Бібліотека - БЖД - Основи безпеки життєдіяльності людини

4.2. Виробничий мікроклімат і його несприятливі чинники
Під терміном “виробничий мікроклімат” розуміють умови виробничого середовища, які забезпечують відчуття комфортності на виробництві. До параметрів виробничого мікроклімату належать температура і вологість повітря, а також швидкість його руху. Ці компоненти виробничого середовища здатні як знижувати, так і підвищувати продуктивність праці, спричинювати не пов’язані з виробничим процесом захворювання, впливати на самопочуття персоналу тощо.

Температура повітря Висока температура повітря в робочих приміщеннях може зумовлюватися характером технологічного процесу. При дослідженні мікроклімату в цехах металургійних заводів було встановлено, що близько 30–40 % теплоти, яка потрібна за технологією виробництва, надходить у повітря виробничих приміщень. Позаяк повністю видалити надлишки теплоти, особливо в літній період, дуже важко, температура повітря в робочій зоні може досягати 30–40 °С і вище. Окремі короткочасні трудові операції потребують температури повітря 60–90 °С і вище. Наприклад, на цукрових заводах згідно з технологією під час сушіння рафінаду температуру повітря підтримують не менше як 42 °С. Висока температура повітря на окремих виробництвах поєднується з високою вологістю та інтенсивним інфрачервоним випромінюванням. Наприклад, у вугільних шахтах на глибині 800 м температура повітря досягає 30–32 °С при відносній вологості 89–95 %; на глибині понад 2000 м — 42–50 °С при такому самому рівні відносної вологості. На робочих місцях у доменному, мартенівському та прокатному цехах температура повітря у літній період часто перевищує 40 °С. Отже, на виробництві висока температура повітря на робочих місцях може бути за таких причин: • нагрівання повітря в результаті контакту з технологічним обладнанням, призначеним для плавлення, нагрівання, сушіння, випалу різних матеріалів, а також з нагрітими до високої температури виробами та оброблюваними матеріалами (розплавлені метали, шлак, прокат чорних і кольорових металів тощо); • теплота, що утворюється під час екзотермічних хімічних реакцій і виділяється крізь нещільності в обладнанні, у трубопроводах у вигляді гарячої пари, нагрітих газів або яка утворюється в результаті перетворення електричної та механічної енергії; • нагрівання повітря до температури гірничої маси у глибоких підземних виробках (вугільна, гірничорудна промисловість). Низька температура повітря у виробничих приміщеннях, так само, як і висока, зумовлюється характером технологічного процесу (холодильні камери, текстильне виробництво тощо) або внаслідок відсутності опалення в холодну пору року. При виконанні робіт на відкритому повітрі його температура залежить від метеорологічних умов певної місцевості.

Підвищений атмосферний тиск як виробничий чинник Окремі технологічні процеси здійснюються в умовах підвищеного атмосферного тиску. Наприклад, проходження горизонтальних і вертикальних підземних виробок через обводнені пласти, а також виконання робіт під водою можливі лише за умови витіснення води з робочої камери за допомогою стисненого повітря. Роботи на великій глибині слід проводити у спеціальних пристроях — кесонах. Такі роботи найчастіше виконують при будівництві мостів і гребель, фундаментів, тунелів метро, у вугільній, гірничодобувній галузях промисловості тощо. Впливу підвищеного атмосферного тиску зазнають також водолази й аквалангісти. Інфрачервоне випромінювання Інфрачервоне (теплове) випромінювання — це невидиме електромагнітне випромінювання нагрітих тіл, що виникає на основі їх внутрішньої енергії. Воно має суцільний спектр (довжина хвилі — від 0,76 мкм до 1 мм); потужність і спектральний склад залежать від температури випромінюючого тіла. Зі збільшенням температури останнього загальна енергія випромінюваного теплового потоку підвищується в бік короткохвильового випромінювання. Якщо у виробничих умовах температура джерела випромінювання не перевищує 500 °С (паропроводи, нагрівальні печі в термічних і ковальсько-пресових цехах, хімічна апаратура), то потік випромінювання буде лише інфрачервоним; при вищих температурах випромінюючих тіл (500–1200 °С) в їх спектрі з’являються видимі промені. Якщо температура джерела випромінювання становить щонайменше 2000 °С (розплавлене скло і метал, вольтова дуга), в їх спектрі поряд з інфрачервоним і видимим випромінюванням з’являється ультрафіолетове. Розрізняють такі діапазони спектра інфрачервоного випромінювання: короткохвильовий (0,76–15 мкм), середньохвильовий (15– 100 мкм) і довгохвильовий (понад 100 мкм). Кількість теплоти, яку організм отримує ззовні при інфрачервоному випромінюванні, залежить від енергетичної світності, тривалості дії джерела випромінювання, а також площі опроміненої поверхні. Довгохвильове інфрачервоне випромінювання повністю поглинається поверхнею шкіри, а короткохвильове проникає у шкіру на глибину близько 2 см.

Інтенсивність інфрачервоного випромінювання в цехах окремих виробництв, зокрема на підприємствах чорної та кольорової металургії, а також у машинобудуванні коливається в широких межах і набуває значень, що набагато перевищують значення сонячного випромінювання на поверхні Землі. Працівники, які обслуговують нагрівальні пристрої, зазнають дії інфрачервоного випромінювання потужністю 4886–16752 Вт/м2 і більше. Одноразове опромінення, звичайно, не триває довго, але протягом робочого дня сукупне опромінення може бути значним (15–50 % робочого часу). Часто у виробничих приміщеннях поряд з дуже нагрітими предметами розміщують джерела випромінювання з порівняно невисокою температурою поверхні (50–150 °С), тобто довгохвильового діапазону. Вологість повітря Ступінь вологості повітря в робочій зоні визначається технологічним процесом і може бути як надто високим (понад 75 % відносної вологості), так і істотно низьким. Джерелами інтенсивного виділення вологи на виробництві є процеси, які здійснюються в недостатньо герметичній або зовсім розкритій апаратурі, наприклад, обводнені підземні виробки у гірничодобувній промисловості. Гідропроцеси застосовують практично в усіх галузях промисловості, але в одних галузях (наприклад, при гідродобуванні корисних копалин, у целюлозно-паперовому виробництві, гідрометалургії), вони становлять основу технології, в інших (у машинобудуванні, радіотехнічній, текстильній промисловості) обмежені окремими цехами або ділянками. На окремих ділянках деяких виробництв високу вологість повітря підтримують штучно, використовуючи зволожувальні установки (у прядильних і ткацьких цехах). В окремих галузях промисловості вологість повітря в робочій зоні може бути зниженою. Це спостерігається тоді, коли у виробничі приміщення повітря надходить з низькою абсолютною вологістю, а потужні джерела виділення теплоти сприяють подальшому його висушуванню. Наприклад, у цехах металургійних підприємств відносна вологість повітря може знижуватись до 20 % і більше, що викликає неприємне відчуття сухості у верхніх дихальних шляхах. 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 відповідно становитиме 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 %. Рух повітря у виробничих приміщеннях може відбуватися за таких причин: • потоки повітря, що спричинюються його контактом з високонагрітим 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. Під час роботи поза виробничими приміщеннями велике значення має природний рух повітря (вітер), особливо в поєднанні з низькою температурою (високі широти, Антарктида). Різні чинники 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 (охолоджувальний мікроклімат, який підтримується штучно, і мікроклімат неопалюваних приміщень, до якого умовно зараховують мікроклімат відкритої атмосфери в 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, перетворюється на теплоту, яка виділяється у 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. 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 із 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 хв. 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 підвищується частота серцевих скорочень, збільшується хвилинний об’єм крові, який 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 виявляється у змінах її 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 організмі розвивається гіпоксія, ступінь якої залежить від інтенсивності й тривалості дії чинників нагрівання, 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 при цьому фізичну роботу середньої важкості, споживають не менш як 10 л 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 шлунковокишковий 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 знизитися маса тіла (від 4–5 до 10–12 кг за зміну). Першим виявом зневоднення організму є відчуття спраги, що з’являється при втраті 1–2 % маси тіла. Разом із 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 %),