Содержание

Основные характеристики
Теплообмен человека с окружающей средой
Инфракрасное излучение
Вредные вещества
- Оценка воздействия
- Методы защиты
Вентиляция рабочей зоны
- Классификация систем вентиляции
- Основные характеристики

Воздух рабочей зоны

Основные характеристики

Температура, $t\,^\text{o}\text{C}$ .
Относительная влажность, $\varphi \ \%$ .
Подвижность воздуха, $V \text{м/c}$ .
Плотность теплового потока, $q\ \text{Вт/м}^2$ .
Индекс тепловой нагрузки среды, $\text{ТНС}\,^\text{o}\text{C}$ .
Атмосферное давление, $P \ \text{Па}$ .
Концентрация вредных веществ, $С \ \text{мг/м}^3$ .

Теплообмен человека с окружающей средой

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Её количество зависит от различных параметров и лежит в диапазоне от 85 Вт до 500 Вт и более.

При этом организму для жизнедеятельности необходимо поддерживать постоянство внутренней среды (гомеостаз).
Интегральный показатель - средняя температура тела, которая в норме равна $36,5\ ^\text{o}\text{C}$ . Минимальная не смертельная температура внутренних органов - $25,5\ ^\text{o}\text{C}$ , максимальная $43\ ^\text{o}\text{C}$ .

Тепловое самочувствие человека

В зависимости от соотношения теплоты выделяемой человеком $Q_\text{выд}$ и поглощаемой окружающей средой $Q_\text{погл}$ тепловое самочувствие человека может быть существенно различным:

При $Q_\text{выд} = Q_\tetx{погл}$ тепловое самочувствие «нормальное».
При $Q_\text{выд} > Q_\tetx{погл}$ тепловое самочувствие характеризуется понятием «жарко».
К слову, полная теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя приведёт к повышению температуры через 1 час на 1 - 2 $^\text{o}\text{C}$ . Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести - на 5 $^\text{o}\text{C}$ за 1 час.
При $Q_\text{выд} < Q_\tetx{погл}$ тепловое самочувствие характеризуется понятием «холодно».

Способы теплообмена человека с окружающей средой

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется следующими способами:

Конвекцией $Q_\text{конв}$ - за счёт омывания тела потоками воздуха.
Теплопроводностью $Q_\text{т}$ - при прикосновении к объектам иной температуры.
Излучением на окружающие поверхности $Q_\text{л}$ .
Тепломассообменом при испарении пота $Q_\text{п}$ и дыхании $Q_\text{дых}$ .

Терморегуляция человека

Биохимический метод состоит в изменении интенсивности окислительных процессов в организме.
Изменение характера кровообращения за счёт сужения и расширения сосудов поверхности тела (оболочки) и внутренних органов (ядра). Тем самым происходит перераспределение теплоносителя (крови) в требуемом направлении.
Изменение интенсивности потоотделения.
Вклад данного метода терморегуляции растёт с повышением температуры окружающей среды. Интенсивность теплоотдачи данным методом может составлять от 15 % до 110% от тепловыделения организма.

В целом, величина потоотделения изменяется в широком диапазоне, в зависимости от напряжённости труда и параметров микроклимата. Например, при $t = 30 \, ^\text{o}\text{C}$ у человека не занятого физическим трудом влаговыделение составляет 2 гр./мин; при выполнении тяжёлой работы оно может увеличиться до 9,5 гр./мин и более.

При этом эффективность потоотделения зависит от температуры, влажности и подвижности воздушных масс. Так при повышении влажности воздуха до 80% и более эффективность потоотделения резко падает, что вызывает его усиленное выделение. Данное явление получило название «проливной пот», характеризующееся значительным изнурением организма из-за потери значительного количества солей и влаги, а также недостаточной теплоотдачи. С связи с этим, на предприятиях с высокой температурой на рабочих местах, для профилактики нарушения водно солевого баланса в цехах ставят баки с подсолёной, а лучше минеральной водой.

Терморегуляция человека происходит всеми способами одновременно. По характеру самочувствия человека для параметров микроклимата выделяют оптимальные и допустимые условия труда:

оптимальные условия характеризуются отсутствием неприятных ощущений и напряжённости системы регуляции.
для допустимых условий характерно наличие незначительного дискомфорта, не приводящего к каким-либо последствиям для здоровья.

Нормирование параметров микроклимата

Согласно нормативным документам, каждый компонент микроклимата нормируется независимо: температура, относительная влажность, подвижность воздуха.

Нормирование происходит в зависимости от:

периода года. Тёплый, холодный период определяется исходя из среднесуточной температуры в течение нескольких дней;
категории работ по энергозатратам. Выделяют три основных группы (I,II,II).

Инфракрасное излучение

Виды и воздействие на человека

Инфракрасным называется электромагнитное излучение с длинной волны $\lambda$ от 0,76 до 1000 мкм. Основное воздействие на человека - тепловое. Данное воздействие может проявляться в нарушении работы сердечно-сосудистой и нервной системы.

ИК-излучение можно разделить на два основных вида:

коротковолновое излучение характерно высоко нагретым телам, обладающее значительной проникающей способностью, в следствии чего проникает глубоко внутрь организма и вызывает нарушение работы внутренних органов.
длинноволновое излучение характерно слабо нагретым (до 500 $^\text{o}\text{C}$ ) телам, обладает незначительной проникающей способностью (несколько миллиметров), а потом задерживается поверхностью кожи, вызывает ожоги поверхности кожи.

Нормирование ИК-излучения

Предельно допустимые значения тепловых потоков на рабочем месте, согласно нормативным документам, определяются:

временем облучения;
площадью поверхности облучения.

Например, максимальный тепловой поток 140 $\text{Вт/м}^2$ допустим при площади облучения не более 25% поверхности тела человека.

Защита от теплового излучения

К основным методам защиты от воздействия теплового излучения можно отнести следующие:

Снижение интенсивности излучения источника.
Применение коллективных средств защиты, например, экранирование.
Использование СИЗ (средств индивидуальной защиты) таких, как очки, костюмы и т.д.
Создание воздушных душей и оазисов.
Изменение режима труда.

Вредные вещества

Оценка воздействия

В настоящее время в промышленности и сельском хозяйстве используется несколько десятков тысяч веществ, оказывающих вредное воздействие на человека.

При этом в РФ предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены примерно для 3500 различных веществ.

Предельно допустимой концентрацией называется такая концентрация вещества, которая при ежедневном восьми часовом воздействии на протяжении всего стажа не приводит к развитию профессиональных заболеваний или другим изменениям здоровья, фиксируемым современными методами, как у работника, так и у его потомства.

Вредным называется вещество, которое при контакте с организмом человека может вызывать травмы, заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе контакта с ними, так и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.

В промышленности вредные вещества могут попадать в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. Однако поступление через лёгкие является основным. Этот путь характеризуется повышенной опасностью т.к., вредные вещества поступают непосредственно в кровь и разносятся по всему организму.

В общей своей массе вредные вещества обладают общими поражающими свойствами, но для каждого органа и ткани существуют и специфичные токсины.

Оценка воздействия вредных веществ характеризуется следующими величинами:

Среднесменная предельно допустимая концентрация $(\text{ПДК}_\text{сс})$ - средняя концентрация, полученная при непрерывном или прерывистом отборе проб воздуха при суммарном времени, равном не менее 75% продолжительности рабочей смены.
$\text{ПДК}_\text{сс}$ необходима для расчета индивидуальной экспозиции, выявления связи изменений состояния здоровья работающих с их профессиональной деятельностью. При этом учитывается верхний предел колебаний концентраций (максимальные концентрации).
По определению:
$\text{ПДК}_\text{сс} = \sum_{i=1}^{n} C_i\tau_i^{*} \text{, где } \tau_i^{*} = \frac{\tau_i}{T_{\text{смены}}}.$

Здесь $n$ - число временных интервалов с различной концентрацией вредного вещества; $C_i, \text{ мг/м}^3$ - концентрация вредного вещества на $i$ -ом интервале времени; $T_\text{смены}, \text{ ч}$ - длительность смены.
Максимальная предельно допустимая концентрация $(\text{ПДК}_\text{м})$ - максимальная концентрация, возникающая при ведении технологического процесса, усредненная при отборе проб за промежуток времени, равный 15 минутам.
Максимальная предельно допустимая концентрация веществ опасных для развития острого отравления (с остронаправленным механизмом действия, раздражающие вещества) $(\text{ПДК}_\text{мо})$ - максимальная концентрация, которая должна быть измерена за возможно более короткий промежуток времени, как это позволяет метод определения данного вещества.
Вещества с остронаправленным механизмом действия - это вещества, опасные для развития острого отравления при кратковременном воздействии вследствие выраженных особенностей механизма действия: гемолитические, антиферментные, угнетающие дыхательный и сосудодвигательные центры и др.

В случае, когда на рабочем месте присутствуют вещества однонаправленного действия т.е., когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, для гигиенической оценки воздушной среды используют уравнение вида:

$\frac{C_1}{\text{ПДК}_1} + \frac{C_2}{\text{ПДК}_2} + \cdots + \frac{C_n}{\text{ПДК}_n} \leq 1,$

где $C_1$ , $C_2$ , … , $C_n$ - концентрации каждого вещества в воздухе, $\text{мг/м}^3$ ; $\text{ПДК}_1$ , $\text{ПДК}_2$ , …, $\text{ПДК}_n$ - предельно допустимые концентрации этих веществ, $\text{мг/м}^3$ .

Методы защиты

К основным способам защиты от воздействия вредных веществ можно отнести:

уменьшение объёмов выбросов вредных веществ в воздух рабочей зоны;
замена вредного вещества менее токсичным аналогом. Примером может служить замена масла в системах регулирования турбоагрегатов на специальную жидкость ОМТИ;
уменьшение времени пребывания персонала в помещениях или зонах с повышенной концентрацией вредных веществ, применение дистанционного управления технологическим процессом;
применение СИЗ таких, как ватно-марлевая повязка, респиратор, фильтрующий противогаз, изолириующий противогаз.
Основным элементом фильтрующего противогаза является коробка с веществом - адсорбентом. Продолжительность защитного действия противогаза ограничена. В зависимости от вредных веществ используются разные типы фильтрующих коробок, различающихся маркировкой. Для исключения ошибочного применения фильтрующих противогазов, фильтрующие коробки, защищающие от различных веществ, следует хранить в отдельных ящиках с указанием вида вредного вещества. Также следует регистрировать продолжительность применения каждой коробки, желательно с указанием концентрации вредного вещества;
использование вентиляции производственных помещений.

Вентиляция рабочей зоны

В соответствии с санитарными нормами все производственные помещения должны вентилироваться.

Вентиляция - обмен воздуха в помещении для поглощения избытков теплоты, выделяющихся паров, газов, пыли с целью поддержания параметров микроклимата на допустимом уровне при средней необеспеченности этих параметров микроклимата не более 400 часов в году.

Классификация систем вентиляции

I. По способу перемещения воздуха

Естественная вентиляция - перемещение воздуха происходит за счёт разности температур и плотностей воздуха внутри и снаружи помещения, а также ветрового давления.
- Назначение. Удаление избытка $CO_2$ и приток свежего воздуха.
- Достоинства. Экологичность и бесшумность.
- Недостатки. Непостоянный и малый воздухообмен.
- Область применения. Помещения в которых отсутствуют мощные источники вредных веществ.
Механическая вентиляция - перемещение воздуха происходит за счёт разности давления, создаваемой вентилятором или эжектором.
- Достоинства. Обеспечение стабильного воздухообмена любой кратности.
- Недостатки. Высокая стоимость строительства и эксплуатации.
- Область применения. Помещения с выраженным избытком вредных веществ, тепла и т.д.

II. По рабочему объёму

Местная вентиляция функционирует на определённом рабочем месте, на месте выделения вредных веществ и т.д.
- Приточная, обеспечивающая приток чистого воздуха.
- Вытяжная, обеспечивающая удаление загрязнённого воздуха из рабочей зоны.
Общеобменная вентиляция предусматривается для создания одинаковых условий и параметров воздушной среды во всём объёме помещения, когда вредные вещества распространяютс по всему объёму помещения и нет возможности или необходимости их уловить в месте образования.

III. По способу подачи и удаления воздуха в помещение

Приточная вентиляция. Применяется для поддержания параметров микроклимата в более чистых помещениях чем соседние.
Вытяжная вентиляция. Характерна для помещений с краткосрочным пребыванием людей. Помещения более грязные в сравнении с соседними.
Приточно-вытяжные.
С частичной рециркуляцией воздуха.
С полной рециркуляцией воздуха.

Основные характеристики

Расход вытяжной вентиляции

Расход вытяжной вентиляции $L$ , $\text{м}^3\text{/ч}$ определяется исходя из следующих критериев:

Выделение вредных веществ отсутствует

$L = N*L^1 \text{ м}^3\text{/ч,}$

где $L$ - общий расход вытяжной вентиляции $\text{м}^3\text{/ч}$ , $L^1$ - расход вытяжной вентиляции на одного работающего, $N$ - число работников в помещении.
Согласно санитарно-эпидемиологическим правилам СП 2.2.1.1312-03, устанавливаются следующие нормы:

$V/N, \text{ м}^3\text{/ч}$	мин. $L^1, \text{ м}^3\text{/ч}$
менее 20	30
от 20 до 40	20

В помещениях с $V/N > 40, \text{ м}^3\text{/ч}$ и при наличии естественной вентиляции (открывание створок переплета окон и дверей) воздухообмен не рассчитывается. В тех случаях, когда естественная вентиляция отсутствует, мин. $L^1 = 60 \text{ м}^3\text{/ч}$ .

Выделение вредных веществ.
Расход вентиляции $L (\text{ м}^3\text{/ч})$ рассчитывается из условия разбавления вредных веществ до допустимых концентраций. $C_{\text{вых}} = \text{ПДК}$ , где $C_{\text{вых}$ - концентрация вредных веществ в выходящем из помещении воздухе, $\text{ПДК}$ - предельно-допустимая концентрация вредного вещества в помещении.

$L = {\frac{G}{C_{\text{вых}} - C_{\text{вход}}},$

где $G$ - скорость поступления вредных веществ в помещение; $\text{мг/ч}$ , $C_{\text{вых}}\text{, }C_{\text{вход}}$ - концентрация вредных веществ во входящем и выходящем воздушных потоках, соответственно, $\text{мг/м}^3$ .

При одновременном поступлении в помещение вредных веществ однонаправленного действия расчет вентиляции берется, суммируя объемы воздуха, необходимые для разбавления каждого до ПДК.

Если вещества разнонаправленного действия, то минимальное значение $L$ определяется по тому вредному веществу, разбавление которого требует наибольшего воздухообмена.

Случай повышенного влаговыделения в помещении.

$L = {\frac{D}{d_{\text{вых}} - d_{\text{вход}} },$

где $L (\text{ м}^3\text{/ч})$ - требуемый воздухообмен, $D$ - скорость выделения водных паров в помещении, $\text{г/ч}$ ; ${d_{\text{вых}},\ d_{\text{вход}}$ - влагосодержание воздуха внутри помещения (выходящий воздух) и снаружи помещения, соответственно, $\text{г/м}^3$ .

Величина $d_{\text{вых}}$ не устанавливается нормами, а определяется на основании нормируемых температуры и влажности воздуха в помещении.

Случай избыточного тепловыделения в помещении.
Расход вентиляции $L (\text{ м}^3\text{/ч})$ рассчитывается из условия удаления излишек тепла уходящим воздухом.

$L = {\frac{Q_{\text{изб}}}{C\rho(t_{\text{вых}} - t_{\text{вход}})}},$

где $Q_{\text{изб}}$ - избыточное тепловыделение, $\text{Дж/ч}$ или ${\text{ккал/ч}}$ , $C$ - теплоёмкость сухого воздуха, $C = 0,24 \text{ ккал/кг}\ {}^\circ \text{C}$ или $C = 1004,6 \text{ Дж/кг К}$ ; $\rho$ - плотность приточного воздуха, $\text{кг/м}^3$ ; $t_{\text{вых}}\text{, }t_{\text{вход}}$ - соответствующие температуры воздуха, ${}^\circ \text{C}$ .

$t_{\text{вых}} = t_{\text{рз}} + \Delta t(H-2),$

где $t_{\text{рз}}$ - температура рабочей зоны, ${}^\circ \text{C}$ , которая не должна превышать допустимую по нормам температуру; $\Delta t$ — температурный градиент по высоте помещения $(\Delta t = 1 - 5\text{ }^\circ \text{С/м})$ ; $H$ — расстояние от пола до центра вытяжных проемов, $\text{м}$ ; $2$ — высота рабочей зоны, $\text{м}$ .

Кратность воздухообмена

Кратность воздухообмена $K$ - отношение объёма воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из него в течение часа $L$ $(\text{м}^3\text{/ч})$ к внутреннему объёму помещения $V$ $(\text{м}^3)$ .

$K = \frac{L}{V}\ \text{[1/ч]}.$

Таким образом, кратность воздухообмена характеризует число обменов воздуха в единицу времени для данного помещения при использовании характеризуемой системы вентиляции.