MIKROKLIMAT

Materiały wykładowe z ergonomii

(prof. dr hab. Tadeusz Juliszewski)

II rok, Wydział Technologii Żywności i Żywienia Człowieka

Opracowanie: Alicja Krzeczek, Katarzyna Magdalena Kwiecień

I. Oddziaływanie środowiska cieplnego na organizm człowieka

Ciepło przenoszone przez krew krąży w organizmie z cieplejszych obszarów do chłodniejszych, ale

może być wymienione ze środowiskiem tylko na powierzchni ciała. Jednym z zadań krwi jest
dostarczanie substancji pokarmowych do tkanek metabolicznie aktywnych. Poza tym, krążenie krwi
zapewnia przenoszenie ciepła z wnętrza ciała do skóry.

ILOŚĆ ENERGII METABOLICZNEJ M = C + R + E

C – konwekcja

R – radiacje
E – parowanie potu

Nasz organizm wytwarza tyle energii co 100-watowa żarówka
Powierzchni skóry człowieka wynosi 1,8 m

2

Wydatek energetyczny w pozycji siedzącej – 58W/m

2

= 1 met

Tabela C.1 — Klasyfikacja poziomu metabolizmu dla różnych czynności (ISO 8996)

Klasa

m W -

nr

2

Przykłady

Odpoczywanie

65

Odpoczywanie, siedzenie

Bardzo niski poziom

metabolizmu

80

Lekka praca manualna (pisanie, rysowanie);

Niski poziom

metabolizmu

100 Prace ręczne (prowadzenie pojazdów, zapalenie swiatla);

średni poziom

metabolizmu

165 Praca rąk I ramion (wbijanie gwoździ); praca z lekkim sprzetem)

Wysoki poziom

metabolizmu

230 Intensywna praca rąk , przenoszenie ciężkich materiałów, wycinka drzew,

kopanie dołów, chodzenie z prędkością 5-6 km/h, pchanie lub ciągniecie

ciężko naładowanych taczek

Bardzo wysoki poziom

metabolizmu

290 Bardzo intensywna I szybka praca, (rabanie drewna, wchodzenie po

schodach , po drabinie, bieganie, chodzenie z prędkością większa niż 6

km/h, chodzenie po śniegu)

Najwyzszy

poziom

metabolizmu

400

Równowaga cieplna w zimnie zależy zarówno od zdolności organizmu do produkcji ciepła, jak i jego

zatrzymywania. Produkcja ciepła zachodzi w tkankach metabolicznie aktywnych; największa jest w
mięśniach. Zachowanie ciepła jest możliwe dzięki ograniczeniu ilości ciepła przenoszonego z
wnętrza ciała do kończyn oraz wzrostowi izolacji tkanek powierzchniowych przez zwężenie głębszych
naczyń krwionośnych w kończynach, jak też naczyń powierzchniowych.

W środowisku gorącym równowaga cieplna zależy zarówno od zdolności do rozproszenia ciepła

wynikającego z przemian metabolicznych, jak też pobranego ze środowiska. Rozpraszanie ciepła
metabolicznego wymaga przepływu krwi z wnętrza ciała do skóry, która jest chłodniejsza niż wnętrze.
Rozproszenie ciepła oraz utrzymanie średniej temperatury skóry niższej niż temperatura wnętrza ciała
wymaga zarówno produkcji, jak i parowania odpowiedniej ilości potu.

II. Komfort cieplny

Komfort cieplny jest definiowany jako najkorzystniejsze warunki mikroklimatu pomieszczenia, w
których człowiek czuje się dobrze, a gospodarka cieplna jego ustroju przebiega najekonomiczniej.

Komfortem cieplnym określa się stan, w którym człowiek nie czuje ani chłodu, ani ciepła.
Odzież jest jednym z podstawowych elementów, który powinien zapewnić człowiekowi komfort
cieplny w różnych warunkach środowiska termicznego i przy różnym poziomie aktywności fizycznej.
W obszarze komfortu cieplnego bilans cieplny organizmu jest zrównoważony, a oddawanie ciepła
odbywa się przez promieniowanie i konwekcję oraz pocenie niewyczuwalne i przez układ oddechowy.

Wymiana ciepła może zachodzić przez:

konwekcję
promieniowanie
przewodnictwo

Ściśle teoretyczne określenie komfortu cieplnego jest bardziej złożone. Komfort cieplny ustala się

na podstawie wskaźników uwzględniających parametry fizjologiczne, w tym głównie średnią ważoną
temperaturę powierzchni skóry, temperaturę wnętrza ciała i pocenie. Zmienna aktywność fizyczna
człowieka, odzież, stan zdrowia i stopień aklimatyzacji powodują przesunięcie granic komfortu
cieplnego

Komfort cieplny zależy od:

1. Temperatury powietrza
2. Prędkości ruchu powietrza
3. Wilgotności
4. Temperatury promieniowania cieplnego
5. Izolacyjności termicznej odzieży
6. Wydatku energetycznego organizmu

1,2,3 – przeczuwamy instynktownie
Nieudowodniony wpływ czynników takich jak płeć, barwa skóry, wiek

Izolacyjność termiczna odzieży

clo (cloth) =0,16 (m

2

· K )/ W

Tabela C.2 — Podstawowe wartości izolacji z wybranej części garderoby (ISO 9920)

TERMOIZOLACYJNOŚĆ ODZIEŻY

M

2

·

K

·

W

-1

CLO

Strój bikini

0,01

Spodenki, koszulka z krótkim rękawem, dopasowane spodnie, skarpetki buty

0,08

0,5

Bielizna, koszula, spodnie, bluzka, skarpety, buty

0,13

0,8

Bielizna, podkoszulek, koszula, spodnie, marynarka, kamizelka, skarpety, buty

0,16

1,0

Podkoszulek, bielizna, zaizolowane spodnie, zaizolowana marynarka, skarpety, buty

0,19

1,3

Bielizna, podkoszulek, koszula, spodnie, marynarka, kapelusz, rękawiczki, skarpety,
buty

0,23

1,5

Bielizna, podkoszulek, koszula, spodnie, marynarka, skarpety, buty, kapelusz,

rękawiczki

0,29

1,9

Podkoszulek, bielizna, zaizolowane spodnie, zaizolowana marynarka, skarpety, buty,

kapelusz, rękawiczki

0,34

2,2

Arktyczne systemy odzieżowe

0,46 do 0,70 3 do 4,5

Śpiwory

0,46 do 1,4

3 do 9

III.

Jak oceniać środowisko? - metody ISO

Środowisko umiarkowane

PMV – przewidywalna średnia ocena
PPD – przewidywalny odsetek niezadowolonych

PMV = (t

o

, RH, r, t

s

, clo,met)

t

o

– temperatura

RH - wilgotność
r – prędkość powietrza
t

s-

temperature śrdenia

clo – izolacja cieplna
met-wydatek energetyczny

Środowisko gorące

Występuje w miejscach, gdzie się pasteryzuje produkty spożywcze, mleko, butelki
wskaźnik oceny WBGT (wet bulb globe temperature)

Wskaźnik służący do oceny obciążenia organizmu to WBGT (wet bulb globe temperaturę) - jest
on opisany w normie ISO 7243 i odpowiadającej jej polskiej normie PN-N-08011: 1985.
Stosowanie wymagań zawartych w powyższej normie chroni wnętrze ciała człowieka przed
osiągnięciem temperatury przewyższającej 38°C, natomiast nie gwarantuje, zachowania innych
kryteriów fizjologicznych, np. częstości tętna lub ilości wydzielonego potu.

WBGT = 0,7 tw + 0,3 tg

tw – temp. Mierzona termometrem wilgotnym np.: 30

o

C

tg - temp. Mierzona przy pomocy termometru Vermona np.: 40

o

C

WBGT = 0,7· 30

o

C + 0,3· 40

o

C= 33

o

C ( otrzymany wynik odnosimy do normy, jeżeli jest

wyższy to może wystąpić stres cieplny)

Powyżej strefy komfortu cieplnego (PMV> +2) w zakresie pola wysokich temperatur powietrza

i promieniowania, rozciąga się obszar warunków klimatycznych, dla których równanie bilansu
cieplnego, obliczone wyłącznie na podstawie wymiany konwekcyjnej i przez promieniowanie, ma
wartość dodatnią.

Środowisko zimne

w przechowalniach owoców, mięsa
wskaźniki oceny:

1.temperatura siły chłodzącej wiatru

2. IREQ( reąuired clothing insulation)– pozwala na podstawie pomiaru temp., prędkości

powietrza określić jaka ma być izolacyjność termiczna odzieży

Poniżej strefy komfortu cieplnego (PMV< - 2) w zakresie pola niskich temperatur zarówno
powietrza, jak i promieniowania, rozciąga się obszar warunków klimatycznych, dla których
równanie bilansu cieplnego, obliczone wyłącznie na podstawie wymiany konwekcyjnej i przez
promieniowanie, ma wartość ujemną. Warunki te będziemy określać dalej jako środowisko
zimne, warunki stresu cieplnego lub, biorąc pod uwagę obciążenie ustroju w tych warunkach,
dyskomfortem zimnym ogólnym.

IV.

Zaburzenia i skutki pracy w różnych warunkach termicznych

Człowiek ma większą zdolność zaaklimatyzowania do gorąca niż do zimna.
Zaaklimatyzowanie zwiększa tolerancję gorąca i zmniejsza ryzyko szkodliwych skutków dla
zdrowia. W porównaniu do pracowników niezaaklimatyzowanych u zaaklimatyzowanych
pracowników zatrudnionych w mikroklimacie gorącym podwyższenie wewnętrznej temperatury
ciała i częstości tętna jest istotnie mniejsze, a zwiększa się ilość wydzielonego potu z obniżoną
zawartością soli

Praca w mikroklimacie gorącym powoduje wzrost temperatury skóry, rozszerzenie
obwodowych naczyń krwionośnych i zwiększenie przepływu krwi. Przemieszczanie krwi do
naczyń obwodowych powoduje zmniejszenie przepływu krwi przez narządy ważne dla życia i
zaburzenia w krążeniu. Podwyższenie temperatury wewnętrznej ciała wpływa na wzrost
wydzielania potu i przyczynia się do odwodnienia organizmu. Z kolei, odwodnienie powoduje
zmniejszenie ilości wydzielanego potu. Wraz z potem organizm traci szereg substancji,
głównie chlorek sodu, co prowadzi do deficytu soli w organizmie.
Praca w mikroklimacie gorącym może spowodować:

Udar cieplny

Należy do najgroźniejszych dla zdrowia i życia skutków pracy w mikroklimacie

gorącym. Przy udarze cieplnym temperatura ciała wynosi 41,1°C albo jest wyższa.

Skóra jest gorąca, sucha, zaczerwieniona, a na twarzy sina.

Objawy: bóle i zawroty głowy, nudności, czasami wymioty, ogólne pobudzenie,

utrata orientacji, majaczenie, w końcu utrata przytomności i śpiączka

Wyczerpanie cieplne

Przyczyną jest znaczna utrata wody oraz soli w wyniku wydzielania potu.

Ilość wypijanej wody (zależnie od pragnienia) nie wyrównuje jej strat podczas

pocenia i następuje odwodnienie organizmu.

Objawy: zawroty głowy, nudności, nieskoordynowane ruchy, osłabienie i

zmęczenie oraz zmniejszenie objętości krążącej krwi.

Kurcze cieplne

Mogą wystąpić u pracowników, którzy intensywnie się pocą, piją duże ilości

wody i nie uzupełniają strat soli spowodowanych poceniem.

Kurcze cieplne są bolesne i obejmują mięśnie kończyn górnych, dolnych i brzucha

obciążone pracą fizyczną.

Omdlenie cieplne

Może wystąpić u pracowników wykonujących pracę w gorącu, w postawie

stojącej i z mal aktywnością ruchową.

Przemieszczanie krwi do rozszerzonych naczyń żylnych w skórze i dolnych części

ciała powoduje zmniejszony jej dopływ do serca, zmniejszoną objętość
wyrzutową i minutową serca, a w rezultacie niedokrwienie mózgu

Zmiany na skórze

Praca w mikroklimacie gorącym, przy wysokiej wilgotności powietrza, powoduje

wnikanie potu w skórę, ponieważ szybkość jego odparowywania jest mniejsza od
szybkości wydzielania.

Powoduje to takie zmiany na skórze, jak: połówki, zaczopowanie ujść gruczołów

potowych, powstawanie drobnych pęcherzyków na skórze, czasami zapalenie
gruczołów potowych.

Pracownicy zatrudnieni w mikroklimacie zimnym powinni stosować odpowiednią odzież ciepłą
ochronną, aby wewnętrzna temperatura ciała nie ulegała obniżeniu poniżej 36°C. Jeśli temperatura
wewnętrzna ciała obniży się do 35°C, następuje zmniejszenie zdolności do pracy, upośledzenie
sprawności psychofizycznej, nasilenie drżenia mięśniowego (dreszcze) i wówczas pracownik
powinien natychmiast przerwać pracę w zimnym środowisku. W temperaturze powietrza poniżej
4°C pracownicy powinni stosować odzież ciepłochronną.

W temperaturze powietrza poniżej -1°C pracownicy powinni używać rękawic chroniących ręce

przed odmrożeniem i zapewniających ich sprawność czynnościową; metalowe uchwyty narzędzi
i urządzenia sterownicze powinny być pokryte materiałem termoizolacyjnym. Maszyny i
urządzenia powinny być tak zaprojektowane, aby ich obsługa mogła odbywać się bez
zdejmowania rękawic. Siedziska metalowe powinny być pokryte materiałem termoizolacyjnym

Przyczyną powstania stresu termicznego zimnego jest nierównowaga bilansu cieplnego
wywołana przez obniżenie metabolizmu i zmiana szybkości przepływu powietrza, gdy jego
temperatura jest niższa od średniej temperatury skóry.

Niezależnie od przyczyny powodującej powstanie stresu termicznego zimnego odpowiedzią

termoregulacyjną ze strony ustroju człowieka jest skurcz naczyń krwionośnych skóry,
wywołujący zmniejszenie skórnego przepływu krwi i przewodnictwa cieplnego tkanek
powierzchniowych oraz zwiększenie wytwarzania ciepła.

Tabela D.2 — Wpływ chłodnego powietrza i niskiej temperatury na skórę

Kategoria ryzyka

°C

Efekt

1

-10 do -24

Nieprzyjemne uczucie zimna

2

-25 do -34

Bardzo zimno, ryzyko zamarznięcia skory

3

-35 do -59

Przenikliwe zimno, odsłonięta skóra

może zamarznąć w 10 min

4

-60 i zimniej

Niezwykle zimno, obnażona skóra może zamarznąć w ciągu

2 min

Źródło:



„Bezpieczeństwo pracy i ergonomia 1” pod red. Danuty Koreckiej, wyd. CIOP



Norma: PN-EN ISO 11079