Расчет интенсивности теплового излучения. Условие труда. Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Устойчивость функционирования объектов экономики Измерительный прибор интенсивности теплового излучения называется

1. Характеристики теплового излучения.

2. Закон Кирхгофа.

3. Законы излучения черного тела.

4. Излучение Солнца.

5. Физические основы термографии.

6. Светолечение. Лечебное применение ультрафиолета.

7. Основные понятия и формулы.

8. Задачи.

Из всего многообразия электромагнитных излучений, видимых или невидимых человеческим глазом, можно выделить одно, которое присуще всем телам - это тепловое излучение.

Тепловое излучение - электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.

Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов (колебания ионов кристаллической решетки, тепловое движение свободных электронов и т.д.). Оно возникает при любых температурах и присуще всем телам. Характерной чертой теплового излучения является сплошной спектр.

Интенсивность излучения и спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение. Например, тела, нагретые до высокой температуры, значительную часть энергии испускают в видимом диапазоне, а при комнатной температуре почти вся энергия испускается в инфракрасной части спектра.

26.1. Характеристики теплового излучения

Энергия, которую теряет тело вследствие теплового излучения, характеризуется следующими величинами.

Поток излучения (Ф) - энергия, излучаемая за единицу времени со всей поверхности тела.

Фактически, это мощность теплового излучения. Размерность потока излучения - [Дж/с = Вт].

Энергетическая светимость (Re) - энергия теплового излучения, испускаемого за единицу времени с единичной поверхности нагретого тела:

Размерность этой характеристики - [Вт/м 2 ].

И поток излучения, и энергетическая светимость зависят от строения вещества и его температуры: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

Распределение энергетической светимости по спектру теплового излучения характеризует ее спектральная плотность. Обозначим энергию теплового излучения, испускаемого единичной поверхностью за 1 с в узком интервале длин волн от λ до λ + dλ, через dRe.

Спектральной плотностью энергетической светимости (r) или испускательной способностью называется отношение энергетической светимости в узком участке спектра (dRe) к ширине этого участка (d λ):

Примерный вид спектральной плотности и энергетичекая светимость (dRe) в интервале волн от λ до λ + dλ, показаны на рис. 26.1.

Рис. 26.1. Спектральная плотность энергетической светимости

Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела. Знание этой зависимости позволяет рассчитать энергетическую светимость тела в любом диапазоне длин волн:

Тела не только испускают, но и поглощают тепловое излучение. Способность тела к поглощению энергии излучения зависит от его вещества, температуры и длины волны излучения. Поглощательную способность тела характеризует монохроматический коэффициент поглощения α.

Пусть на поверхность тела падает поток монохроматического излучения Φ λ с длиной волны λ. Часть этого потока отражается, а часть поглощается телом. Обозначим величину поглощенного потока Φ λ погл.

Монохроматическим коэффициентом поглощения α λ называется отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к величине падающего монохроматического потока:

Монохроматический коэффициент поглощения - величина безразмерная. Его значения лежат между нулем и единицей: 0 ≤ α ≤ 1.

Функция α = α(λ,Τ), выражающая зависимость монохроматического коэффициента поглощения от длины волны и температуры, называется поглощательной способностью тела. Ее вид может быть весьма сложным. Ниже рассмотрены простейшие типы поглощения.

Абсолютно черное тело - такое тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех длин волн: α = 1. Оно поглощает все падающее на него излучение.

По своим поглощательным свойствам к абсолютно черному телу близки сажи, черный бархат, платиновая чернь. Очень хорошей моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием (O). Стенки полости зачернены рис. 26.2.

Луч, попавший в это отверстие, после многократных отражений от стенок поглощается практически полностью. Подобные устройства

Рис. 26.2. Модель абсолютно черного тела

применяют в качестве световых эталонов, используют при измерениях высоких температур и т.п.

Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела обозначается ε(λ,Τ). Эта функция играет важнейшую роль в теории теплового излучения. Ее вид сначала был установлен экспериментально, а затем получен теоретически (формула Планка).

Абсолютно белое тело - такое тело, коэффициент поглощения которого равен нулю для всех длин волн: α = 0.

Истинно белых тел в природе нет, однако существуют тела, близкие к ним по свойствам в достаточно широком диапазоне температур и длин волн. Например, зеркало в оптической части спектра отражает почти весь падающий свет.

Серое тело - это тело, для которого коэффициент поглощения не зависит от длины волны: α = const < 1.

Некоторые реальные тела обладают этим свойством в определенном интервале длин волн и температур. Например, «серой» (α = 0,9) можно считать кожу человека в инфракрасной области.

26.2. Закон Кирхгофа

Количественная связь между излучением и поглощением установлена Г. Кирхгофом (1859).

Закон Кирхгофа - отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:

Отметим некоторые следствия этого закона.

1. Если тело при данной температуре не поглощает какое-либо излучение, то оно его и не испускает. Действительно, если для

26.3. Законы излучения черного тела

Законы излучения абсолютно черного тела были установлены в следующей последовательности.

В 1879 г. Й. Стефан экспериментально, а в 1884 г. Л. Больцман теоретически определили энергетическую светимость абсолютно черного тела.

Закон Стефана-Больцмана - энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

Значения коэффициентов поглощения для некоторых материалов приведены в табл. 26.1.

Таблица 26.1. Коэффициенты поглощения

Немецкий физик В. Вин (1893) установил формулу для длины волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела. Соотношение, которое он получил, было названо его именем.

При повышении температуры максимум испускательной способности смещается влево (рис. 26.3).

Рис. 26.3. Иллюстрация закона смещения Вина

В табл. 26.2 указаны цвета в видимой части спектра, соответствующие излучениям тел при различных температурах.

Таблица 26.2. Цвета нагретых тел

Используя законы Стефана-Больцмана и Вина, можно определить температуры тел посредством измерения излучения этих тел. Например, так определяют температуру поверхности Солнца (~6000 К), температуру в эпицентре взрыва (~10 6 К) и т.д. Общее название этих методов - пирометрия.

В 1900 г. М. Планк получил формулу для расчета испускательной способности абсолютно черного тела теоретически. Для этого ему пришлось отказаться от классических представлений о непрерывности процесса излучения электромагнитных волн. По представлениям Планка, поток излучения состоит из отдельных порций - квантов, энергии которых пропорциональны частотам света:

Из формулы (26.11) можно теоретически получить законы Стефана-Больцмана и Вина.

26.4. Излучение Солнца

В пределах Солнечной системы Солнце - самый мощный источник теплового излучения, обусловливающий жизнь на Земле. Солнечное излучение обладает лечебными свойствами (гелиотерапия), используется как средство закаливания. Оно же может оказывать и негативное воздействие на организм (ожог, тепловой

Спектры солнечного излучения на границе земной атмосферы и у поверхности Земли различны (рис. 26.4).

Рис. 26.4. Спектр солнечного излучения: 1 - на границе атмосферы, 2 - у поверхности Земли

На границе атмосферы спектр Солнца близок к спектру абсолютно черного тела. Максимум испускательной способности приходится на λ 1max = 470 нм (синий цвет).

У поверхности Земли спектр солнечного излучения имеет более сложную форму, что связано с поглощением в атмосфере. В частности, в нем отсутствует высокочастотная часть ультрафиолетового излучения, губительная для живых организмов. Эти лучи практически полностью поглощаются озоновым слоем. Максимум испускательной способности приходится на λ 2max = 555 нм (зелено-желтый), что соответствует наилучшей чувствительности глаз.

Поток теплового излучения Солнца на границе земной атмосферы определяет солнечная постоянная I.

Поток, достигающий земной поверхности, значительно меньше вследствие поглощения в атмосфере. При самых благоприятных условиях (солнце в зените) он не превышает 1120 Вт/м 2 . В Москве в момент летнего солнцестояния (июнь) - 930 Вт/м 2 .

От высоты Солнца над горизонтом самым существенным образом зависит как мощность солнечного излучения у земной поверхности, так и его спектральный состав. На рис. 26.5 приведены сглаженные кривые распределения энергии солнечного света: I - за пределами атмосферы; II - при положении Солнца в зените; III - при высоте 30° над горизонтом; IV - при условиях, близких к восходу и закату (10° над горизонтом).

Рис. 26.5. Распределение энергии в спектре Солнца при различных высотах над горизонтом

Различные составляющие солнечного спектра по-разному проходят через земную атмосферу. На рисунке 26.6 показана прозрачность атмосферы при большой высоте стояния Солнца.

26.5. Физические основы термографии

Тепловое излучение человека составляет существенную долю его тепловых потерь. Излучательные потери человека равны разности испущенного потока и поглощенного потока излучения окружающей среды. Мощность излучательных потерь рассчитывается по формуле

где S - площадь поверхности; δ - приведенный коэффициент поглощения кожи (одежды), рассматриваемой как серое тело; Т 1 - температура поверхности тела (одежды); Т 0 - температура окружающей среды.

Рассмотрим следующий пример.

Рассчитаем мощность излучательных потерь раздетого человека при температуре окружающей среды 18°С (291 К). Примем: площадь поверхности тела S = 1,5 м 2 ; температура кожи Т 1 = 306 К (33°С). Приведенный коэффициент поглощения кожи найдем по табл. 26.1 (δ = 5,1*10 -8 Вт/м 2 К 4). Подставив эти значения в формулу (26.11), получим

Р = 1,5*5,1*10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 Вт.

Рис. 26.6. Прозрачность земной атмосферы (в процентах) для различных участков спектра при большой высоте стояния Солнца.

Тепловое излучение человека может быть использовано как диагностический параметр.

Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

Распределение температуры на небольшом участке поверхности тела можно определить с помощью специальных жидкокристаллических пленок. Такие пленки чувствительны к небольшим изменениям температуры (меняют цвет). Поэтому на пленке возникает цветной тепловой «портрет» участка тела, на который она наложена.

Более совершенный способ состоит в использовании тепловизоров, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет. Излучение тела с помощью специального объектива проецируется на матрицу тепловизора. После преобразования на экране формируется детальный тепловой портрет. Участки с различными температурами отличаются цветом или интенсивностью. Современные методы позволяют фиксировать различие в температурах до 0,2 градуса.

Тепловые портреты используются в функциональной диагностике. Различные патологии внутренних органов могут образовывать на поверхности кожные зоны с измененной температурой. Обнаружение таких зон указывает на наличие патологии. Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.

Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0,98 до 1,03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.

26.6. Светолечение. Лечебное применение ультрафиолета

Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение находят широкое применение в медицине. Напомним диапазоны их длин волн:

Светолечением называют применение в лечебных целях инфракрасного и видимого излучений.

Проникая в ткани, инфракрасные лучи (как и видимые) в месте своего поглощения вызывают выделение теплоты. Глубина проникновения инфракрасных и видимых лучей в кожу показана на рис. 26.7.

Рис. 26.7. Глубина проникновения излучения в кожу

В лечебной практике в качестве источников инфракрасного излучения используются специальные облучатели (рис. 26.8).

Лампа Минина представляет собой лампу накаливания с рефлектором, локализующим излучение в необходимом направлении. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 20-60 Вт из бесцветного или синего стекла.

Светотепловая ванна представляет собой полуцилиндрический каркас, состоящий из двух половин, соединенных подвижно между собой. На внутренней поверхности каркаса, обращенной к пациенту, укреплены лампы накаливания мощностью 40 Вт. В таких ваннах на биологический объект действуют инфракрасное и видимое излучения, а также нагретый воздух, температура которого может достигать 70°С.

Лампа Соллюкс представляет собой мощную лампу накаливания, помещенную в специальный рефлектор на штативе. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 500 Вт (температура вольфрамовой нити 2 800°С, максимум излучения приходится на длину волны 2 мкм).

Рис. 26.8. Облучатели: лампа Минина (а), светотепловая ванна (б), лампа Соллюкс (в)

Лечебное применение ультрафиолета

Ультрафиолетовое излучение, применяемое в медицинских целях, подразделяют на три диапазона:

При поглощении ультрафиолетового излучения в тканях (в коже) происходят различные фотохимические и фотобиологические реакции.

В качестве источников излучения используют лампы высокого давления (дуговые, ртутные, трубчатые), люминесцентные лампы, газоразрядные лампы низкого давления, одной из разновидностей которых являются бактерицидные лампы.

А-излучение оказывает эритемное и загарное действие. Оно используется при лечении многих дерматологических заболеваний. Некоторые химические соединения фурокумаринового ряда (например, псорален) способны сенсибилизировать кожу этих больных к длинноволновому ультрафиолетовому излучению и стимулировать образование в меланоцитах пигмента меланина. Совместное применение данных препаратов с А-излучением является основой метода лечения, называемого фотохимиотерапией или ПУВА-терапией (PUVA: Р - псорален; UVA - ультрафиолетовое излучение зоны А). Облучению подвергают часть или все тело.

В-излучение оказывает ватиминообразующее, антирахитное действие.

С-излучение оказывает бактерицидное действие. При облучении происходит разрушение структуры микроорганизмов и грибов. С-излучение создается специальными бактерицидными лампами (рис. 26.9).

Некоторые лечебные методики используют С-излучение для облучения крови.

Ультрафиолетовое голодание. Ультрафиолетовое излучение необходимо для нормального развития и функционирования организма. Его недостаток приводит к возникновению ряда серьезных заболеваний. С ультрафиолетовым голоданием сталкиваются жители крайнего

Рис. 26.9. Бактерицидный облучатель (а), облучатель для носоглотки (б)

Севера, рабочие горнорудной промышленности, метрополитена, жители крупных городов. В городах недостаток ультрафиолета связан с загрязнением атмосферного воздуха пылью, дымом, газами, задерживающими УФ-часть солнечного спектра. Окна помещений не пропускают УФ-лучи с длиной волны λ < 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).

Вредность ультрафиолетового облучения

Воздействие избыточных доз ультрафиолетового облучения на организм в целом и на отдельные его органы приводит к возникновению ряда патологий. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз - развитие фотоофтальмии. Действие ультрафиолета на глаз подобно эритеме, так как оно связано с разложением протеинов в клетках роговой и слизистой оболочек глаза. Живые клетки кожи человека защищены от деструктивного действия УФ лучей «мертвы-

ми» клетками рогового слоя кожи. Глаза лишены этой защиты, поэтому при значительной дозе облучения глаз после скрытого периода развивается воспаление роговой (кератит) и слизистой (конъюнктивит) оболочек глаза. Этот эффект обусловлен лучами с длиной волны меньше 310 нм. Необходимо защищать глаз от таких лучей. Особо следует рассмотривать бластомогенное действие УФ-радиации, приводящее к развитию рака кожи.

26.7. Основные понятия и формулы

Продолжение таблицы

Окончание таблицы

26.8. Задачи

2. Определить, во сколько раз отличаются энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 34 и 33°С соответственно?

3. При диагностике методом термографии опухоли молочной железы пациентке дают выпить раствор глюкозы. Через некоторое время регистрируют тепловое излучение поверхности тела. Клетки опухолевой ткани интенсивно поглощают глюкозу, в результате чего их теплопродукция возрастает. На сколько градусов при этом меняется температура участка кожи над опухолью, если излучение с поверхности возрастает на 1% (в 1,01 раза)? Начальная температура участка тела равна 37°С.

6. Насколько увеличилась температура тела человека, если поток излучения с поверхности тела возрос на 4%? Начальная температура тела равна 35°С.

7. В комнате стоят два одинаковых чайника, содержащие равные массы воды при 90°С. Один из них никелированный, а другой темный. Какой из чайников быстрее остынет? Почему?

Решение

По закону Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково у всех тел. Никелированный чайник отражает почти весь свет. Следовательно, его поглощательная способность мала. Соответственно мала и испускательная способность.

Ответ: быстрее остынет темный чайник.

8. Для уничтожения жучков-вредителей зерно подвергают действию инфракрасного облучения. Почему жучки погибают, а зерно нет?

Ответ: жучки имеют черный цвет, поэтому интенсивно поглощают инфракрасное излучение и гибнут.

9. Нагревая кусок стали, мы при температуре 800°С будем наблюдать яркое вишнево-красное каление, но прозрачный стерженек плавленого кварца при той же температуре совсем не светится. Почему?

Решение

См. задачу 7. Прозрачное тело поглощает малую часть света. Поэтому и его испускательная способность мала.

Ответ: прозрачное тело практически не излучает, даже будучи сильно нагретым.

10. Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись в клубок?

Ответ: при этом уменьшается открытая поверхность тела и соответственно уменьшаются потери на излучение.

В существующей нормативно-технической документации нормируются следующие величины:

интенсивность теплового облучения, Вт/м 2 ;

температура воздуха рабочей зоны, о С;

температура нагретых поверхностей технологического оборудования, о С;

интегральный показатель тепловой нагрузки среды – ТНС-индекс, о С.

1. Интенсивность теплового облучения q пад, Вт/м 2 зависит от доли открытой поверхности тела человека S .

Согласно ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать значений, приведенных в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Зависимость интенсивности теплового облучения от доли открытой поверхности тела человека S

В любом случае облученность работающих открытыми источниками теплового излучения (нагретый металл, стекло, «открытое пламя» и т.п.) не должна превышать 140 Вт/м 2 , облучению не должно подвергаться более 0,25 поверхности тела при обязательном использовании средств индивидуальной защиты.

2. При наличии теплового облучения температура воздуха в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 не должна превышать на постоянных рабочих местах верхние границы оптимальных значений для теплого периода года, на непостоянных рабочих местах – верхние границы допустимых значений для постоянных рабочих мест (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2 – Допустимые значения температуры воздуха рабочей зоны, о С при наличии теплового излучения

3. В целях профилактики тепловых травм температура наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств не должна превышать 45 °С (ГОСТ 12.1.005-88 ).

В соответствии с ГОСТ 12.4.123-83 «Средства коллективной защиты от инфракрасных излучений. Общие технические требования» средства защиты должны обеспечивать температуру поверхностей оборудования не выше 35 °С при температуре внутри теплоисточника до 100 °С и не выше 45 °С при температуре внутри теплоисточника выше 100 °С.

4. ТНС-индекс рекомендуется использовать для оценки сочетанного воздействия параметров микроклимата, в целях осуществления мероприятий по защите работающих от возможного перегревания на рабочих местах, на которых скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового облучения – 1200 Вт/м 2 (см. лабораторную работу №1).

1. Меры защиты

Основные мероприятия по снижению опасности воздействия ИК излучения на человека включают в себя: снижение интенсивности излучения источника; технические защитные средства; защиту временем, использование средств индивидуальной защиты, лечебно-профилактические мероприятия.

Cогласно ГОСТ 12.4.011-89 «Средства защиты работающих. Общие требования и классификация» средства промышленной теплозащиты должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать оптимальный теплообмен организма работника со средой обитания;

обеспечивать необходимую подвижность воздуха (повышение доли конвективной теплоотдачи) с целью достижения комфортных условий;

иметь максимальную эффективность теплозащиты и обеспечивать удобство эксплуатации.

Все средства защиты работающих в зависимости от характера их применения подразделяют на две категории: коллективные и индивидуальные.

В соответствии с ГОСТ 12.4.011-89 и ГОСТ 12.4.123-83 к коллективным средствам теплозащиты относятся устройства: оградительные (экраны, щиты и др.); герметизирующие; теплоизолирующие; вентиляционные (воздушное душирование, аэрация и др.); автоматического контроля и сигнализации; дистанционного управления; знаки безопасности.

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.

Механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление и наблюдение дают возможность пребывания рабочих вдали от источника радиационной и конвекционной теплоты.

Уменьшению поступления теплоты в цех способствуют мероприятия, обеспечивающие герметичность оборудования . Плотно подогнанные дверцы, заслонки, блокировка закрытия технологических отверстий с работой оборудования – все это значительно снижает выделение теплоты от открытых источников.

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 или пара) и приводит к увеличению производительности агрегатов.

Теплоизоляция конструктивно может быть мастичной , оберточной , засыпной , с использованием штучных и формовочных изделий (кирпичи и др.) и смешанной .

В настоящее время известно много различных видов теплоизоляционных материалов. К неорганическим материалам относятся: асбест, асбоцемент, вермикулит, керамзит, минеральная вата и войлок, стекловата и стеклоткань, ячеистый бетон и др. Органическими изоляционными материалами являются древесные опилки, пробковые, древесноволокнистые и торфоизоляционные плиты, пенопласт и др. При выборе материала для изоляции необходимо принимать во внимание механические свойства материалов, а также их способность выдерживать высокую температуру.

Теплозащитные экраны применяют для локализации источников лучистой теплоты, уменьшения облученности на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место.

По способу крепления на объекте экраны подразделяют на: съемные и встроенные .

По принципу действия экраны подразделяются на: теплоотражающие , теплопоглощающие, теплоотводящие и комбинированные . Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность экрана более выражена.

По степени прозрачности экраны делят на: непрозрачные (светопропускание менее 40%), полупрозрачные (светопропускание 40–75%) и прозрачные (светопропускание более 75%). В непрозрачных экранах энергия поглощенных электромагнитных волн превращается в тепловую энергию. Экран нагревается и, как всякое нагретое тело, становится источником теплового излучения. При этом излучение поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику, условно рассматривается как пропущенное экраном излучение источника теплового излучения. К этому классу относят металлические водоохлаждаемые и футерованные асбестовые, альфолиевые (из алюминиевой фольги), алюминиевые экраны.

В прозрачных экранах пропущенное излучение, взаимодействуя с веществом экрана, минует стадию превращения в тепловую энергию и распространяется внутри экрана по законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость через экран. Прозрачные экраны применяются для смотровых проемов пультов и кабин управления, щитков и т.д. Этот класс составляют экраны из различных стекол: силикатного, кварцевого и органического, бесцветного, окрашенного и металлизированного; пленочные водяные завесы, свободные и стекающие по стеклу; вододисперсные завесы. Водяные завесы поглощают поток тепла до 80 % без существенного ухудшения видимости. Высокой эффективностью обладают аквариальные экраны (до 93 %), представляющие собой коробку из двух стекол, заполненную проточной чистой водой с толщиной слоя 15 – 20 мм. Вододисперсная завеса представляет собой плоскую воздушную струю со взвешенными в ней капельками воды (эффективность около 70 %).

Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся экраны из металлической сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой; для повышения эффективности все эти экраны могут орошаться водяной пленкой.

Примеры характеристик конструкций оградительных устройств (экранов) приведены в Приложении 2.1.

В производственных помещениях для ассимиляции избыточной теплоты предусматривают естественную вентиляцию (аэрацию).

Аэрация – организованный естественный воздухообмен, осуществляемый за счет теплового и ветрового напоров.

При интенсивности теплового облучения на открытых рабочих местах 350 Вт/м 2 и выше и температуре воздуха не ниже 27 – 28 °С при проведении средней и тяжелой физической работы применяют зональное мелкодисперсное распыление воды . Водяная пыль, попадая на одежду и тело работающего, испаряясь, способствует охлаждению, а вдыхаемая водяная пыль предохраняет слизистые оболочки дыхательных путей от высыхания.

Для создания комфортных микроклиматических условий в ограниченном объеме (например, на рабочем месте) применяются: воздушные оазисы, воздушные завесы и воздушные души.

Воздушный оазис создают в отдельных зонах рабочих помещений с высокой температурой. Для этого часть рабочего помещения ограничивают легкими переносными перегородками высотой 2 м и в огороженное пространство подают прохладный воздух со скоростью 0,2 – 0,4 м/с.

Воздушные завесы создают для предупреждения проникновения в помещение наружного холодного воздуха путем подачи более теплого воздуха с большой скоростью (10 – 15 м/с) под некоторым углом навстречу холодному потоку.

При воздействии на работающего теплового облучения интенсивностью 350 Вт/м 2 и более, а также 175 – 350 Вт/м 2 при площади излучающих поверхностей в пределах рабочего места более 0,2 м 2 применяют воздушное душирование. Воздушное душирование представляет собой поток воздуха, имеющий заданные параметры (температуру, скорость движения, иногда влажность), подаваемый непосредственно на рабочее место. Ось воздушного потока направляют на грудь человека горизонтально или под углом 45°. Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от разности температур тела работающего и потока воздуха, а также от скорости обтекания воздухом тела человека.

Эффективность любого теплозащитного устройства оценивается как:

где Э – эффективность теплозащитного устройства, %;

q пад – тепловой поток падающий на теплозащитное устройство (экран) от источника, Вт/м 2 ;

q проп – тепловой поток пропущенный теплозащитным устройством (экраном), Вт/м 2 .

К основным организационным мерам защиты относят:

Тепловая характеристика помещения устанавливается в зависимости от величины избытков явной теплоты.

Избытки явной теплоты Q яв (теплонапряженность) , Вт – тепловые потоки от всех источников (тепло, выделяемое печами, нагретым металлом, электрооборудованием, людьми, отопительными приборами, солнечным нагревом) за вычетом теплопотерь через ограждения при расчетных параметрах наружного воздуха.

Производственные помещения делят на: помещения с незначительными избытками явной теплоты с теплонапряженностью Q яв ≤23 Вт/м 3 =84 кДж/(м 3 ч) и помещения с избытками явного тепла с Q яв >23 Вт/м 3 (горячие цеха – доменные, сталеплавильные, прокатные и др.).

организацию дополнительных перерывов в работе (график перерывов разрабатывается применительно к конкретным условиям работы и в зависимости от тяжести работ, с учетом того, что частые короткие перерывы более эффективны для поддержания работоспособности, чем редкие, но продолжительные).

защиту временем во избежание чрезмерного общего перегревания и локального повреждения (ожог). Регламентируют продолжительность периодов непрерывного ИК облучения человека и пауз между ними в соответствии с Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» .

организацию мест отдыха (где обеспечивают благоприятные условия);

регулярные медосмотры для своевременного лечения.

К индивидуальным средствам относятся специальная одежда, фартуки, обувь, рукавицы. При защите от тепловых излучений спецодежда выполняется воздухо- и влагонепроницаемой (хлопчатобумажная, льняная, грубошерстное сукно). Для защиты головы от излучения применяют дюралевые, фибровые каски, войлочные шляпы; для защиты глаз – очки темные или с прозрачным слоем металла, маски с откидным экраном.

При кратковременных работах в условиях высоких температур (тушении пожаров, ремонте металлургических печей), где температура достигает 80 – 100 °С, большое значение имеет тепловая тренировка. Устойчивость к высоким температурам может быть в некоторой степени повышена лечебно-профилактическими мероприятиями : использование фармакологических средств (дибазола, аскорбиновой кислоты, смеси этих веществ и глюкозы), вдыхание кислорода, аэроионизация.

Для ослабления воздействия тепловых излучений на организм человека устанавливают рациональный питьевой режим – снабжают рабочих горячих цехов подсоленной газированной водой, белково-витаминным напитком и т.п.

7.1. Включается источник теплового излучения. Интенсивность теплового излучения измеряется актинометром , для чего открывается крышка с тыльной стороны актинометра и направляется в сторону источника тепла. Замеры осуществляются при отсутствии защитного экрана, поочередно с одним, двумя, тремя рядами цепей и с экраном из оргстекла. Продолжительность каждого замера – не менее 30 секунд.

7.2. Результаты измерений записываются в 3-й столбец таблицы 2 отчета, в 4-й столбец таблицы записываются значения интенсивности теплового излучения, переведенные в Вт/м 2 (1 кал/см 2 мин = 70 Вт/м 2).

7.3. Согласно ГОСТ 12.1.005-88 допустимая величина интенсивности теплового излучения составляет:

35 Вт/м2 – при облучении поверхности тела 50% и более

70 Вт/м2 – при облучении поверхности тела от 25 до 50%

100 Вт/м2 – при облучении поверхности тела не более 25%

Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретый металл, стекло и др.) не должна превышать 140 Вт/м 2 , при этом облучению не должно подвергаться более 25 % поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

7.4.Делаются выводы:

о необходимой защите (виде экрана) работника в соответствии с заданной долей площади поверхности облучения;

об эффективности защитных экранов.

8.Общие теоретические сведения.

Метеорологические условия (микроклимат) являются важным фактором, оказывающим влияние на здоровье и работоспособность человека.

Нормируемые параметры микроклимата - это температура, относительная влажность, скорость движения воздуха и в некоторых производствах - интенсивность теплового излучения.

В цехах промышленных предприятий технологические процессы по выплавке и обработке металлов, по переработке и обработке лубяных волокон древесины, при обработке пряж и других материалов сопровождаются большими выделениями тепла, в результате чего значительно повышается температура воздуха рабочей зоны.

Нередко вблизи источников нагрева (нагревательные печи, сушилки и др.) рабочие подвергаются тепловому излучению.

Интенсивность теплового излучения - количество лучистого тепла (в калориях), падающего на 1 см 2 облучаемой поверхности за одну минуту (обозначается в кал/см 2 мин) или количество лучистого тепла (в килокалориях), падающего на 1 м 2 облучаемой - поверхности за 1час (обозначается в ккал/м 2 ч), которое также может оцениваться в Вт/м 2 .

Некоторые цеха (например, прядильные мокрого прядения, ткацкие, бельно-отделочные и др.) характеризуется высокой влажностью воздуха, причем в ткацких цехах она создается искусственно, для улучшения технологического процесса.

Повышенная подвижность воздуха иногда вызывает неприятные ощущения у рабочих, а сквозняки нередко являются причиной простудных заболеваний. Неблагоприятный микроклимат вызывает переутомление, понижение скорости реакции, скованность движений, что приводит к снижению сопротивляемости организма вредным воздействиям среды и к повышению опасности травмирования.

Благоприятные метеорологические условия являются важной предпосылкой для предупреждения заболеваемости, травматизма и способствуют повышению работоспособности, что приводит к росту производительности труда.

В связи с вышеизложенным, обеспечение оптимальных параметров микроклимата в рабочей зоне производственных помещений является важной задачей руководителей промышленных предприятий.

С физической точки зрения человек представляет собой «нагретое» до определенной температуры влажное тело. При усвоении продуктов питания в организме человека протекают биохимические процессы, сопровождающиеся выделением тепла. В состоянии покоя в теле человека образуется около 80 ккал/ч (93 Дж/с) тепла. При выполнении человеком работы (особенно физической) в зависимости от степени ее тяжести выделяется тепла 250-400 ккал/ч (290-464 Дж/с) и более.

В связи с тем, что на полезную работу затрачивается в среднем 15-20 % тепла, то количество тепла, образующегося в теле человека во время физического труда, в несколько раз больше теплового эквивалента производимой им работы. Однако для человека является необходимым условием, чтобы величина теплообразования в теле всегда была равна величине теплоотдачи (этим и объясняется постоянство температуры человеческого тела). Способность человеческого организма сохранять температуру тела на почти постоянном уровне при довольно значительных колебаниях температуры окружающей среды носит название терморегуляции .

Если этот тепловой баланс нарушается, то в случае недостаточной теплоотдачи наступает перегрев человеческого тела, а в случае избыточной теплопотери - переохлаждение. И то и другое приводит к нарушению нормального самочувствия и к снижению работоспособности.

Воздействие высокой температуры воздуха на организм человека, особенно в сочетании с высокой влажностью или тепловым излучением, может вызвать нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы за счет обеднения организма водой. Потеря жидкости может достичь 5-8 литров в смену. Кровь при этом сгущается, становится более вязкой, нарушается питание тканей и органов; в легких случаях ухудшается самочувствие, а в тяжелых - наступают острые болезненные расстройства, называемые тепловым ударом.

Кроме того, лучистое тепло, воздействуя на зрение, может вызывать серьезные заболевания глаз – катаракту.

Тепло, образующееся в теле человека, отдается в окружающую среду тремя путями: излучением, конвекцией и испарением пота.

Эффективность отдачи организмом тепла зависит от температуры, относительной влажности и скорости движения окружающего воздуха.

С физиологической точки зрения совокупность перечисленных параметров окружающей среды должна быть такой, чтобы достигнутое тепловое равновесие соответствовало зоне хорошего самочувствия человека, зоне комфорта , т.е. чтобы отдача избыточного тепла происходила с наименьшими затратами энергии.

Микроклимат считается комфортным, если параметры температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха соответствуют оптимальным нормам.

Оптимальные (комфортные) метеорологические условия в цехах должны обеспечиваться системами кондиционирования воздуха.

В качестве мер борьбы против тепловой радиации применяется теплоизоляция, экранирование, устройство водяных завес и устройство воздушных душей.

4.1. ПАРАМЕТРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МИКРОКЛИМАТА

Метеорологические условия в гигиеническом отношении представляют собой комплекс физических факторов окружающей среды, влияющих на теплообмен организма и его тепловое состояние.

Метеорологические условия внутренней среды производственных помещений (микроклимат) определяются сочетаниями тем- пературы, влажности, скорости движения воздуха и температуры поверхностей. На формирование производственного микроклимата существенное влияние оказывают технологический процесс и климат местности.

Оценка параметров микроклимата проводится врачом в соответствии с санитарными правилами и нормами «Гигиенические требо- вания к микроклимату производственных помещений» (СанПиН 2.2.4.548-96). В этом документе изложены оптимальные и допустимые параметры микроклимата рабочих мест производственных помещений с учетом тяжести выполнения работы, периодов года, а также методы их измерения.

С целью контроля за соблюдением нормативов при проведении инструментальных исследований необходимо измерять температуру воздуха и поверхностей ограждающих конструкций и технологического оборудования, относительную влажность и скорость движения воздуха. При наличии источников инфракрасного излучения на рабочих местах должна определяться интенсивность теплового облучения.

Измерение температуры, влажности, скорости движения воздуха рабочей зоны. Для измерения температуры и влажности воздуха традиционно используются аспирационные психрометры. Показания сухого термометра характеризуют температуру воздуха окружающей среды. По соотношению температуры сухого и влажного термометра, резервуар которого обернут тонкой тканью, смоченной водой, с помо-

щью соответствующей таблицы определяют относительную влажность воздуха (отношение абсолютной влажности к максимальной), выраженную в процентах.

Существуют модификации психрометров: МВ-4М с механическим приводом и М-34 с электрическим. Диапазон измерения темпе- ратуры - от -30 до +50 ?С, относительной влажности - в пределах 10-100%. Этим прибором можно измерять температуру и влажность воздуха рабочей зоны даже вблизи источника инфракрасного излучения без дополнительных экранов, так как резервуары термометров защищены двойными полированными металлическими экранами.

Для изучения динамики температуры, когда необходимо определить пределы колебаний, используются самопишущие термографы (суточные или недельные) типа М-16. С этой же целью для оценки относительной влажности используются гигрографы типа М-21. Следует помнить, что гигрографы и термографы не могут применяться без экранов, если рабочие места подвергаются воздействию лучистого тепла.

Для измерения скорости движения воздуха традиционно используются крыльчатые анемометры АСО-3 (в пределах 0,3-5 м/с), чашечный анемометр МС-13 (от 1 до 30 м/с). Скорость движения воздуха менее 0,5 м/с измеряют с помощью электроанемометров, а также кататермометров.

Современные приборы более совершенны, многофункциональны, портативны, просты в управлении, могут снабжаться дополнительным комплектом для автоматической записи на компьютере резуль- татов измерения и анализа данных. Это термогигрометры, термоанемометры, а также приборы, определяющие одновременно или последовательно все метеорологические параметры воздуха. В табл. 4.1 приведены диапазоны определения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха некоторыми из отечественных приборов, выпускаемых в настоящее время.

Благодаря дополнительным устройствам некоторые приборы могут фиксировать параметры воздушной среды в динамике в течение рабочего дня.

Например, ИВА-6АР - автономный регистрирующий прибор с выносным зондом. На дисплее постоянно высвечиваются текущие значения температуры и относительной влажности. К прибору может быть подключен миниатюрный модуль памяти, превращающий его в термогигрограф - устройство, позволяющее записывать резуль-

Таблица 4.1. Приборы для измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, диапазон определения

таты свыше 20 тыс. измерений с заданным интервалом. Программа обработки позволяет просмотреть на экране компьютера накопленные данные в текстовом или графическом виде, выделить значения, выходящие за установленные пороги, распечатать отчет за любой интервал времени.

Термоанемометр микропроцессорный ТТМ-2 с выдвижным телескопическим зондом также дает возможность непрерывного измере- ния с накоплением данных для передачи на компьютер.

Многие приборы дополнительно комплектуются «черным шаром», поскольку ТНС-индекс является важным показателем для оценки степени вредности нагревающего микроклимата (см. далее).

Измерение интенсивности теплового излучения. Для измерения интенсивности теплового излучения от производственных источников пользуются актинометрами и радиометрами.

Выпускаемые в настоящее время радиометры «Аргус-03» (радиометр неселективный) позволяет измерять тепловое излучение в спектральном диапазоне 0,5-20 мкм и интенсивностью от 1 до 2000 Вт/м 2 , а «РАТ 2П-Кварц 41» (радиометр энергетической освещенности) предназначен для измерения теплового облучения от 10 до 20 000 Вт/м 2 в спектральном диапазоне 0,2-25 мкм (с инфракрасным фильтром от 1 до 15 мкм).

В соответствии с действующими санитарными нормами обычно измеряются и оцениваются максимальные величины инфракрасного облучения тела работающего. В некоторых случаях при интенсивном облучении, носящем прерывистый характер, рассчитывается средняя величина интенсивности (q) за тот или иной срок облучения (например, при выборе параметров воздушного душирования) по формуле:

Например, рабочий, выполняя определенную операцию, дважды в течение часа находился в зоне облучения по 20 мин. Интенсивность излучения за этот период изменялась от 400 до 3000 Вт/м 2 (5 мин - 400 Вт/м 2 ,

7 мин - 1500 Вт/м 2 и 8 мин - 3000 Вт/м 2). В этом случае средняя величина интенсивности излучения составила 1825 Вт/м 2 .

Аналогичным образом рассчитывается и средневзвешенная величина инфракрасного (теплового) облучения (ТО) для определения класса условий труда по микроклиматическим параметрам, при этом учитывается и период времени, когда излучение на рабочем месте отсутство- вало.

Пример. На рабочем месте сталевара при открытой заслонке печи излучение составляло 1500 Вт/м 2 , а время работы - 2 ч; при закрытой заслонке - 350 Вт/м 2 в течение 4 ч. Работа вне воздействия инфракрасного излучения - 1 ч (включая регламентированные перерывы). Среднесменная вели- чина ТО рассчитывается как средневзвешенная во времени:

Измерение температуры поверхностей ограждающих конструкций, технологического оборудования. Для измерения температуры поверхностей используются электротермометры, термопары, инфракрасные термометры.

Термометр поверхностный ТЦМ 1510 - переносной электронный прибор, предназначенный для измерения температуры поверхностей в диапазоне 0-300 ?С контактным способом, выпускается со сменным набором щупов. Датчик соединен с прибором с помощью удлиненного кабеля.

Пирометры С-110 и С-210 (инфракрасные термометры) предназначены для бесконтактного измерения температуры поверхности различных объектов в диапазоне от -20 до +200 ?С (марка С-110) и от -20 до +600 ?С (марка

С-210).

При проведении измерений в кабинах, помещениях пультов управления, диспетчерских и других помещениях малого объема, когда расстояние от человека до ограждений не превышает 2 м, осуществляется непосредственное измерение температур внутренних поверхностей ограждений с последующим расчетом их средневзвешенных температур (tСВП) по формуле:

Измерение и расчет показателя для комплексной оценки параметров микроклимата. Для интегральной оценки микроклимата используется индекс тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс), характеризующий сочетанное действие на организм человека температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения от окружающих поверхностей.

ТНС-индекс является показателем, выраженным в?С, рассчитанным на основе величин температуры смоченного термометра психрометра (t вл) и температуры внутри «черного шара» (tш) по уравнению:

ТНС = 0,7 t вл + 0,3 t m .

Как следует из формулы, для определения этого показателя необходимы шаровой термометр и аспирационный психрометр.

Традиционный шаровой термометр представляет собой полый зачерненный шар, в центр которого помещен резервуар термометра (с диапазоном измерения 0-50 ?С). Измеряемая в центре шара температура (t ш) является равновесной температурой от радиационного и конвективного теплообмена между шаром и окружающей средой. Необходимо помнить, что приборы не могут размещаться в непосредственной близости от открытого огня или больших поверхностей, имеющих температуру выше 100 ?С.

Выпускаемые в настоящее время многофункциональные приборы для оценки параметров микроклимата дополнительно комплектуются щупом с «черным шаром». Вот некоторые из них.

Шаровой термометр представляет собой электронный цифровой термогигрометр, который комплектуется тонкостенной металлической сферой с черной матовой поверхностью диаметром 90 мм и штативом. Можно измерять температуру (от -20 до 90 ?С), относительную влажность воздуха (от 0,5 до 99%), температуру по влажному термометру (t вл) и температуру в «черном шаре» (tг ш). ТНС-индекс определяется расчетом.

Метеоскоп (рис. 4.1) - по дополнительному соглашению в комплект может быть включен шаровой термометр для измерения ТНСиндекса в диапазоне от 10 до 50 ?С и интенсивности теплового излучения от 10 до 1000 Вт/м 2 .

Выпускается черная сфера к термогигрометрам ТКА-ПКМ (модели 20, 23, 24, 41, 42, 43) для измерения (расчета) ТНС-индекса.

Рис. 4.1. Измеритель климатических параметров воздушной среды «Метеоскоп»

Цифровой универсальный прибор предназначен для измерения температуры, влажности, давления и скорости воздушного потока в жилых и производственных помещениях.

Технические характеристики: диапазон измерения скорости воздушного потока: от 0,1 до 20 м/с; пределы допускаемой основной относительной погрешности канала измерения скорости воздушного потока: в диапазоне от 0,1 до 1 м/с: ?(0,05+0,05V), в диапазоне от 1 до 20м/с: ?(0,1+0,05V); диапазон измерения температуры окружающего воздуха: от -10 до +50 ?С; предел допускаемой основной абсолютной погрешности канала измерения темпе- ратуры: ? 0,2 ?С; диапазон измерения относительной влажности: от 30 до 98%; предел допускаемой основной абсолютной погрешности канала измерения относительной влажности: ?3 %; диапазон измерения абсолютного атмосферного давления: от 80 до 110 кПа, от 600 до 825 мм Eg; предел допускаемой основной абсолютной погрешности канала измерения абсолютного атмосферного давления: ?0,13 кПа, ? 1 мм Eg; время установления рабочего режима: 1 мин; время непрерывной работы измерителя без подзарядки аккумуляторной батареи: 10 ч. (Производитель: приборостроительная компания «ЕТМ-Защита».)

ТКА-ПКМ (мод. 24) - электронный термогигрометр, снабженный «черным шаром», для одновременного измерения температуры, относительной влажности воздуха, температуры внутри «черного шара», температуры влажного термометра, а также ТНС-индекса.

ИВТМ-7КЗ с «черным шаром» - портативный микропроцессорный измеритель температуры и относительной влажности воздуха, температуры по влажному термометру, температуры в шаре. ТНС-индекс определяется расчетом.

Порядок проведения исследований по оценке производственного микроклимата. Начинают исследование с выявления гигиенических особенностей технологических процессов (определения источников образования и выделения тепла, влаги, инфракрасного излучения), архитектурно-планировочных решений, системы вентилирования помещений. Необходимо располагать планами помещений с обозначением технологического оборудования, рабочих мест и вентиляционных систем.

Намечаются точки для замеров параметров микроклимата. Выбор точек проводится в зависимости от целей обследования. При составлении общей характеристики условий труда промеры проводят на рабочих местах. Если рабочим местом являются несколько участков производственного помещения, то измерения осуществляются на каждом из них в точках, минимально и максимально удаленных от источников локального тепловыделения, охлаждения или влаговыделения (нагретых агрегатов, окон, дверных проемов, ворот, открытых ванн и т.д.).

В помещениях с большой плотностью рабочих мест при отсутствии источников локального тепловыделения, охлаждения или вла- говыделения точки измерения намечают равномерно по всему помещению: при площади до 100 м 2 - 4 точки измерения, при площади 101-400м 2 - 8 точек; при площади более 400 м 2 через каждые 10 м.

При санитарно-гигиеническом контроле систем вентиляции, кроме измерений в названных точках, проводятся также измерения в открытых проемах укрытий, аэрационных проемах, приточных струях от воздухоподающих устройств, воздушных душей и завес.

Далее проводятся хронометражные наблюдения для определения продолжительности пребывания рабочих в конкретных метеороло- гических условиях. Это особенно важно при неравномерно протекающих технологических процессах, когда при выполнении отдельных операций, иногда кратковременных, происходят значительные изменения параметров микроклимата.

Исследования микроклимата проводят при максимальной загрузке технологического оборудования и работе всех вентиляционных

систем. При измерении температуры, влажности, скорости движения воздуха необходимо соблюдать ряд следующих общих правил:

1) измерения должны проводиться в холодный период года - в дни с температурой наружного воздуха, близкой к средней температуре наиболее холодного месяца зимы, в теплый период года - в дни с температурой наружного воздуха, близкой к средней температуре наиболее жаркого месяца;

2) измерения необходимо проводить в начале, середине и конце смены при равномерном ходе технологического процесса и монотонном микроклимате. Если технологический процесс связан с существенным изменением выделения тепла при отдельных операциях, то, кроме названного выше, следует проводить измерения и в это время;

3) измерения температуры, влажности, скорости движения воздуха необходимо проводить на высоте 1 м от поверхности пола или рабочей площадки при работах, выполняемых сидя, и на высоте 1,5 м - при работах стоя;

4) для определения разности температуры воздуха и скорости его движения по вертикали рабочей зоны следует дополнительно проводить измерения на высоте 0,1 м от поверхности пола или рабочей площадки.

Измерение температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций (стен, пола, потолка), наружных поверхностей техноло- гического оборудования или его ограждающих устройств (экранов и т.п.) должно проводиться в случаях, когда рабочие места удалены от них на расстояние не более 2 м. Температура каждой поверхности измеряется на двух уровнях: на высоте от пола рабочего места 0,1 и 1 м (поза сидя) и 0,1 и 1,5 м (поза стоя).

Измерение интенсивности инфракрасной радиации проводится непосредственно на уровне облучаемых участков поверхности тела человека. Приемник прибора должен быть повернут в направлении максимального теплового излучения, перпендикулярно падающему потоку на высоте 0,5; 1,0 и 1,5 м от уровня пола или рабочей площадки. При этом необходимо определить приблизительно поверхность тела, подвергающуюся облучению (менее 25%, от 25 до 50%, более 50% поверхности тела) с учетом доли каждого участка тела: голова и шея - 9%; грудь и живот - 16%; спина - 18%; руки - 18%; ноги - 39%.

Например, если работающий обращен лицом к источнику излучения, то при облучении всей обращенной к источнику поверхности она составляет более 50% поверхности тела, если облучению подвер-

гаются только лицо, грудь, руки, живот - от 25 до 50%, если облучаются лицо, грудь - менее 25% поверхности тела.

Метод измерения ТНС-индекса аналогичен методу измерения температуры воздуха.

Необходимо составить характеристику производственных помещений с учетом категории выполняемых в них работ по энерготратам в соответствии с ведомственными нормативными документами (исходя из категории работ, выполняемых 50% и более работающих в данном помещении), а если они отсутствуют, то провести исследование и оценку труда по степени тяжести и напряженности.

Можно также ориентироваться на следующие данные.

В соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» выделяют легкие, средней тяжести и тяжелые физические работы.

Легкиефизическиеработы (I категория): 1а (энеготраты до 139 Вт) - работы, проводимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, часовом, швейном производствах; в сфере управления и т.п.; 1б (140-174 Вт) - работы, проводимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи; контролеры, мастера в различных видах производств и т.п.).

Работы средней тяжести (II категория): 11а (175-232 Вт) - работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механосборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве); 11б (233-290 Вт) - работы, связанные с ходьбой, перемещением тяжестей (до 10 кг) и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.).

Тяжелые физические работы (III категория): энерготраты составляют более 290 Вт. Это работы, связанные с постоянным перемещением и переноской тяжестей (более 10 кг), требующие больших физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опор машиностроительных, металлургических предприятий и т.п.).

По результатам исследования необходимо составить протокол, в котором должны быть отражены общие сведения о производственном объекте, размещении технологического и санитарно-техническо- го оборудования, источниках тепловыделения, охлаждения и влаговыделения, приведена схема размещения участков, точки измерения параметров микроклимата и другие данные. В заключении протокола должна быть дана оценка результатов выполненных измерений на соответствие нормативным требованиям.

Оценка результатов исследования на соответствие гигиеническим нормативам. При оценке полученных данных следует давать по возможности динамическую характеристику метеорологических условий. Измеренные температуру, влажность, скорость движения воздуха в различных точках помещения на рабочих местах при различных операциях сравнивают с оптимальными или допустимыми нормативными величинами, приведенными в СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» (табл. 4.2 и 4.3).

Оптимальные параметры микроклимата обеспечивают ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, сохранение здоровья и высокого уровня работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия обеспечивают сохранение здоровья, но могут приводить к ощущению теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции и понижению работоспособности.

При выборе норматива для сопоставления с результатами измерений необходимо исходить из того, что оптимальные параметры микроклимата создаются при кондиционировании воздуха, например в радиоэлектронной промышленности, приборостроении, в кабинах, на пультах и постах управления при работах операторского типа, в помещениях, где по технологии нет значительных тепло- и влаговыделений.

При пользовании табл. 4.2 или 4.3 необходимо учитывать, что к холодному относится период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10 ?С и ниже, к тепло- му - период года, характеризуемый среднесуточной температурой выше +10 ?С.

Необходимо оценить перепады температур воздуха по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в течение

Таблица 4.2. Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Таблица 4.3. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Примечание. *При температуре воздуха 25 ?С и выше максимальные величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы: 70% (при t = 25 ?С); 65% (при t = 26 ?С); 60% (при t = 27 ?С); 55% (при t = 28?C).

смены. При обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах эти перепады не должны превышать 2 ?С. При обес- печении допустимых величин возможны перепады по высоте до 3 ?С (для всех категорий работ), а по горизонтали и в течение смены - до 4 ?С при легких работах, до 5 ?С - при работах средней тяжести и до 6 ?С - при тяжелых работах, если абсолютные значения температуры воздуха на различной высоте и в различных участках помещений не выходят за пределы допустимых величин.

Оценка температур внутренних поверхностей, ограждающих конструкций, устройств, а также технологического оборудования проводится в соответствии с табл. 4.2 при обеспечении оптимальных показателей микроклимата или с табл. 4.3 при обеспечении допустимых параметров микроклимата. Как видно из этих таблиц, диапазон регламентируемых температур поверхностей отличается от оптимальных или допустимых величин температуры воздуха не более чем на 2 ?С.

Если какая-либо из окружающих поверхностей существенно отличается по температуре от остальных, то она учитывается и оце- нивается отдельно по величине инфракрасного излучения.

Установлены допустимые величины интенсивности теплового облучения на рабочих местах:

1) от производственных источников, нагретых до темного свечения (материалы, изделия и др.), на уровне 35 Вт/м 2 при облучении 50% и более поверхности тела, 70 Вт/м 2 - при величине облучаемой поверхности от 25 до 50%, и 100 Вт/м 2 - при облучении не более 25% поверхности тела;

2) от источников излучения, нагретых до белого и красного свечения (расплавленный металл, стекло; пламя и др.) на уровне 140 Вт/м 2 , при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

Учитывая однонаправленное действие высокой температуры и инфракрасного излучения, нормативом предусмотрен более низкий допустимый температурный предел при наличии инфракрасного излучения на рабочих местах (даже соответствующего нормам), а именно температура воздуха не должна превышать оптимальных значений для теплого периода: 25 ?С (категория работы Iа), 24 ?С (Iб), 22 ?С (11а), 21 ?С (11б), 20 ?С (III). Аналогичным образом, чтобы снизить тепловую нагрузку на организм, установлены более низкие

параметры относительной влажности при температуре воздуха 25 ?С и выше (см. примечание к табл. 4.3).

Учитывая, что возможно сочетанное действие параметров микроклимата, т.е. когда один показатель может компенсировать или усиливать действие другого, рекомендуется также ориентироваться при оценке производственного микроклимата на интегральный показатель - ТНС-индекс. Допустимые величины ТНС-индекса для профилактики перегревания организма даны в табл. 4.8.

При оборудовании рабочих мест воздушными душами, что является необходимым мероприятием для профилактики перегревов при интенсивности теплового излучения свыше 140 Вт/м 2 , оценивают температуру и скорость воздушного потока, обдувающего работающего, в соответствии с МР? 5172-90 «Профилактика перегревания работающих в условиях нагревающего микроклимата» (табл. 4.4). Эти же величины приняты при проектировании вентиляции в качестве расчетных норм для воздушного душирования согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

В СанПиН 2.2.4.548-96 представлены гигиенические требования для производственных помещений, оборудованных традиционными - конвективными - системами отопления и кондиционирования воздуха. Если производственные помещения оборудованы системами лучистого обогрева, параметры микроклимата должны оцениваться в соответствии с допустимыми величинами согласно документу Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» (табл. 4.5). Регламентом предусмотрены работы средней тяжести в течение 8-часовой рабочей смены.

4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МИКРОКЛИМАТА

НА ОРГАНИЗМ

Микроклиматические условия в производственных помещениях регламентируются соответствующими документами, однако не пред- ставляется возможным предусмотреть в них абсолютно все возникающие ситуации. Кроме того, основная гигиеническая оценка микроклимата проводится по отдельным метеорологическим показателям, что не всегда дает полное представление о возможном воздействии среды, так как сочетание этих показателей может быть самым разнообразным. В связи с этим врачу могут потребоваться уточнения и

душировании в зависимости от интенсивности инфракрасного излучения (средняя за время облучения)

Таблица 4.5. Допустимые параметры микроклимата производственных помещений, оборудованных системами лучистого обогрева

физиологические обоснования характера микроклимата и степени его воздействия на организм человека, например при определении класса и степени вредности условий труда по микроклиматическим параметрам.

Представители отдельных профессий (моряки, шахтеры и др.) вынуждены находиться в помещениях с неблагоприятными метеоро- логическими условиями, особенно при выполнении работ в районах Крайнего Севера или южных районах, и врач должен уметь оценить функциональное состояние организма, предложить мероприятия по профилактике патологических состояний.

Воздействие производственного микроклимата на самочувствие и здоровье может быть определено с помощью физиологических методов исследования по показателям, характеризующим тепловое состояние.

Тепловое состояние - это результат процессов терморегуляции. Терморегуляция представляет собой совокупность физиологических процессов, обеспечивающих соответствие между теплопродукцией и теплоотдачей организма в зависимости от колебаний микроклимата и направленных на поддержание температуры тела в определенных узких границах.

Биологические возможности человека в сохранении температурного гомеостаза ограничены. Мышечная работа вызывает у работающего человека перестройку терморегуляции за счет усиления обмена веществ и энерготрат. Напряжение процессов терморегуляции имеет место и при воздействии неблагоприятного микроклимата, приводя в определенных условиях к развитию патологических состояний (перегрева или переохлаждения).

Тепловое состояние можно оценить по субъективным (теплоощущения) и объективным показателям. К последним относятся показатели деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной систем, газообмена. Чаще других в гигиенической практике используют показатели, которые, отражая состояние процессов терморегуляции, наиболее тесно коррелируют с теплоощущениями. Это температура тела, кожи и рассчитанные на основе этих данных «теплосодержание» и его изменение. При углубленных исследованиях проводится определение теплового баланса с учетом удельных теплопотерь: теп- лоотдачи конвекцией, излучением, испарением.

Оценка теплоощущений человека. В практике гигиенических исследований оценку теплоощущений человека проводят по 7-балль-

ной шкале. В ответ на вопросы врача о своих теплоощущениях обследуемый дает одну из следующих оценок: 1 - холодно; 2 - прохладно; 3 - слегка прохладно; 4 - комфорт; 5 - слегка тепло; 6 - тепло; 7 - жарко. Данные опроса работающих об их теплоощущениях учитываются в комплексе с результатами объективного исследования теплового состояния организма.

Измерение температуры кожи. Для этой цели используют электротермометр, инфракрасный термометр, тепломер.

Измерение температуры кожи для оценки ее динамики необходимо проводить в строго определенных точках. В производственных условиях пользуются следующими пятью точками: на лбу - точ- кой, расположенной между надбровными дугами, на 0,5 см выше их верхнего края; на груди - у верхнего края грудины; на кистях - с тыльной стороны между основаниями первых фаланг большого и указательного пальцев; на середине наружной поверхности бедра и голени. Температура кожи у одетого мужчины (комнатная и производственная одежда) при комфортных ощущениях составляет: на лбу - 33,8-34,5 ?С; на кисти - 33,1-33,6 ?С; на бедре - 33,0-33,4 ?С; на голени - 32,2-32,8 ?С.

В настоящее время в практике гигиенических исследований принято оценивать средневзвешенную температуру кожи, рассчи- тываемую в соответствии с ее величиной на отдельных участках и значимостью площади этих участков по отношении ко всей поверхности тела.

Рассчитывается средневзвешенная температура кожи (t. свк) по формуле:

В условиях комфорта в состоянии относительного покоя средневзвешенная температура кожи равна 32,8-34,2 ?С. При физической нагрузке комфортные ощущения наблюдаются при более низких зна- чениях средневзвешенных температур: при работах средней тяжести - 31,0-32,5 ?С, тяжелых работах - 30,0-31,4 ?С.

В условиях воздействия неблагоприятного микроклимата (в состоянии относительного физического покоя) ощущение «жарко» возникает при повышении средневзвешенной температуры кожи до 36 ?С и выше, а ощущение «холодно» - при 28-29 ?С.

Измерение температуры тела. Обычно температуру тела измеряют в подмышечной впадине или прямой кишке (экспериментальные условия). Используют медицинский электротермометр или специальную аппаратуру с датчиками. Продолжительность одномоментного измерения температуры тела - не менее 5 мин.

Температура тела человека в состоянии покоя при комфортных теплоощущениях составляет в среднем 36,7 ?С (подмышечная) и 37,2 ?С (ректальная).

Интенсивная физическая работа даже в оптимальных микроклиматических условиях может приводить к повышению температуры тела (ректальной) до 37,5-37,7 ?С. Изменение температуры тела под воздействием неблагоприятного микроклимата свидетельствует о напряжении процессов терморегуляции и нарушении теплового баланса. Так, предельно допустимой физиологической величиной (в состоянии покоя) является температура тела (ректальная), равная 37,5 ?С, а при охлаждении - 36,9 ?С.

Методика расчета изменения теплосодержания. «Изменение теп- лосодержания» - интегральный показатель, позволяющий косвенно судить о состоянии теплового баланса, в том числе о дефиците тепла (теплоотдача превышает теплообразование) или накоплении тепла (теплообразование превышает теплоотдачу). Получение этого показателя менее трудоемко, чем прямое определение теплонакопления (или дефицита тепла) по показателям уравнения теплового баланса. Показатель «изменение теплосодержания» рассчитывается на основании температуры тела (температуры «ядра») и средневзвешенной температуры кожи (температуры «оболочки»), методы определения которых достаточно просты и доступны.

Для расчета показателя «изменение теплосодержания» необходимо определить среднюю температуру тела по формуле:

Θ = k ? tT + (1 - k) ? t-свк,

где: Θ - средняя температура тела, ?С; tj. - температура тела (ректальная или подмышечная), ?С; ^ вк - средневзвешенная температура кожи, ?С; k - коэффициенты смешивания, отражающие долю тканей с температурой, близкой к «ядру»; (1 - k) - коэффициенты смешивания, отражающие долю тканей с температурой, близкой к «оболочке». Величину k можно определить с помощью табл. 4.6.

Таблица 4.6. Коэффициенты смешивания температуры тела (к)

при различных теплоощущениях и энерготратах человека, Вт

Затем рассчитывают теплосодержание в организме (Q) в килоджоулях или килокалориях (1 ккал = 4,186 кДж) на 1 кг по формуле:

Q = C ? Θ,

где: С - удельная теплоемкость тканей организма, равная 3,47 кДж/(?С? кг) .

Изменение теплосодержания (дефицит или накопление тепла) в организме в данных микроклиматических условиях определяется по сравнению с теплосодержанием в условиях теплового комфорта в состоянии относительного покоя при расчетных показателях температуры тела 37,2 ?С (ректальной), 36,7 ?С (подмышечной) и средневзвешенной температуре кожи 33,2 ?С.

Оптимальному тепловому состоянию организма (определяемому как комфортное) при выполнении работ средней тяжести соответс- твует средняя температура тела 35,3-35,8 ?С, изменение теплосодержания?0,87 кДж/кг (?0,2 ккал/кг).

Методика расчета прямого показателя тепловой нагрузки на организм по основному уравнению теплового баланса. Это одна из наиболее адекватных, хотя и сравнительно сложных методик гигиенической оценки микроклимата.

В основном уравнении теплового баланса учтены главные факторы, оказывающие влияние на изменение содержания тепла в орга- низме человека:

Q = M ? C ? R - E,

где: Q - тепловая нагрузка на организм (накопление или дефицит тепла); М - теплопродукция (метаболическое тепло, составляющее 67-75% от энерготрат); С - конвекционный обмен организма и окру- жающего воздуха; R - радиационный теплообмен организма с окружающей средой; Е - отдача тепла организмом испарением.

В данной формуле величины R и С могут быть отрицательными, если теплоотдача происходит путем радиации и конвекции, или положительными, если в результате теплообмена организм получает тепло указанными путями, что определяется различием между температурой кожи и температурой окружающих поверхностей (для R) или температурой кожи и температурой воздуха (для С). При температуре воздуха и окружающих поверхностей 32-35 ?С теплоотдача путем конвекции и излучения резко сокращается, при этом ведущее место в теплоотдаче занимает испарение (преимущественно пота). В случае дальнейшего повышения температуры воздуха и окружающих поверхностей организм начинает получать дополнительно тепло за счет конвекции и радиации, а потоотделение еще более возрастает.

В комфортных условиях на теплоотдачу путем конвекции и радиации приходится 70-80% всей теплоотдачи организма. При низких температурах теплоотдача путем конвекции и радиации значительно возрастает. Тепловой баланс может быть близким к нулевому, когда величина теплопродукции соответствует суммарной теплоотдаче. При величине Q в пределах?2 Вт тепловое состояние человека соответствует оптимальному. Положительная или отрицательная тепловая нагрузка (накопление или дефицит тепла) более этих величин - следствие напряжения процессов терморегуляции, а величины, пре- вышающие допустимые, - показатель развития перегрева или переохлаждения.

Оценка теплового баланса может быть проведена инструментальным и расчетным методами. Измерив конвекционную, радиационную и испарительную теплоотдачу (методы приводятся в данной главе) и теплопродукцию газометрическим методом, можно определить величину накопления или дефицита тепла.

При определении теплового баланса можно использовать также расчетный метод. Он заключается в нахождении составляющих уравнения теплового баланса с помощью таблиц и формул по показа-

телям, полученным при обследовании испытуемого (масса тела, рост, средневзвешенная температура кожи, влагопотери) и исследовании микроклимата помещения (температура, относительная влажность и скорость движения воздуха, температура окружающих поверхностей).

Важное значение имеют также измерение и оценка удельных теплопотерь, так как даже в условиях, когда тепловой баланс не нарушен, дискомфортное состояние может быть связано с перераспределением путей теплоотдачи и напряжением механизмов терморегуляции.

Для определения суммарной конвекционной и радиационной теплоотдачи применяют тепломеры.

Тепловой поток рекомендуется измерять при отсутствии видимого потоотделения на тех же участках поверхности тела, на которых измеряют температуру кожи. Данная методика применяется в основном для оценки охлаждающей или термонейтральной среды, когда данные пути теплоотдачи являются основными и по ним можно судить о напряжении процессов терморегуляции. Датчики тепломера накладывают на различные точки тела (лицо, грудь, кисть, бедро, голень), после чего снимают показания в килокалориях на 1 м 2 за 1 ч [ккал / (м 2 ? ч)]. Плотность теплового потока на каждом отдельном участке тела определяется как средняя величина не менее чем 5 измерений, выполненных последовательно через равные промежутки времени. Средневзвешенный тепловой поток рассчитывают аналогично средневзвешенной температуре кожи с использованием коэффициентов взвешивания, указанных в той же формуле:

При комфортных теплоощущениях средневзвешенный тепловой поток составляет при легкой работе 44-67 (38-59), при работе средней тяжести - 68-111 (60-96), при тяжелой работе - 112-134 (97-115) Вт/м 2 [ккал/(м 2 ? ч)].

Плотность теплового потока с поверхности тела, равная 163 Вт/м 2 , соответствует субъективному пределу переносимости холода («очень холодно»).

В некоторых случаях появляется необходимость определять радиационную теплоотдачу, так как соотношение теплоотдачи путем радиации и конвекции имеет определенное значение для создания теплового комфорта работающего. Для определения радиационного теплового баланса между поверхностью тела человека и окружающими предметами в помещении применяют дифференциальный радиометр.

При определении испарительной теплоотдачи учитывают испарение воды с поверхности кожи и легких. Соотношение потери тепла за счет испарения с поверхности легких и кожи колеблется в зависимости от температуры воздуха: при 10 ?С оно составляет 1:2, при 20 ?С - 1:3, а при 30 ?С и выше - 1:5 и более. Поэтому в условиях нагревающего микроклимата, когда испарительная теплоотдача является единственным возможным путем теплоотдачи с поверхности кожи, именно интенсивность потоотделения отражает степень напряжения процессов терморегуляции в этих условиях.

Величина потоотделения (в граммах) может быть определена методом взвешивания обследуемого (обнаженного) на точных весах. Определяются влагопотери по уменьшению массы тела за 2 или 4 ч с пересчетом на 1 ч. Используется также метод «фильтровальных тетрадок», который позволяет определить локальное потоотделение с отдельных участков кожи, а при проведении необходимых расчетов - и общее потоотделение. «Фильтровальная тетрадка» состоит из двух фильтровальных бумажек размером 4X2 см, поверх которых наложена калька такого же размера, скрепленная с подлежащими слоями (прошита на швейной машинке). Предварительно взвешенную на электроаналитических весах фильтровальную тетрадку приклеивают к определенному участку кожи тонкими полосками лейкопластыря или скотча (увеличение массы тетрадки за счет лейкопластыря не превышает 0,2 мг). Через 5 мин снимают тетрадку и сразу же взвешивают.

Средневзвешенную величину потоотделения определяют путем пересчета локальных влагопотерь, измеренных на 6 участках кожи (лоб, грудь, кисть, бедро, голень, спина) на 1 м 2 поверхности кожи по формуле:

Для определения общего потоотделения количество пота, накопившегося на 1 м 2 , умножают на площадь поверхности тела (1,6- 1,8 м 2), которую уточняют с помощью таблиц.

Испарительную теплоотдачу можно рассчитать, введя коэффициент 2,4 кДж/г (0,6 ккал/г). Влагопотери организма в комфортных условиях при относительном покое составляют примерно 50 г/ч. В условиях нагревающего микроклимата влагопотери увеличиваются в 5-10 раз. В комфортных условиях при выполнении легкой работы влагопотери достигают 100, при работе средней тяжести - до 150 и при тяжелой работе - до 180 г/ч.

4.3. КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ МИКРОКЛИМАТА

Отнесение условий труда к оптимальным или допустимым (1-й и 2-й класс) по показателям микроклимата (температуре, влажности, скорости движения воздуха, инфракрасному излучению) осуществляется в соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 для каждого отдельного параметра (см. табл. 4.2 и 4.3) или по интегральному показателю - ТНС-индексу (табл. 4.8).

При отклонении параметров микроклимата от допустимых необходимо установить степень вредности или опасности условий труда, ориентируясь на Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда».

Сначала необходимо определить характер микроклимата (охлаждающий или нагревающий) по его параметрам (или более точно по физиологическим показателям, характеризующим состояние человека), а затем проводить оценку согласно табл. 4.7.

Оценка нагревающего микроклимата. Нагревающий микроклимат - сочетание параметров микроклимата, при котором имеет место нарушение теплообмена с окружающей средой, выражающееся в накоплении тепла в организме выше верхней границы оптимальной величины (>0,87 кДж/кг) и/или увеличение доли потерь тепла за счет испарения пота (>30%) в общей структуре теплового баланса, появления общих или локальных дискомфортных теплоощущений (слегка тепло, тепло, жарко).

При нагревающем микроклимате отмечается превышение допустимых пределов температуры воздуха или теплового излучения.

Степень вредности условий труда определяется в основном по показателю тепловой нагрузки среды (ТНС-индексу, интегральному показателю, отражающему сочетанное действие температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения интенсивностью до 1000 Вт/м 2).

Для оценки берется среднесменное значение ТНС-индекса. При монотонном микроклимате оно рассчитывается как среднее ариф- метическое из трех измерений, при динамичном микроклимате или в том случе, когда работа выполняется на разных рабочих местах с отличающейся по интенсивности тепловой нагрузкой, - как средневзвешенное с учетом времени. Класс условий труда по показателю ТНС-индекса устанавливают в соответствии с табл. 4.8.

Если тепловое облучение человека превышает 140 Вт/м 2 и дозу облучения 500 Вт? ч*, то условия труда оценивают как вредные, при этом класс условий труда устанавливают по наиболее выраженному показателю: ТНС-индексу (табл. 4.8) или тепловому облучению (табл. 4.7). При излучении более 1000 Вт/м 2 степень вредности нагревающего микроклимата устанавливают по интенсивности инфракрасного излучения (средневзвешенная во времени величина за смену с учетом периодов, когда излучения нет).

Рабочие места на открытой территории в теплый период оценивают по ТНС-индексу, измеренному в полдень при отсутствии облач- ности, в соответствии с табл. 4.8.

В случае занятости работника как в помещении, так и на открытой территории в теплый период года оценка проводится по среднесменной величине ТНС-индекса, рассчитанной как средневзвешенная с учетом времени пребывания на разных рабочих местах.

Оценка охлаждающего микроклимата. Охлаждающий микроклимат - сочетание параметров микроклимата, при котором имеет место превышение суммарной теплоотдачи в окружающую среду над величиной теплопродукции организма, приводящее к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле человека (>0,87 кДж/кг). Если температура воздуха рабочего места в помещении ниже допустимых пределов, то такой микроклимат относится

Экспозиционная доза облучения (Вт? ч) определяется как произведение интенсивности теплового облучения (Вт/м 2) на облучаемую поверхность тела (м 2) и на продолжительность облучения за рабочую смену (ч).

Таблица 4.7. Классы условий труда по показателям микроклимата для рабочих помещений

Окончание табл. 4.7

Таблица 4.8. Классы условий труда по показателю ТНС-индекса в?С (верхняя граница) для

производственных помещений с нагревающим микроклиматом независимо от периода года и открытых территорий в теплый период года

к охлаждающему. Высокая скорость движения воздуха усиливает охлаждающий эффект. Степень вредности условий труда при работе в производственных помещениях с охлаждающим микроклиматом определяется по показателю температуры воздуха (среднесменной) по табл. 4.9. В таблице приведена температура воздуха применительно к оптимальным величинам скорости его движения (по СанПиН 2.2.4.548-96). Поэтому при более высоких скоростях его движения на рабочем месте температуру воздуха, приведенную в табл. 4.9, следует повысить согласно примечанию.

Для работающих в помещениях с охлаждающим микроклиматом и при наличии источников теплового облучения класс условий труда устанавливается по показателю «тепловое облучение» (табл. 4.7), если его интенсивность выше 140 Вт/м 2 .

Класс условий труда при работе на открытой территории в холодный период года или в неотапливаемых помещениях может быть определен согласно табл. 8-11, представленным в Руководстве Р 2.2.2006-05. В них приведены средние зимние температуры при наиболее вероятной скорости ветра в каждом из климатических регионов. Последний объединяет территории, имеющие сходные метеорологические условия, соответственно которым рабочие бесплатно обеспечиваются комплектом СИЗ (одежда, обувь и др.), отвечающим необходимым требованиям к термоизоляции. При температуре воздуха -40 ?С и ниже необходима защита органов дыхания и лица.

В табл. 4.10 даны в качестве примера классы условий труда по показателю температуры воздуха для открытых территорий в зимний период года применительно к категории работ 11а - 11б. В числителе дана температура воздуха при отсутствии регламентированных перерывов на обогрев, в знаменателе - при регламентированных перерывах на обогрев (не более чем через 2 ч пребывания на открытом воздухе).

Оценка условий труда при работе в течение смены в различном (охлаждающем и нагревающем) микроклимате. Если в течение смены производственная деятельность работника осуществляется в различном микроклимате (нагревающем и охлаждающем), следует оценить его раздельно, установив класс условий труда, а затем рас- считать средневзвешенную во времени величину.

Пример. Транспортировщик периодически выполняет работу в цехе и в складском помещении. По интенсивности энерготрат работа относится к категории 11а.

Хронометражными исследованиями устанавливают, что время нахождения его в цехе - 6 ч, на складе - 2 ч. Исследования проводились в холодный период года.

При измерении параметров микроклимата в цехе температура воздуха и окружающих поверхностей превышают допустимые (относительная влажность и скорость движения воздуха в пределах допустимых значений), т.е. микроклимат нагревающий. Для определения степени вредности условий труда рассчитывают среднесменное значение ТНС-индекса, которое в дан- ном случае равно 26,0 ?С, сравнивают с данными табл. 4.8. Класс условий труда - вредный 2-й степени (3.2).

При измерении параметров микроклимата в складском отапливаемом помещении установлено, что температура воздуха, равная 9 ?С (среднесменная), меньше нижних границ допустимых величин (микроклимат охлаждающий), а по табл. 4.9 условия труда оцениваются как вредные 4-й степени (3.4).

Рассчитывают средневзвешенную величину степени вредности условий труда за смену, умножая время занятости в рассмотренных условиях на условно принятый коэффициент: для класса 1 условий труда - 1, для класса 2 условий труда - 2, для класса 3.1 условий труда - 3; для класса 3.2 условий труда - 4; для класса 3.3. условий труда - 5; для класса 3.4 условий труда - 6; для 4 класса условий труда - 7.

В нашем примере: (6 ч? 4 + 2 ч? 6) : 8 ч = 4,5, т.е. степень вредности - между классами 3.2 и 3.3. Так как организм работника подвергается действию температурного перепада, то степень вредности округляют в большую сторону. Таким образом, условия труда транспортировщика по показателям микроклимата отнесены к классу 3.3.

4.4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОЗДОРОВЛЕНИЮ УСЛОВИЙ ТРУДА

Если при обследовании предприятия будет выяснено, что метеорологические условия не соответствуют нормативам, то санитарным врачом должны быть разработаны и предложены администрации мероприятия по оздоровлению условий труда в следующих направлениях: совершенствование технологических процессов с учетом гигиенических требований, снижение интенсивности тепловых

Таблица 4.9. Классы условий труда по показателю температуры воздуха (?С, нижняя граница) при работе

в производственных помещениях с охлаждающим микроклиматом

Примечание. При увеличении скорости движения воздуха на 0,1 м/с от оптимальной (по СанПиН «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений») температура воздуха должна быть увеличена на 0,2 ?С.

Таблица 4.10. Классы условий труда по показателю температуры воздуха, ?С, (нижняя граница)

для открытых территорий в зимний период года применительно к категории работ Па - Пб.

Таблица 4.11. Время пребывания на рабочих местах при температуре воздуха выше допустимых величин

Таблица 4.12. Время пребывания на рабочих местах при температуре воздуха ниже допустимых величин

Таблица 4.13. Рекомендуемая продолжительность инфракрасного облучения

излучений, тепловыделений, влаговыделений от оборудования путем его герметизации, термо-, влагоизоляции, экранирования, устройства местных отсосов и т.п.; совершенствование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, организации физиологически обоснованных режимов труда и отдыха, питьевого режима, обеспечение работающих индивидуальными средствами защиты. При этом руководством для врача могут служить «Профилактика перегревания работающих в условиях нагревающего микроклимата» МР? 5172-90, «Санитарные правила для предприятий черной металлургии» ? 2527-82 и др.

В соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 в целях защиты от возможного перегревания или переохлаждения работающих время пребывания на рабочих местах (непрерывно или суммарно за рабочую смену), не отвечающих допустимым величинам по показателям температуры воздуха, должно быть ограничено (табл. 4.11 и 4.12), при этом среднесменная температура воздуха за 8 ч смены, когда люди находятся на рабочих местах и в местах отдыха, не должна выходить за пределы регламентированных допустимых величин для соответствующих категорий работ (см. табл. 4.3).

Во избежание чрезмерного (опасного) общего перегревания и локального повреждения (ожог) даже при использовании стандарт- ных СИЗ должна быть ограничена продолжительность непрерывного инфракрасного облучения человека (площадь облучаемой поверхности до 25%) согласно МР? 5172-90 (табл. 4.13).

Все физические тела, температура которых больше абсолютного нуля, испускают тепловые лучи.Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое веществомза счет его внутренней энергии .

Интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры тел. Большинство твердых и жидких тел имеют сплошной спектр излучения, т.е. излучают волны всех длинλ.

Видимое человеком излучение (свет): λ = 0,40-0,75 мкм.

Инфракрасный (невидимый свет): λ = 0,75-400 мкм. Далее радиоволновой диапазон.

Средства измерения, определяющие температуру тел по их тепловому излучению, называютпирометрами излучения . Пирометры используются для измерения температуры в диапазоне 300-6000 о С. Для измерения температур больше 3000 о С пирометры являются практически единственными СИ, т.к. они бесконтактны. Теоретически верхний предел измерения пирометров неограничен. В пирометрах используется в основном видимый свет и инфракрасный диапазон.

Измерение температуры тел по их тепловому излучению основывается на закономерностях, полученных дляабсолютно черного тела . Если на внешнюю поверхность тела падает поток лучистой энергии Ф, то он частично поглощается Фп, отражается Фот и пропускается Фпр. Соотношение между этими потоками зависит от свойств тела и, в частности, от состояния его поверхности (степени шероховатости, цвета, температуры). Если тело поглощает весь падающий на него лучистый поток, токоэффициент поглощения его и такое тело называютабсолютно черным .

Реальные тела не являются абсолютно черными, и лишь некоторые из них по оптическим свойствам близки к ним, например, нефтяная сажа, платиновая чернь, черный бархат в области видимого света имеютα, мало отличающийся от 1.

Внешняя поверхность тел не только поглощает, но и испускает собственное излучение, зависящее от температуры.

В соответствии с законом Кирхгофаизлучательная способность тел пропорциональна их коэффициентам поглощения. Так как коэффициент поглощения абсолютно черного тела α абс.ч.т. =1, то оно обладает максимальной излучательной способностью.

В пирометрии излучения в качестве величин, характеризующих тепловое излучение тел, применяют энергетическую светимость (излучательность) и энергетическую яркость (лучистость). При этом следует различать полную и спектральную светимость и яркость.

Под полнойэнергетической светимостью понимают полную (интегральную)поверхностную плотность излучаемой мощности .

Энергетической яркостью тела в данном направлении называетсямощность излучения в единичный телесный угол с единицы площади проекции поверхности тела на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Энергетическая яркость является основной величиной, непосредственно воспринимаемой человеческим глазом, а также всеми пирометрами, основанными на измерении температуры по тепловому излучению.

Все реальные тела по степени поглощения ими лучистой энергии отличаются от черного тела и имеют коэффициент поглощения меньше единицы. Излучательная способность реальных тел также отличается от лучеиспускательной способности черного тела и может быть охарактеризована коэффициентом излучения полнымε и спектральнымε λ .

Реальные тела при одинаковой температуре имеют различную излучательную способность , оценку которой производят по отношению к излучательной способности абсолютно черного тела (значок * относится к абсолютно черному телу)

гдеε λ –коэффициент спектрального излучения (степень черноты монохроматического излучения);

ε– коэффициент полного излучения (степень черноты полного излучения);

Е λ , Е λ * - спектральная энергетическая светимость;

В λ , В λ * - спектральная энергетическая яркость (воспринимается глазом);

Е, Е * - полная энергетическая светимость.

ε λ является функцией длины волныλ и температуры Т. Тело, у которогоε λ не зависит от температуры и λ, называют серым.

Зависимость между спектральной энергетической светимостью абсолютно черного тела Е λ * , его температурой Т и длиной волныλустанавливаетсязаконом Планка (см. рисунок 1.17)

где с 1 , с 2 – константы.

Для выбранной λ с увеличением температуры резко возрастает Е λ * или В λ * , так как

В λ * =k λ ∙ Е λ * . (1.32)

Указанный факт устанавливает возможность измерения температуры тела по его спектральной яркости с высокой чувствительностью.

Из графика (рисунок 1.17) видно, чтоλ max уменьшается с увеличением температуры. По мере уменьшения температуры черного тела максимум распределения энергии его излучения смещается в сторону длинноволновой области спектра.

Рисунок 1.17 – Семейство кривых Е λ * , построенных по закону Планка

Это и явилось основанием использовать для измерения яркостной температуры тел инфракрасную область спектра.

Для реальных тел, имеющих каждый свой ε λ

В λ = ε λ ∙ В λ * . (1.33)

Еслиреальные тела имеют одну и ту же температуру , то из-за разностиε λ измеренныезначения В λ будут различаться , что не позволяет иметь единую шкалу прибора, отградуированную в значениях истинной температуры различных объектов. В связи с этим шкалу пирометра приходится градуировать по излучению абсолютно черного тела.

Так как излучательная способность реальных тел меньше, чем черных, то показания пирометра будут соответствовать не действительной температуре реального тела, а дают условную температуру, в данном случае так называемую яркостную температуру.

Яркостной температурой реального тела называют такую температуру абсолютно черного тела, при которой его спектральная яркость В * (λ , Тя) равна спектральной яркости реального тела В (λ , Т) при его действительной температуре Т.

Используя (1.31), (1.32), (1.33), получим

Видно, что яркостная температура всегда меньше действительной температуры, так как ε λ < 1.

Приборы, предназначенные для измерения яркостной температуры в видимой части спектра, обычно называютоптическими и фотоэлектрическими пирометрами.

Как видно из рисунка 1.17, с повышением температуры максимум кривой распределения энергии излучения по спектру смещается в сторону коротких волн. Длина волныλ max , соответствующая максимуму кривой распределения энергии в спектре излучения черного тела, связана с абсолютной температурой Т соотношением

гдеb – постоянная, равная 2896 мкм К.

Соотношение (1.35) носит название закона смещения Вина. Пунктирная линия (см. рисунок 1.17), проходящая через максимумы всех кривых, соответствует закону смещения Вина.

В видимой части спектра смещениеλ max и, следовательно, перераспределение энергии, вызываемое изменением температуры тела, приводит к изменению его цвета. Это послужило основанием существующиеметоды измерения температур тел , основанные на изменении с температурой распределения энергии внутри данного участка спектра излучения, назватьцветовыми методами . Условная температура тела, измеренная этими методами, называется цветовой температурой.

Наибольшее распространение из существующих получил метод измерения цветовой температуры в видимой части спектра по отношению энергетических яркостей в двух спектральных интервалах.

Цветовой температурой (Тц) называется такая температура абсолютно черного тела, при которой отношение его спектральных энергетических яркостей при длинах волнλ 1 иλ 2 равно отношению спектральных яркостей реального тела при тех же длинах волн и его действительной температуры Т.

Известно, что . Учитывая (1.31), (1.32), (1.33), получим

Практически серыми считают реальные тела: керамика, оксиды металлов, огнеупорные материалы, гранит и др. Преимущества цветового метода для них очевидны, так как яркостная температура всегда, в отличие от цветовой, ниже действительной.

Приборы, предназначенные для измерения цветовой температуры по отношению спектральных энергетических яркостей, принято называтьпирометрами спектрального отношения или цветовыми пирометрами .