Материал:

Количество тепла, выделяемого организмом, зависит также от количества потребляемого кислорода, которое, в свою очередь, определяется физической активностью человека. Человек, спокойно сидит, потребляет 0,2-0,25 л кислорода в минуту; выполняя работу средней тяжести - 0,5-1 л при тяжелой физической работе - до 2,5 л кислорода в минуту. Работа особой физической интенсивности требует еще больше кислорода. В среднем человек потребляет в сутки более 500 л кислорода, пропуская через легкие больше 10 тыс. Л (-12 кг) воздуха (в год более 1 т воздуха) по сравнению с 1,5-2 кг воды и пищи в сутки. Тепловая энергия, выделяющаяся при этом энергия используется организмом для поддержания внутренней температуры тела и выполнения физической и умственной работы. Кроме того, следует иметь в виду, что необходимым условием жизнедеятельности человека в любой обстановке (производственной или бытовой) является сохранение внутренней температуры тела постоянной и равной 36,65 * 0 (± 0,55 ° С). Постоянство температуры тела (подмышечные температура (температура тела) измеряется в подмышечной впадине) обусловлено терморегуляцией организма, благодаря которой он приспосабливается к внешним условиям.

Терморегуляция - это способность человеческого организма поддерживать постоянную температуру тела человека при изменении параметров микроклимата и степени физического напряжения организма.

Поддержание температуры тела человека на определенном уровне (36-37вС) является сложной функцией, обеспечивается местным действием химической и физической терморегуляции, то есть систем, которые регулируют обмен веществ и теплотворность (усиление обмена веществ сопровождается ростом образования теплоты в организме), с одной стороны, и кровоснабжение кожи, потоотделение и дыхание - с другой.

В организме человека постоянство температуры поддерживают только «ядра» тела (внутренних органов). Температура на поверхности тела всегда в той или иной степени зависит от колебаний температуры окружающей среды и составляет на поверхности тела 23-24 ° С, а при благоприятных условиях - 32-34 "С. Поэтому в теле человека существует чрезвычайно сложное пространственное температурное поле, меняется во времени.

Размер "теплозащитной оболочки" внутренних тканей и органов у человека отвечает 20-50% (по весу) тканей, расположенных в поверхностном слое тела, который имеет толщину 2,5 см. При сильном охлаждении размер "оболочки" увеличивается, повышая тем самым теплоизоляцию организма .

Организм человека находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Нормальное протекание физиологических процессов в организме возможно лишь тогда, когда выделяемое организмом тепло непрерывно выделяется в окружающую среду, а среда способна его вполне воспринять. В этих условиях у человека не возникает тепловых ощущений, ее беспокоят - холод или перегрев.

Величина тепловыделения организмом человека зависит от следующих факторов:

• физического или умственной нагрузки человека в определенных метеоусловиях, в состоянии легкой физической работы - составляет до 139 Вт и в состоянии тяжелой физической работы - до 290 Вт;

• параметров микроклимата окружающей среды: t, ° С; ф,%; V, м / с; Р, Па (мм рт. Ст.).

Обозначим количество тепла, вырабатываемого в организме, из Qм - так называемое метаболическое тепло (метаболизм от греческого metabole - изменение, обмен веществ в организме). Часть этого тепла расходуется на осуществление механической работы Qекв (дыхание, сердечная деятельность, движения человека, а также выполнение внешней физической работы), а часть остается в организме и подлежит выводу в окружающую среду - Qвив, то есть

Отдача тепла организмом человека в окружающую среду регулируется механизмом терморегуляции с учетом микроклимата и физической нагрузки и происходит теми же путями, что и любого нагретого тела - конвекцией, излучением, испарением.

1. С помощью теплопроводности через контактные поверхности Qт и конвекцию из открытых участков тела человека и поверхности одежды Qк. Количество тепла, отдаваемого посредством конвекции с поверхности тела (кожи) одетого человека, может быть определена по известному закону охлаждения Ньютона.

где Fк - площадь поверхности тела человека, м ^2; к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт / м ^2; к = F (√V), к увеличивается при увеличении V; tод - средняя температура в соответствии поверхности тела одетого человека и окружающего воздуха, ° С.

Проанализировав уравнения (3.2), приходим к выводу, что конвективный теплообмен является функцией Fк, V, Δt.

Терморегуляция при конвективном теплообмене осуществляется за счет разницы температур поверхности тела и при tод >> tп достигаются лучшие условия теплообмена. Итак, теплообмен эффективен при

С ростом температуры воздуха уменьшается доля теплоты, отдаваемого конвекцией, а при температуре 30-35,5 ° С теплоотдача прекращается. Поэтому в горячих цехах конвективный теплообмен не является эффективным.

2. С помощью излучения на окружающие поверхности Я (Вт). Количество тепловой энергии, передана путем излучения, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

где Fвипр - эффективная излучающая поверхность тела человека, м ^2; есть - излучательная способность наружной поверхности одежды а - постоянная Стефана-Больцмана, а = 5,75 х 10-8 Вт / м ² * К4; Tод - средняя температура поверхности тела одетого человека, К; Тоточ - температура окружающих поверхностей, К.

Проанализировав уравнения (3.4), приходим к выводу, что теплоотдача излучением является функцией Fвипр, есть, dT:

Теплообмен эффективен при Тод >> Тоточ.

Излучение теплоты организмом происходит при условии, что температура поверхностей, окружающих человека, ниже температуры поверхности одежды и открытых частей тела. Если же температура окружающих поверхностей высокая (30-35 ° С), то теплоотдача за счет излучения прекращается, а по более высокой температуры окружающих поверхностей происходит обратный процесс нагрева организма человека.

Интенсивность теплообмена практически не зависит от свойств окружающего воздуха (зависимость составляет менее 10% и обусловлено количеством водяного пара и кислорода воздуха).

3. С помощью испарения влаги (испарение и потоотделение с поверхности кожи) Qвипар. Тепло, отдаваемое организмом за счет испарения влаги с поверхности тела, зависит от температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха:

Испарения является эффективным, если фв <100%, Vп> 0 и tп> 0.

Теплоотдача испарения возрастает с увеличением температуры воздуха, при низких температурах воздуха удельный вес теплоотдачи ниже. С увеличением подвижности воздуха ускоряется испарение влаги с поверхности тела.

4. Часть тепла в организме расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха, потребленной пищи и т.д. Qдих. Это тепло является функцией температуры окружающего воздуха и его влагосодержания (количество водяного пара в граммах, приходящейся на 1 кг сухого воздуха):

где dп - влагосодержание воздуха, г / кг.

В состоянии покоя при температуре окружающего воздуха 18 ° С (20 ° С), теплоотдача организма человека составляет:

- Частицы Qт и Qк около 30% всего тепла, отводимого, причем Qт <Qк;

- Частицы Qвипр ~ 45%;

- Частицы Qвипар ~ 20%;

- Частицы Qдих - 5%.

Влияние неблагоприятных метеорологических условий на безопасность жизнедеятельности

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующие конкретному виду работы, обеспечиваются при соблюдении теплового баланса, в результате чего температура внутренних органов человека остается постоянной и равной примерно 36,6ьС (± 0,5 ° С).

Общее уравнение теплового баланса организма человека:

где S - показатель избытка (недостатка) тепла в организме, самочувствие человека.

При S> 0 существует избыток тепла, перегрев организма, следовательно, тепловой дискомфорт;

при S <0 возникает недостаточность тепла, недогрев организма и также тепловой дискомфорт;

при S = 0 создается тепловое равновесие, а это и есть оптимальные условия и тепловой комфорт.

При изменении температуры воздуха, скорости его движения и влажности, при наличии вблизи человека нагретых поверхностей, в условиях физической работы и т.п. эти соотношения существенно меняются. Значительное отклонение метеорологических условий рабочей зоны от оптимальных может быть причиной ряда физиологических нарушений в организме работников, привести к резкому снижению работоспособности и даже к профессиональным заболеваниям. Многочисленными исследованиями установлено однозначно негативное влияние неблагоприятных метеорологических условий (дискомфортное микроклимат) на безопасность жизнедеятельности человека в процессе труда. Если объем и напряженность труда остаются неизменными, а температура окружающей среды составляет 30 ° С, то есть на 10 ° С выше оптимальной, то производительность труда в начале смены будет ниже на 20-25%, а в конце - ниже на 40-50% от производительности при оптимальной температуре (20 ° С). Сильнее неблагоприятные условия микроклимата сказываются на людях старше 45 лет, то есть на работниках, имеющих высокую квалификацию и приносят производству большую пользу.

Действие отдельных факторов микроклимата может быть антагонистической (когда действие одного фактора ослабляется действием другого) или синергическим (когда действие одного фактора усиливается действием другого). Например, повышение скорости движения воздуха ослабляет действие повышенной температуры и, наоборот, усиливает действие на организм пониженной температуры. Повышение влажности увеличивает неблагоприятное воздействие как повышенной, так и пониженной температуры.

В самом общем виде действие метеоусловий на организм человека можно охарактеризовать следующим образом:

• температура воздуха влияет на самочувствие человека и производительность труда;

• высокая температура воздуха (30-35 ° С) в производственных помещениях при сохранении других параметров вызывает быструю утомляемость работника, перегрев организма и сильное потоотделение.

В тяжелых случаях при повышенной температуре окружающего воздуха наступает тепловой, а при работе на открытом воздухе - солнечный удар. Возможна судорожная болезнь, которая является следствием нарушения водно-солевого баланса и характеризуется слабостью, головной болью, резкими судорогами, преимущественно в конечностях.

Интенсивное потоотделение (до 6-10 л в смену) при работе в условиях воздействия высокой температуры воздуха (горячие цеха) приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов (С, В1, В2). При тяжелой работе в условиях высокой температуры может выделиться с потом до 50-60 г соли NaCl вместо 10 г в нормальных условиях (всего в организме человека содержится около 140 г NaCl).

Высокая температура воздуха характерна для производств металлургической, машиностроительной, текстильной, пищевой промышленности, а также при работах на открытом воздухе в условиях жаркого климата, где температура воздуха может достигать более 30-40 ° С.

Для ряда производств, наоборот, характерна действие на организм пониженной температуры воздуха. В неотапливаемых рабочих помещениях (элеваторы, склады, некоторые цеха судостроительных заводов) в холодное время года температура может колебаться от +3 до -25 ° С (холодильники). Длительный и сильное влияние низких температур может вызвать различные неблагоприятные изменения в организме человека. Местное и общее охлаждение организма является причиной многих заболеваний: миозит, невритов, радикулитов, а также простудных заболеваний. Любая степень охлаждения приводит к снижению частоты сердечных сокращений и развития процессов торможения в коре головного мозга, что ведет к снижению работоспособности. При переохлаждении тела до + 24 ° С наступает смерть.

Влажность влияет на организм человека, на его терморегуляцию. Высокая относительная влажность характерна для ряда цехов кожевенного, бумажного производства, шахт, прачечных и др. Избыточная влажность (более 80%) затрудняет испарение влаги с поверхности кожи. Это может привести к ухудшению общего состояния и снижение работоспособности человека. Повышенная влажность воздуха (более 75-85%) в сочетании с низкими температурами оказывает значительное охлаждающее влияние, а в сочетании с высокими вызывает перегрев организма. Пониженная относительная влажность (ниже 18-20%) также является неблагоприятным для человека, так как приводит к высыханию слизистых оболочек и снижение защитной функции верхних дыхательных путей.