу времени;

К — коэффициент;

Т₁ — абсолютная температура кожи человека;

Т₂ — абсолютная температура окружающих по­верхностей.

Из уравнения следует, что при Т₁ > Т₂ радиаци­онный баланс отрицательный, человек теряет теп­ла больше, чем получает; при Т ₁ < Т₂ — радиаци­онный баланс положительный, человек получает тепла больше, чем отдает, при этом возможно пере­гревание организма. На потерю тепла излучением не влияют температура воздуха, его подвижность, относительная влажность, а только температура окружающих предметов. Электромагнитное излу­чение испускается любыми нагретыми телами и при температуре тела человека лежит в области инфра­красных, тепловых волн.

Потеря тепла проведением осуществляется в ре­зультате соприкосновения тела человека с окружающим воздухом (конвекция) или с окружающи­ми предметами (кондукция). Основное количество тепла теряется конвекцией. Эта потеря прямо про­порциональна разности между температурой тела и температурой окружающего воздуха — чем боль­ше разница, тем больше теплоотдача. Если темпера­тура воздуха возрастает, потеря тепла конвекцией уменьшается и при температуре 35-36 °С прекраща­ется. Потеря тепла конвекцией увеличивается при увеличении скорости движения воздуха, которая не должна превышать 2-3 м/сек, так как это может привести к переохлаждению организма. Ускоряет теплоотдачу повышение влажности воздуха, влаж­ный воздух более теплоемкий.

Потеря тепла испарением зависит от количества влаги (пота), испаряющейся с поверхности тела. При испарении 1г влаги организм теряет 2,43 кДж тепла, при нормальных условиях с поверхности кожи человека испаряется около 0,5 л влаги в сут­ки, с которыми отдается около 1200 кДж энергии.

С повышением температуры воздуха и окружаю­щих поверхностей потеря тепла излучением и кон­векцией уменьшается и резко увеличивается теп­лоотдача испарением. Если температура внешней среды выше, чем температура тела, то единствен­ным путем теплоотдачи остается испарение. Коли­чество пота может достигать 5-10 л в день. Этот вид теплоотдачи очень эффективен, если есть условия для испарения пота: уменьшенная влажность и уве­личенная скорость движения воздуха. Таким обра­зом, при высокой температуре окружающей среды увеличение скорости движения воздуха является благоприятным фактором. При низких температу­рах воздуха увеличение его подвижности усиливает теплоотдачу конвекцией, что неблагоприятно для организма, т. к. может привести к переохлажде­нию, простуде и отморожениям. Большая влаж­ность воздуха (свыше 70 %) неблагоприятно влияет на теплообмен как при высоких, так и при низких температурах. Если температура воздуха выше 30 °С (высокая), то большая влажность, затрудняя испа­рение пота, ведет к перегреванию. При низкой тем­пературе высокая влажность способствует сильному охлаждению, т. к. во влажном воздухе усиливается отдача тепла конвекцией. Оптимальная влажность, таким образом, составляет 40-60 %.

Комфортными (оптимальными) для организма человека являются показатели микроклимата про­изводственных помещений, представленные в таб­лице 1 в соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96.

Допустимые нормы параметров микроклимата в производственных помещениях для постоянных рабочих мест представлены в таблице 2.

При комфортном микроклимате физиологические процессы терморегуляции не напряжены, теплоощу-щение хорошее, функциональное состояние нервной системы оптимальное, физическая и умственная ра­ботоспособность высокая, организм устойчив к воз­действию негативных факторов среды.

Дискомфортный микроклимат вызывает на­пряжение процессов терморегуляции, имеет место плохое теплоощущение, ухудшается условно-ре­флекторная деятельность и функция анализаторов, понижается работоспособность и качество труда, снижается устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов.

Дискомфортный микроклимат может быть пе­регревающим (гипертермия) и охлаждающим (ги­потермия). Последствия воздействия дискомфорт­ного микроклимата на организм представлены в таблице 3.

Таблица 1

Сезон года	Категория работ	Оптимальная температура, "С	Оптимальная относительная влажность, %	Оптимальная скорость дви­жения воздуха, м/сек (не более)
Холодный и переход­ный	легкая средней тя­жести тяжелая	21-24 17-20 16-18	40-60 40-60 40-60	0,1 0,2 0,3
Теплый	легкая средней тя­жести тяжелая	22-24 20-23 18-20	40-60 40-60 40-60	0,2 0,3 0,4

Таблица 2

Сезон года	Категория работ	Допустимая температу­ра, °С	Допустимая от­носительная влажность воз­духа, % (не более)	Допустимая ско­рость движения воздуха, м/сек (не более)
Холод­ный и пе­реходный	легкая средней тя­жести тяжелая	20-25 15-24 13-19	75 75	0,2 0,4 0,5
Теплый	легкая, средней тя­жести тяжелая	21-28 16-27 15-26	55-60 65-70 75	0,2 0,3 0,4

Таблица 3

Дискомфортный микроклимат
Острая гипертермия	Хроническая гипертермия	Острая местная гипотермия	Острая общая гипотермия	Хрони­ческая гипо­термия
1. Напряже-	Поражаются практи-	1. Отморо-	1. Генерализо-	Пониже-
ние процес­сов термо-	чески все физиологи­ческие системы:	жения 2. Неврал-	ванная гипо­термия/замер-	ние ра­боте-
регуляции,	1. Со стороны пище-	гии, мио-	зание	слособ-
ухудшение	варения — потеря	зиты	2. Снижение	ности,
состояния ор-	аппетита, понижение	3. Простуд-	иммунитета	пониже-
ганизма 2. Тепловой	желудочной секреции, гастрит, энтерит, колит	ные забо­левания —	к инфекцион­ным заболева-	ние со­против-
удар, повы-	2. Со стороны сердеч-	ОРЗ, ангины,	ниям	ляемости
шение тем-	но сосудистой систе-	воспаление	3. Аллерги-	орга-
пературы	мы — расширение	почек, вос-	ческие забо-	низма
тела, падение	сосудов, увеличение	паление	левания, т. к.	к небла-
сердечной деятельности,	частоты сердечных сокращений, наруше-	среднего уха	при переохла­ждении обра-	гоприят­ным фак-
потеря созна­ния 3. Судорож-	ние питания сердеч­ной мышцы 3. Со стороны почек		зуются гиста-мино-подоб-ные вещества	торам
ная болезнь при повышен-	чаще всего возникает или обостряется по-		4. Снижение работоспособ-
ном испаре-	чечно-каменная бо-		ности, внима-
нии, в резуль-	лезнь		ния, увеличе-
тате потери большого	4. Со стороны цен­тральной нервной си-		ние частоты несчастных
количества	стемы — утомляемость,		случаев
солей и вита-	неврозы, снижение
минов	внимания, травматизм

Микроклимат производственных помещений ха­рактеризуется большим разнообразием сочетаний температуры, влажности, скорости движения возду­ха, интенсивности и состава лучистого тепла, отлича­ется динамичностью и зависит от колебания внешних метеоусловий, времени дня и года, хода и характера производственного процесса, условий воздухообмена с атмосферой. Если говорить о характере производ­ственного процесса, то существуют, например, про­изводства со значительным избытком тепла, они от­носятся к категории горячих цехов. К ним относятся производства с избытком явного тепла 23 Дж/м³ • с, с повышением температуры до 35-40°С, интенсив­ностью радиационного тепла до 0,7 Дж на 1 см²/с.

В зависимости от производственных условий в по­мещениях преобладают либо отдельные элементы микроклимата, либо их комплекс. Тепловыделение в пределах 11,6-17,4 Дж/м³ • с обычно равно теп-лопотерям через ограждения здания и не приводит к накоплению тепла и повышению температуры воз­духа в помещениях.

Высокая влажность (выше 70 %) встречается в производствах с большими поверхностями испа­рения: шахты, красильные, кожевенные, сахарные заводы, водо- и грязелечебницы.

Повышенное движение воздуха возникает там, где е'сть поверхности с разными температурами и, когда эта разница достаточно велика, возникают конвекционные токи воздуха", вплоть до образова­ния сквозняков.

При дискомфортном микроклимате наблюдает­ся напряжение процессов терморегуляции. Верх­няя граница терморегуляции человека в состоянии покоя составляет: температура воздуха 30-51°С при относительной влажности 85 % или темпера­тура воздуха 40°С при относительной влажности 50 %. При выполнении физической работы грани­цы терморегуляции снижаются. Например, при тя­желой мышечной нагрузке температура воздуха составляет 5-10 °С при относительной влажности воздуха 40-60 %.

При изменениях микроклимата, выходящих за границы приспособительных физиологических ко­лебаний, дискомфорт проявляется в виде измене­ния самочувствия. Появляется апатия, шум в ушах, мерцание перед глазами, тошнота, помрачение со­знания, повышение температуры тела, судороги и другие симптомы.

Рекомендуемые нормами параметры микрокли­мата должны обеспечить в процессе терморегуляции такое соотношение физиологических и физико-хи­мических процессов, при котором поддерживалось бы устойчивое тепловое состояние в течение дли­тельного времени, без снижения работоспособности человека. В цехах с климатическим комплексом преимущественно нагревающего типа решающее значение в борьбе с нагреванием приобретает изме­нение самого технологического процесса, замена источников избыточного выделения тепла различ­ными способами, которые требуют в каждом кон­кретном случае специального рассмотрения. Нема­ловажным в обеспечении комфортных параметров микроклимата являются рациональное отопление, правильное устройство вентиляции, кондициони­рование воздуха, теплоизоляция источников тепла.

Системы обеспечения параметров микроклимата

Вентиляция — организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из поме­щения отработанного воздуха и подачу на его место свежего.

Естественная неорганизованная вентиляция осу­ществляется за счет разности давления снаружи и внутри помещения. Для жилых помещений сме­на воздуха (инфильтрация) может достигать 0,5-0,75 объема в час, для промышленных 1,0-1,5 объе­ма в час.

Естественная организованная, канальная венти­ляция проектируется в жилых и общественных зда­ниях. При обтекании ветром выхода вытяжной шах­ты, имеющей иногда насадку-дефлектор, создается разряжение, зависящее от скорости ветра и возни­кает поток воздуха в вентиляционной системе.

Аэрация — организованная естественная венти­ляция помещений через фрамуги, форточки, окна.

Механическая вентиляция — это такая венти­ляция, при которой воздух подается (приточная) или удаляется (вытяжная) с помощью специальных устройств — компрессоров, насосов и. др. Различают вентиляцию общеобменную (для всего помещения) и местную (для определенных рабочих мест). При механической вентиляции воздух может предва­рительно проходить через систему фильтров, очи­щаться, а в удаляемом воздухе могут улавливаться вредные примеси. Недостатком механической вен­тиляции является создаваемый ею шум. Наиболее совершенный вид промышленной вентиляции — кондиционирование воздуха.

Кондиционирование — искусственная автома­тическая обработка воздуха с целью поддержания оптимальных микроклиматических условий не­зависимо от характера технологического процесса и условии внешней среды. В ряде случаев при кондиционировании воздух проходит дополнительную специальную обработку — обеспыливание, увлаж­нение, озонирование и др. Кондиционирование воз­духа обеспечивает как безопасность жизнедеятель­ности, так и параметры технологических процессов, где не допускаются колебания температуры и влаж­ности среды.

Значительно уменьшает воздействие тепла на организм применение экранирования. Экраны мо­гут быть теплоотражающие (алюминиевая фольга, алюминиевая краска, листовой алюминий, белая жесть), теплопоглощающие (бесцветные и окрашен­ные стекла, остекление с воздушной или водяной прослойкой), теплопроводящие (полые стальные плиты с водой или воздухом, металлические сет­ки). Широко применяются индивидуальные сред­ства защиты: спецодежда из хлопка, льна, шерсти воздухо- или влагонепроницаемая, каски, войлоч­ные шлемы, очки, маски с экраном и т. д.