Рух повітря

На тепловий обмін людини з навколишнім середовищем значно впливає швидкість руху повітря. При високій швидкості руху повітря і низькій його температурі організм втрачає теплоту переважно за

рахунок конвекції. Так, якщо при температурі повітря 25 °С і швидкості його руху 0,25 м/с тепловіддача випромінюванням становить 39 %, а конвекцією — 61 %, то при такій самій швидкості вітру, але при температурі - 40 °С тепловіддача становить відповідно 22 і 78 %. При збільшенні швидкості руху повітря до 25 м/с і такій самій температурі (-40 °С) тепловіддача випромінюванням не перевищує 3 %, а тепловіддача конвекцією досягає 97 %.

До основних причин руху повітря у виробничих приміщеннях належать такі:

• потоки повітря, що спричинюються його контактом з високонагрі-тим технологічним обладнанням і матеріалами (конвекційні потоки);

• інтенсивний повітрообмін через транспортні прорізи (ворота, двері), приточні отвори вентиляційних систем, аераційні ліхтарі, вікна внаслідок різниці температури повітря всередині виробничих приміщень і ззовні;

• вентиляційні установки у виробничих приміщеннях і підземних гірничих виробках;

• потоки повітря, які створюються частинами машин та обладнання, що рухаються.

Швидкість руху повітря на робочих місцях коливається у значних межах — 0,09-5 м/с і більше залежно від характеру технологічного процесу, природної та штучної вентиляції, архітектури виробничих приміщень тощо.

При роботі поза виробничими приміщеннями велике значення має природний рух повітря (вітер), особливо в поєднанні з низькою температурою (високі широти, Антарктида).

Різні фактори мікроклімату виробничих приміщень створюють комплекси метеорологічних умов, на основі яких розрізняють такі види виробничого мікроклімату (Шахбазян, 1986):

• гарячих цехів (з переважанням випромінюваної чи конвекційної теплоти);

• холодних цехів (охолоджуючий мікроклімат, який підтримується штучно, і мікроклімат неопалюваних приміщень, до якого умовно зараховують мікроклімат відкритої атмосфери у холодну пору року);

• з різко вираженими коливаннями (перепадами) основних елементів мікроклімату у місцях перебування працівників;

• створюваний системами опалення, вентиляції та кондиціонування.

Тепловий обмін людини в умовах виробництва

У процесі життєдіяльності людини хімічна енергія білків, вуглеводів і жирів, що надходять з їжею, постійно перетворюється на теплоту, яка виділяється в навколишнє середовище. Постійна температура тіла людини, як і теплокровних тварин, підтримується за рахунок складних процесів, які мають фізичну та хімічну основу і називаються відповідно фізична та хімічна терморегуляція.

В основі хімічної терморегуляції лежать процеси вивільнення енергії за рахунок окислення поживних речовин, в основі фізичної — зменшення або збільшення тепловіддачі залежно від умов навколишнього середовища. Розглянемо докладніше фізичну терморегуляцію.

Тепловий комфорт — це суб'єктивне відчуття людини, яким вона виражає задоволеність мікрокліматичними умовами навколишнього середовища, а також такий стан механізмів терморегуляції, коли вони не напружуються. Як правило, тепловий комфорт людини визначають за її тепловідчуттям і температурою шкіри.

Людина відчуває тепловий комфорт, коли середньозважена температура її шкіри становить 31,0-34,5 °С (при температурі навколишнього середовища 24-26 °С). За нижчої температури шкіри у людини з'являється неприємне відчуття холоду, за вищої температури — відчуття спеки. У комфортному стані кількість теплоти, що утворюється в організмі за одиницю часу (93-116,3 Вт), дорівнює кількості теплоти, що віддається ним у навколишнє середовище. Проте ця закономірність непостійна. Щодо гомойотермного організму, яким є людський організм, це спостерігається лише при вимірюваннях теплообміну протягом великого проміжку часу.

За сприятливих мікрокліматичних умов тепловтрати організму завжди дорівнюють теплоутворенню, внаслідок чого зберігається тепловий баланс, який і визначає тепловий комфорт організму.

Тепловіддача здійснюється одночасно кількома шляхами залежно від стану організму і навколишнього середовища:

• випромінюванням з поверхні тіла;

• конвекцією, тобто передаванням теплоти в повітря навколо поверхні тіла;

• кондукцією внаслідок переходу теплоти від поверхні тіла до предметів під час контакту з ними;

• випаровуванням вологи з поверхні шкіри та слизової оболонки дихальних шляхів.

У виробничих умовах кондукційна тепловіддача не має істотного значення. Згідно з окремими даними, при комфортних умовах мікроклімату і теплопродукції 80-120 Вт тепловіддача випромінюванням становить 45-55 %, конвекцією — 15-30%, випаровуванням вологи — 20-25 %, кондукцією — близько 2-5 %. Зміна кількісного співвідношення шляхів тепловіддачі визначається важкістю виконуваної роботи і метеорологічними умовами на робочому місці. Обмін теплоти організму з навколишнім виробничим середовищем здійснюється за законами термодинаміки, зокрема Стефана — Больцмана (для тепловіддачі випромінюванням), Ньютона (для тепловіддачі конвекцією) та Фур'є (для тепловіддачі кондукцією).

За комфортних умов різниця між температурою тіла та середньозваженою температурою шкіри коливається в межах 3-5 °С. Різниця між температурою на поверхні тулуба і на кінцівках у стані спокою за сприятливих умов навколишнього середовища не повинна перевищувати 0,5 °С; температура на ділянках шкіри (груди, спина), що закриті одягом, вища за температуру на оголених ділянках шкіри на 1-2 °С.

Тривала дія на організм людини високої температури може спричинити підвищення температури її тіла до кількох десятих градуса, а при недостатності механізмів терморегуляції — на 1-2 °С і більше. При виконанні фізичної роботи, а отже, при вищій теплопродукції, температура тіла змінюється швидше і помітніше.

Вплив високої температури навколишнього повітря на людину виявляється у зміні тонусу судин і їх кровонаповненні. При цьому звужуються кровоносні судини м'язів і внутрішніх органів і розширюються периферичні судини шкіри. За помірного перегрівання тіла збільшується частота серцевих скорочень і прискорюється кровотік. Граничне перегрівання тіла призводить до зниження швидкості кровотоку, що спричинюється зниженням функціональних можливостей міокарду. Виявлено високий ступінь кореляції між змінами температури тіла і частотою серцевих скорочень: підвищення температури тіла (при вимірюванні під язиком) на 1 °С відповідає збільшенню частоти серцевих скорочень на 26,3 за хвилину.

Під впливом високої температури навколишнього середовища спостерігаються фазові зміни артеріального тиску. При температурі повітря 40 °С (температура тіла — 37,2-37,3 °С) знижується систолічний і діастолічний артеріальний тиск, а при вищій температурі (60-70 °С) систолічний тиск підвищується, а діастолічний знижується. Основною причиною зниження артеріального тиску на початковій стадії перегрівання тіла є перерозподіл крові в організмі в результаті розширення кровоносних судин шкіри. Виконання фізичної роботи в умовах високої температури навколишнього середовища на початковій стадії так само призводить до підвищення систолічного і зниження діастолічного артеріального тиску.

Під впливом високої температури внаслідок підвищення частоти серцевих скорочень збільшується хвилинний об'єм крові. Збільшення хвилинного об'єму крові може стати наслідком збільшення об'єму циркулюючої крові та підвищення швидкості кровотоку. Проте тривала дія на організм людини високих температур навколишнього середовища призводить до зменшення об'єму циркулюючої крові і зниження швидкості кровотоку. При перегріванні організму об'єм циркулюючої крові зменшується через судинну недостатність, що супроводжується накопиченням крові в розширених судинах внутрішніх органів.

Зауважимо, що незмінність хвилинного об'єму крові під впливом високої температури свідчить про функціональні порушення в організмі.

Вплив високої температури навколишнього середовища на організм людини проявляється у значних змінах дихання. Незначне перегрівання організму людини (підвищення температури тіла на 0,9-1,4 °С) або не змінює частоти дихання, або викликає незначне її збільшення на чотири-п'ять дихальних рухів за хвилину. Значне прискорення частоти дихання у людини означає підвищення тканинного обміну, а отже, істотне порушення процесів терморегуляції. Механізм прискорення частоти дихання у людини під впливом високої температури є рефлекторним і зумовлюється підвищенням температури тіла і фізико-хімічними змінами крові. Під впливом високої температури повітря та інфрачервоного випромінювання в ор-гаінізмі розвивається гіпоксія, ступінь якої залежить від інтенсивності й тривалості дії нагрівальних факторів, а також істотно змінюється водно-електролітний обмін, що пов'язано з втратою великої кількості води.

За звичайних умов при температурі повітря у затінку 24-26 °С людина у стані спокою споживає за добу до 3 л рідини. Підвищення температури повітря до 32 °С спричинює збільшення добового

споживання рідини до 5-6 л. Працівники гарячих цехів, які зазнають впливу високої температури та інфрачервоного випромінювання і виконують фізичну роботу середньої важкості, споживають щонайменше 10л рідини.

При тепловому комфорті основна маса води виводиться з організму нирками — близько 1,5 л за добу. На випаровування з поверхні шкіри витрачається близько 500 мл води, із слизової оболонки дихальних шляхів — 400 мл; близько 200 мл води виводиться через шлунково-кишковий тракт. При високій температурі повітря робочої зони і одночасному виконанні фізичної роботи виведення води із сечею за рахунок посиленого потовиділення значно зменшується.

Секрет потових залоз утворюється за рахунок позаклітинної, внутрішньоклітинної рідини і незначною мірою за рахунок плазми крові. За умов нагрівного мікроклімату максимальне потовиділення може досягати 3,5 л за годину. Внаслідок цього, незважаючи на високе водоспоживання, може істотно знизитись маса тіла (від 4-5 до 10-12 кг за зміну). Першим проявом зневоднення організму є відчуття спраги, що з'являється при втраті 1-2 % маси тіла.

Разом з потом з організму людини виводяться органічні та неорганічні речовини (0,26-0,78 % загальної маси поту). Близько двох третин становлять неорганічні сполуки і третина — органічні. З неорганічних речовин — це хлорид натрію (64-74 %), близько половини органічних сполук — сечовина. Основним компонентом поту є вода — близько 99,5 %.

Працівник за зміну при виділенні з потом втрачає 5-7 л рідини і лише 15-20 г хлориду натрію. Велика втрата води (10-15л) може спричинити втрату 30-40 г хлориду натрію при загальному вмісті його в організмі близько 140 г. А зменшення вмісту хлоридів в організмі призводить до зміни фізико-хімічних властивостей крові; білкові колоїди втрачають здатність набрякати і затримувати воду. При втраті організмом 20-25 % хлориду натрію, тобто 28-30 г, припиняється секреція шлункового соку; подальше його зменшення може стати причиною судом.

Крім хлориду натрію з потом виводяться магній, мідь, йод, марганець та інші елементи, що може спричинитися до порушення провідності серцевого м'яза, підвищеної проникності судинних стінок і мембран клітин крові. Виведення з організму при інтенсивному потовиділенні водорозчинних вітамінів (аскорбінової кислоти, тіаміну, піридоксину) може призвести до порушення їх обміну у працівників

гарячих цехів, осіб, які живуть в умовах жаркого клімату, особливо у людей, які прибули з широт з помірним кліматом. Під впливом високої температури навколишнього середовища відбувається також розпад білків, порушується азотистий баланс, змінюється імунологічна реактивність організму.

Комплексний вплив на працівника високої температури повітря та інших факторів виробничого середовища

У виробничих умовах на організм людини можуть одночасно впливати висока температура і такі несприятливі фактори, як виробничі отрути, шум, вібрація, виробничі промислові аерозолі та ін. Сумарний вплив кількох виробничих факторів фізичної та хімічної природи може істотно відрізнятись від їхньої ізольованої дії на функціонування різних систем організму, зокрема дихальної та серцево-судинної. Результати експериментальних і виробничих досліджень свідчать, що під впливом підвищеної температури повітря (28-35 °С), виробничого шуму (105-110 дБ) та вібрації (40-43 Гц) у людини, яка виконує роботу середньої важкості, зменшується швидкість сприймання зорової інформації, змінюється стійкість чіткого бачення, збільшується кількість помилкових відповідей, погіршується координація рухів. Під впливом шуму в поєднанні з високою температурою, фізичною працею та вібрацією спостерігаються значніші зміни, ніж, наприклад, під дією лише шуму.

Підвищена температура повітря підсилює вплив багатьох виробничих отрут — ртуті, свинцю, оксиду вуглецю, бензину, бензолу, сірковуглецю та ін. Збільшення хвилинного об'єму дихання і крові, що спричинюється гіпертермією, призводить до значного збільшення надходження в організм газо- та пароподібних токсичних речовин через верхні дихальні шляхи з подальшою сорбцією їх кров'ю. Гіперемія шкіри під дією високої температури підвищує проникність у неї аніліну, іприту та інших речовин шкірно-резорбтивної дії. Деякі токсичні речовини, у свою чергу, знижують стійкість організму до перегрівання. Так, кобальт і анілін порушують терморегуляцію у відносно комфортних мікрокліматичних умовах.