Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej

Mikroklimat

Ocena obciążenia pracą

Ocena obciążenia pracą

fizyczną

fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Obciążenie organizmu podczas wykonywania pracy fizycznej zależy od

Obciążenie organizmu podczas wykonywania pracy fizycznej zależy od

zewnętrznych czynników klimatycznych oraz pozycji ciała, rodzaju,

zewnętrznych czynników klimatycznych oraz pozycji ciała, rodzaju,

intensywności i czasu trwania wysiłku fizycznego niezbędnego do realizacji

intensywności i czasu trwania wysiłku fizycznego niezbędnego do realizacji

czynności roboczych.

czynności roboczych.

Nadmierne obciążenie człowieka wysiłkiem fizycznym prowadzi do

Nadmierne obciążenie człowieka wysiłkiem fizycznym prowadzi do

zmęczenia, a ponadto przyczynia się do powstawania urazów i dolegliwości

zmęczenia, a ponadto przyczynia się do powstawania urazów i dolegliwości

układu mięśniowo-szkieletowego.

układu mięśniowo-szkieletowego.

Zachodzące w organizmie zmiany fizjologiczne związane z wysiłkiem fizycznym

Zachodzące w organizmie zmiany fizjologiczne związane z wysiłkiem fizycznym

obejmują:

obejmują:



zmiany produkcji energii metabolicznej,

 zmiany zużycia tlenu,

 zmiany wentylacji płuc,

 zmiany częstości skurczów serca,

 zmiany temperatury wewnętrznej ciała.

Ciężkość pracy

Ciężkość pracy

Wydatek

Wydatek

energetyczny

energetyczny

brutto [W]

brutto [W]

Zużycie tlenu

Zużycie tlenu

[l/min]

[l/min]

Wentylacja

Wentylacja

płuc [l/min]

płuc [l/min]

Częstość

Częstość

skurczów

skurczów

serca

serca

[sk/min]

[sk/min]

Temperatura

Temperatura

wewnętrzna

wewnętrzna

[°C]

[°C]

Bardzo lekka

174

0,5

10

75

37,0

Lekka

174-348

0,5-1,0

10-20

75-100

37,0-37,5

Średnio ciężka

348-523

1,0-1,5

20-30

100-125

37,5-38,0

Bardzo ciężka

647-870

2,0-2,5

50-65

150-175

38,5-39,0

Krańcowo ciężka

>870

>2,5

>65

>175

>39,0

Tabela 1. Zmiany fizjologiczne podczas pracy fizycznej (E.H.

Christiansen)

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Wielkość energii wyprodukowanej przez organizm podczas wykonywania pracy
fizycznej definiowana jest jako wydatek energetyczny i jest miarą ciężkości pracy.

Energia ta zamieniana jest na pracę mechaniczną oraz ciepło.

Wydatek

Wydatek

energetyczny może być określany:

energetyczny może być określany:

 w jednostkach pracy, czyli dżulach (J),

 w dżulach na jednostkę czasu - watach (W),

 w watach w przeliczeniu na jednostkę powierzchni ciała (W/m

2

).

Nadal są też używane jednostki kalorymetryczne, czyli kalorie (cal) i kilokalorie (kcal;
1 kcal = 4,1868 kJ), spotyka się też inną jednostkę metabolizmu met (1 met = 58
W/m

2

).

[W]

[kcal/min]

[kJ/min]

1 W

1,0

0.014335

0.06

1 kcal/min

69,759

1.0

4.1855

1 kJ/min

16.667

0.23992

1,0

Tabela 2. Przeliczniki jednostek

Energia zużywana przez organizm podczas wykonywania czynności zawodowych

Energia zużywana przez organizm podczas wykonywania czynności zawodowych

składa się z energii zużywanej na wykonanie czynności zawodowej, czyli tzw.

składa się z energii zużywanej na wykonanie czynności zawodowej, czyli tzw.

efektywny wydatek energetyczny

efektywny wydatek energetyczny

, oraz

, oraz energii podstawowej (spoczynkowej)

energii podstawowej (spoczynkowej)

potrzebnej na utrzymanie funkcji życiowych.

potrzebnej na utrzymanie funkcji życiowych. Suma tych dwóch energii stanowi

Suma tych dwóch energii stanowi

wydatek energetyczny brutto

wydatek energetyczny brutto

.

.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Dane

Mężczyzna

Kobieta

Wysokość ciała [m]

1,7

1,6

Masa ciała [kg]

70

60

Powierzchnia ciała [m']

1,8

1,6

Wiek [lata]

35

35

Podstawowa przemiana

materii [W/m

2

]

44

41

Tabela 3. Dane standardowej osoby (EN 28996:1999)

Poziom przemiany podstawowej - energii zużywanej przez organizm podczas wypoczynku,
fizycznego i psychicznego w warunkach komfortu termicznego w pozycji leżącej, zależny jest od
płci. wieku, wzrostu i masy ciała i u osób dorosłych wynosi od 6000 kJ do 8000 kJ na dobę.
Wartości tempa metabolizmu podawane w normach i tabelach najczęściej dotyczą osoby
standardowej - należy to brać pod uwagę przy obliczaniu wydatku energetycznego zwłaszcza dla
czynności związanych z przemieszczaniem. Dane dotyczące standardowej osoby podano w
tabeli 3.

Wielkość podstawowej przemiany materii BM oraz powierzchnię ciała S można również obliczyć na podstawie
masy ciała, wysokości i wieku badanej osoby. Podstawowa przemiana materii:
a) dla mężczyzn

BM = 1,79 + 0,37

 W

b

+ 13

H

b

- 0,18

 A [W/m

2

]

(1)

b) dla kobiet (standardowa kobieta 41 [W/m

2

])

BM = 19,83 + 0,29

 W

b

+ 6

H

b

- 0,14

 A [W/m

2

]

(2)

Powierzchnia ciała:

S = 0,202- W

b

-0,425

 H

b

0,725

[m

2

]

(3)

gdzie:

W

b

- masa ciała w kilogramach,

H

b

- wysokość ciała w metrach,

A - wiek w latach.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Klasa Ciężkość

pracy

Tempo
metaboliz
mu [W/m

2

]

Czynność

0

Wypoczynek

M< 65

Wypoczynek

1

Mały przyrost
metabolizmu
(praca lekka)

65 < M ≤

130

Swobodna pozycja siedząca:
- lekka praca ręczna (pisanie ręczne, pisanie
na
maszynie, rysowanie, szycie, księgowanie)
- praca dłoni i rąk (drobnymi narzędziami
stolarskimi
i Ślusarskimi, kontrola, łączenie elementów
lub
sortowanie lekkich materiałów)
- praca rąk i nóg (prowadzenie pojazdu w
warunkach
normalnych, operowanie pedałem)

Pozycja stojąca:
wiercenie lub toczenie małych sztuk,
frezowanie, uzwajanie, skręcanie drobnej
armatury za pomocą narzędzi, okresowe
chodzenie z prędkością 3.5 km/h.

2

Umiarkowany
przyrost
metabolizmu

(praca
Umiarkowana)

130 < ≤

200

Praca wykonywana dłońmi lub rękami z
napięciem mięśni (wbijanie,
napełnianie):
- praca rąk i nóg (manewrowanie ciężarówką
na
placu budowy lub ciągnikiem)
- praca rąk i korpusu (praca wykonywana za
pomocą
młota pneumatycznego, łączenie pojazdów,
tynkowanie, manipulowanie materiałami o
średnim
ciężarze, pielenie, radlenie, zbieranie owoców
i/lub
jarzyn; popychanie lub ciągnięcie lekkich
wózków
lub taczek, chodzenie z prędkością od 3.5 do
5.5
km/h, kucie mechaniczne).

3

Duży przyrost
metabolizmu
(praca ciężka)

200 < M ≤

260

Intensywna praca rąk i korpusu:
transportowanie ciężkich materiałów,
szuflowanie, praca za pomocą młota,
struganie lub piłowanie, szlifowanie,
rzeźbienie twardego drewna, koszenie
ręczne, kopanie, chodzenie z prędkością
od 5.5 do 7,0 km/h. Popychanie lub
ciągnięcie mocno obciążonego ręcznego
wózka lub taczek, wyjmowanie odlewów z
form, układanie bloków betonowych.

4

Bardzo duży
przyrost
metabolizmu
(praca bardzo
ciężka)

M > 260

Bardzo intensywna praca wykonywana w
tempie bliskim maksymalnemu, praca za
pomocą siekiery, szufli, wchodzenie po
schodach, pochylni lub drabinie, szybkie
chodzenie małymi krokami, bieganie,
chodzenie z prędkością powyżej 7 km/h.

Miarą ciężkości pracy jest wielkość wydatku energetycznego w ciągu
zmiany roboczej.
Norma PN-EN 27243:2005 klasyfikuje metabolizm do pięciu poziomów:

Tabela 4. Klasyfikacja ciężkości pracy

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Klasa
ciężkości

Mężczyźni

Kobiety

[kcal]

[kJ]

[kcal]

[kJ]

Bardzo lekka

do 300

do 1256

do 200

do 837

Lekka

300-800

1256-3350

200-700

837-2930

Średnio ciężka

800-1500

3350-6280

700-1000

2930-4187

Ciężka

1500-2000

6280-8374

1000-1200

4187-5024

Bardzo ciężka

ponad 2000

ponad 8374

ponad 1200

ponad 5024

Dopuszczalna

przy pracy

dynamicznej

2200

9210

1400

5862

Dopuszczalna

przy

przenoszeniu

ciężarów

2000

8374

1300

5443

Tabela 5. Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie efektywnego wydatku
energetycznego w ciągu zmiany roboczej [Poradnik metodyczny oceny
obciążenia fizycznego oraz stosowania przerw w pracy. Ministerstwo Pracy i
Polityki Socjalnej, Warszawa I994]

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Metody określania wydatku energetycznego

Metody określania wydatku energetycznego

W warunkach przemysłowych tempo metabolizmu można ocenić, stosując dwie
metody:

pomiar zużycia tlenu przez pracownika,

ocenę za pomocą tablic.

Określenie tempa metabolizmu według pochłaniania tlenu

Określenie tempa metabolizmu według pochłaniania tlenu

Metoda kalorymetrii pośredniej polega na określeniu objętości tlenu pobieranego
przez organizm w jednostce czasu i przeliczeniu go na wielkość wydatku
energetycznego, za pomocą równoważnika energetycznego tlenu (EE). Ilość energii
uzyskanej przy zużyciu 1 litra tlenu zależy od rodzaju utlenianej substancji i np. przy
spalaniu glukozy wynosi 21,1 kJ, a podczas spalania tłuszczów 19,6 kJ. Równoważnik
energetyczny zależy od typu metabolizmu i jest wyznaczony jako iloraz oddechowy
RQ.

EE =
(0,23



RQ+0,77)



5,

88

RQ = V

CO2

/V

O2

M = EEV

O2

1/S

gdzie:

gdzie:

EE -

EE -

równoważnik energetyczny w watogodzinach

równoważnik energetyczny w watogodzinach

na litr tlenu,

na litr tlenu,

RQ -

RQ -

iloraz oddechowy,

iloraz oddechowy,

V

V

O2

O2

- pochłanianie tlenu w litrach na godzinę,

- pochłanianie tlenu w litrach na godzinę,

V

V

CO2

CO2

-

-

objętość dwutlenku węgla w litrach na

objętość dwutlenku węgla w litrach na

godzinę,

godzinę,

M

M

- tempo metabolizmu w W/m

- tempo metabolizmu w W/m

2

2

,

,

S -

S -

powierzchnia ciała obliczona ze wzoru (3).

powierzchnia ciała obliczona ze wzoru (3).

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Do określeniu tempa metabolizmu często przyjmuje się średnią wartość RQ

RQ

=

=

0,85

0,85

, a tym samym równoważnik energetyczny EE =

EE =

5,68 Wh/l O

5,68 Wh/l O

2

2

i wtedy do

określenia tempa metabolizmu nie jest wymagany pomiar dwutlenku węgla, a
jedynie pomiar objętości wydychanego lub wdychanego powietrza.

Tego rodzaju metoda określania wydatku energetycznego nazywa się

Tego rodzaju metoda określania wydatku energetycznego nazywa się

metodą wentylacji płuc.

metodą wentylacji płuc.

Dostępne są przyrządy wykonujące bezpośredni pomiar wydatku

Dostępne są przyrządy wykonujące bezpośredni pomiar wydatku

energetycznego metodą wentylacji płuc (np. miernik MWE-1

energetycznego metodą wentylacji płuc (np. miernik MWE-1

opracowany w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy); błąd wskazań

opracowany w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy); błąd wskazań

przyrządu wynosi 10%.

przyrządu wynosi 10%.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oznaczanie wydatku energetycznego metodą

Oznaczanie wydatku energetycznego metodą

wentylacji płuc

wentylacji płuc

Metoda ma zastosowanie do pomiaru wydatku energetycznego dla pracy lekkiej, średnio ciężkiej i ciężkiej.

Metoda ma zastosowanie do pomiaru wydatku energetycznego dla pracy lekkiej, średnio ciężkiej i ciężkiej.

Metody nie należy stosować w przypadku wykonywania prac bardzo ciężkich, kiedy wielkość wentylacji płuc

Metody nie należy stosować w przypadku wykonywania prac bardzo ciężkich, kiedy wielkość wentylacji płuc

przekracza 60 l/min.

przekracza 60 l/min.

Pomiary należy prowadzić w typowych warunkach pracy - jeśli pracownik wykonu je nietypowe dla

Pomiary należy prowadzić w typowych warunkach pracy - jeśli pracownik wykonu je nietypowe dla

codziennej pracy czynności zawodowe, należy odstąpić od pomiarów.

codziennej pracy czynności zawodowe, należy odstąpić od pomiarów.

Należy określić szczegółowo chronometraż pracy pracownika, czas wykonywania poszczególnych czynności

Należy określić szczegółowo chronometraż pracy pracownika, czas wykonywania poszczególnych czynności

zawodowych (podczas ustalania chronometrażu pracy nie należy nadmiernie rozczłonkowywać procesu

zawodowych (podczas ustalania chronometrażu pracy nie należy nadmiernie rozczłonkowywać procesu

pracy na krótkotrwałe czynności).

pracy na krótkotrwałe czynności).

Dla każdej i-tej czynności zawodowej należy przeprowadzić minimum trzy kilku minutowe pomiary wentylacji

Dla każdej i-tej czynności zawodowej należy przeprowadzić minimum trzy kilku minutowe pomiary wentylacji

płuc (3-5 min), zanotować wyniki pomiarów, tempo metabolizmu brutto (z przemianą podstawową)

płuc (3-5 min), zanotować wyniki pomiarów, tempo metabolizmu brutto (z przemianą podstawową)

M

M

ij

ij

i czas

i czas

prowadzenia czynności zawodowej

prowadzenia czynności zawodowej

t

t

i

i

,

,

w minutach.

w minutach.

Średnie tempo metabolizmu

Średnie tempo metabolizmu

M,

M,

dla każdej czynności zawodowej:

dla każdej czynności zawodowej:

m

M

M

m

j

j

i

i









1

,

759

,

69

gdzie:
M

ij

- zmierzone tempo metabolizmu brutto dla i-tej czynności zawodowej

[kcal/min],

m - liczba pomiarów dla i-tej

czynności zawodowej.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Średnie tempo metabolizmu dla wszystkich czynności zawodowych (brutto) dane jest

Średnie tempo metabolizmu dla wszystkich czynności zawodowych (brutto) dane jest

wzorem:

wzorem:

[W]

(5)

Tempo metabolizmu odniesione do jednostki powierzchni ciała obliczamy ze wzoru:

Tempo metabolizmu odniesione do jednostki powierzchni ciała obliczamy ze wzoru:

(6)

[W/m

2

]

Tempo metabolizmu związane z pracą, (netto):

Tempo metabolizmu związane z pracą, (netto):

PM = CM - BM

[W/m

2

]

(7)

Wydatek energetyczny brutto

Wydatek energetyczny brutto

W

W

b

b

na zmianę roboczą, obliczamy ze wzoru:

na zmianę roboczą, obliczamy ze wzoru:

[J]

(8)











n

i

i

b

t

M

W

1

60

Jeśli oceniasz wydatek energetyczny na zmianę roboczą, to: powinno być równe czasowi trwania zmiany
roboczej.

Wydatek energetyczny netto

Wydatek energetyczny netto

W

W

n

n

związany z pracą obliczamy ze wzoru:

związany z pracą obliczamy ze wzoru:

[J]

(9)













n

i

i

n

i

i

i

t

t

M

M

1

1

S

M

CM

gdzie:

S

S - powierzchnia ciała równa 1,8 m

2

dla mężczyzny i 1.6 m

2

dla kobiety

gdzie:

BM

BM - podstawowa przemiana

materii zależna od masy ciała, wieku,
wzrostu i płci.







n

i

i

T

t

1













n

i

i

n

t

S

PM

W

1

60

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Tablice do określania tempa metabolizmu

Tablice do określania tempa metabolizmu

Ocena przyrostu metabolizmu energetycznego przeprowadzona za pomocą tablic jest

Ocena przyrostu metabolizmu energetycznego przeprowadzona za pomocą tablic jest

wystarczająca, a dokładność tego typu metod wynosi ok. 15%.

wystarczająca, a dokładność tego typu metod wynosi ok. 15%.

Oceny tempa metabolizmu za pomocą tablic można dokonać według:

Oceny tempa metabolizmu za pomocą tablic można dokonać według:



wykonywanego zawodu.

wykonywanego zawodu.



składowych pracy,

składowych pracy,



typowych czynności.

typowych czynności.

Określenie tempa metabolizmu według wykonywanego zawodu

Określenie tempa metabolizmu według wykonywanego zawodu

pokazuje tab. 6.

Podane w tabeli 6 wartości są średnimi wartościami dla całego czasu pracy, bez uwzględniania
dłuższych przerw na odpoczynek, na przykład przerwy obiadowej.

Z powodu różnic w technologii, rodzajach czynności, organizacji pracy, mogą powstać znaczne
różnice w określaniu tempa metabolizmu dla tego samego zawodu.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Zawód

Tempo metabolizmu [W/m

2

]

Rzemiosło
Murarz

110 do 160

Stolarz

110 do 175

Szklarz

90 do 125

Malarz

100 do 130

Piekarz

110 do 140

Rzeźnik

105 do 140

Zegarmistrz

55 do 70

Górnictwo
Operator wózka

70 do 85

Rębacz węgla (niskie warstwy)

140 do 240

Operator pieca koksowniczego

115 do 175

Metalurgia
Operator pieca hutniczego

170 do 220

Operator pieca elektrycznego

125 do 145

Formierz ręczny

140 do 240

Formierz maszynowy

105 do 165

Odlewnik

140 do 240

Przemysł obróbki żelaza i metali
Kowal

90 do 200

Spawacz

75 do 125

Tokarz

75 do 125

Operator wiertarki mechanicznej

80 do 140

Mechanik precyzyjny

70 do 110

Przemysł poligraficzny
Zecer ręczny

70 do 95

Introligator

75 do 100

Rolnictwo
Ogrodnik

115 do190

Traktorzysta

85 do 110

Ruch drogowy
Kierowca samochodu

70 do 90

Tabela 6. Tempo metabolizmu CM (brutto) dla różnych zawodów [EN
28996: 1999]

Zawód

Tempo metabolizmu |

W/m

z

|

Kierowca autobusu

75 do 125

Motorniczy tramwaju

80 do 115

Kierowca wózka
elektrycznego

80 do 125

Operator dźwignicy

65 do 145

Inne zawody
Laborant

85 do 100

Nauczyciel

85 do 100

Ekspedientka

100 do 120

Sekretarka

70 do 85

Podane w tabeli 6 wartości są średnimi
wartościami dla całego czasu pracy, bez
uwzględniania dłuższych przerw na odpoczynek,
na przykład przerwy obiadowej.

Z powodu różnic w technologii, rodzajach
czynności, organizacji pracy, mogą powstać
znaczne różnice w określaniu tempa metabolizmu
dla tego samego zawodu.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Tablice do określania tempa metabolizmu według składowych pracy

Tablice do określania tempa metabolizmu według składowych pracy

Tempo metabolizmu człowieka podczas pracy może być określone w wyniku sumowania
różnych jej składowych, wobec tego niezbędna jest analiza stanowiska pracy.
Tempo metabolizmu

jest określane analitycznie w wyniku sumowania następujących wartości

jest określane analitycznie w wyniku sumowania następujących wartości:

a) podstawowego tempa metabolizmu,
b) składowej związanej z pozycją ciała (tabela 7),
c) składowej dla rodzaju pracy (tabela 8),
d) składowej wynikającej z ruchu ciała związanego z intensywnością pracy (tabela 9 lub tabela
10).

Metoda określania tempa metabolizmu według składowych pracy bywa nazywana metodą
Lehmana.
Podstawowa przemiana materii (BM) zależy od masy, wzrostu, wieku i płci. Czynniki te mają
mały wpływ na BM, w związku z tym mogą być zastosowane wartości 44 W/m

2

dla mężczyzn i

41 W/m

2

dla kobiet.

Poniżej zamieszczono tablice do określania tempa metabolizmu według składowych pracy.
Wartości podane w tablicach nie obejmują podstawowej przemiany materii.

Postawa ciała

Tempo metabolizmu M

p

[W/m

2

]

siedząca

siedząca

10

10

klęcząca

klęcząca

20

20

kuczna

kuczna

20

20

stojąca

stojąca

25

25

stojąca pochylona

stojąca pochylona

30

30

Tabela 7. Tempo metabolizmu związane z pozycją ciała [EN
28996:1999]

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Tabela 8. Tempo metabolizmu dla różnych rodzajów pracy (EN
28996:1999)

Rodzaj pracy

Średnie tempo

metabolizmu M

m

[W/m

2

]

Zakres tempa

metabolizmu M

m

[W/m

2

]

Praca ręką:

lekka

15

< 20

średnia

30

20 do 35

ciężka

40

> 35

Praca jednym ramieniem:

lekka

35

< 45

średnia

55

45 do 65

ciężka

75

> 65

Praca dwoma ramionami:

lekka

65

<75

średnia

85

75 do 95

ciężka

105

>95

Praca tułowiem:

lekka

125

<155

średnia

190

155 do 230

ciężka

280

230 do 330

bardzo ciężka

390

> 330

Rodzaj pracy

Tempo metabolizmu

związane

z szybkością wykonywanej

pracy

[W/m

2

]/[ms

-1

]

Powiązanie Intensywności pracy z

odległością Marsz. 2 km/h do 5 km/h

110

Marsz pod górę 2 km/h do 5 km/h
Nachylenie - 5°

210

Nachylenie- 10°

360

Marsz w dół 5 km/h
Spadek-5°

60

Spadek -10°

50

Marsz z obciążeniem na plecach, 4
km/h
10 kg obciążenia

125

30 kg obciążenia

185

50 kg obciążenia

285

Tabela 9. Powiązanie tempa metabolizmu z
intensywnością pracy [EN 28996: 1999]

Tempo metabolizmu
związane

Rodzaj pracy

z szybkością wykonywanej
pracy , [W/m

2

]/[ms

-1

]

Intensywność pracy związana z
wysokością

Marsz schodami w górę

1725

Marsz schodami w dół

480

Wchodzenie po nachylonej drabinie

Bez obciążenia

1660

10 kg obciążenia

1870

50 kg obciążenia

3320

Wchodzenie po pionowej drabinie

Bez obciążenia

2030

10 kg obciążenia

2335

50 kg obciążenia

4750

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Rodzaj pracy

Tempo

metabolizmu M

p

[W/m

2

]

chodzenie po twardej poziomej drodze z prędkością 2

km/godz.

chodzenie po twardej poziomej drodze z prędkością 3

km/godz. chodzenie po twardej poziomej drodze z

prędkością 4 km/godz. chodzenie po twardej poziomej

drodze z prędkością 5 km/godz. chodzenie pod górę z

prędkością 2 km/godz. pod kątem 5° chodzenie pod górę z

prędkością 2 km/godz. pod kątem 10°

chodzenie pod górę z prędkością 3 km/godz. pod kątem 5°

chodzenie pod górę z prędkością 3 km/godz. pod kątem 10°

chodzenie pod górę z prędkością 4 km/godz. pod kątem 5°

chodzenie pod górę z prędkością 4 km/godz. pod kątem 10"

chodzenie pod górę z prędkością 5 km/godz. pod kątem 5°

chodzenie pod górę z prędkością 5 km/godz. pod kątem 10°

marsz w dół z prędkością 5 km/godz. przy spadku 5°

marsz w dół z prędkością 5 km/godz. przy spadku 10°

wchodzenie po schodach (60 schodów/min)

wchodzenie po schodach (80 schodów/min)

schodzenie po schodach (80 schodów/min)

noszenie ciężaru 10 kg po poziomej drodze z prędkością 4

km/godz. noszenie ciężaru 30 kg po poziomej drodze z

prędkością 4 km/godz. noszenie ciężaru 50 kg po poziomej

drodze z prędkością 4 km/godz.

61

92

122

153

117

200

175

300

233

400

292

500

83

69

297

396

110

139

206

316

Podane w tabeli 9 wartości są tempem metabolizmu związanym z intensywnością pracy (zob.
jednostki podane w kolumnie 2), w tabeli 10 podano przeliczone na podstawie tabeli 9 wartości
tempa metabolizmu.

Tabela 10. Powiązanie tempa metabolizmu z intensywnością
pracy

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Nr Czynność

Tempo metabolizmu

[W/m

2

]

1

Podstawowe czynności

1.1

Marsz po płaszczyźnie, równej drodze
2 km/h

110

3 km/h

140

4 km/h

165

5 km/h

200

1.2

Marsz pod górę, 3 km/h
nachylenie 50

195

nachylenie 100

275

nachylenie 150

390

1.3

Marsz w dół, 5 km/h
nachylenie 50

130

nachylenie 100

115

nachylenie 150

120

1.4

Wchodzenie po schodach (0.172 m/stopień)

80 schodów na minutę

440

1.5

Schodzenie po schodach (0.172 m/stopień)
80 schodów na minutę

155

1.6

Przenoszenie ładunku po płaszczyźnie. 4
km/h
masa 10 kg

185

masa 30 kg

250

masa 50 kg

360

2

Zawody

2.1

Budownictwo

2.1.1 Murowanie (budowanie ściany na jednej

powierzchni)
cegła pełna (masa 3,8 kg)

150

cegła dziurawka (masa 4,2 kg)

140

pustak (masa 15,3 kg)

125

pustak (masa 23,4 kg)

135

2.1.2 Przygotowywanie gładkiego betonu,

częściowe urabianie i odejmowanie
formy (krycie betonu stężonego)

180

układanie zbrojenia

130

nalewanie betonu (krycie betonu stężonego)

180

Nr

Czynność

Tempo

metabolizmu

[W/m

2

]

2.1.
3

Budowa domu

przygotowywanie zaprawy cementowej

155

zalewanie betonem fundamentów

275

wibracyjne zagęszczanie betonu

220

przygotowywanie formy do
odlewów/wykonywanie szalunków

180

załadunek taczki kamieniami/zaprawa

275

2.2 Metalurgia
2.2.
1

Wielki piec

przygotowanie wlewnic do spustu

340

spust płynnej surówki

430

2.2.
2

Formowanie (ręczne formowanie)

formowanie Średniej wielkości elementów

285

ubijanie młotkiem pneumatycznym

175

formowanie małych elementów

140

2.2.
3

Formowanie maszynowe

napełnianie formy/masa formierska

125

odlewanie, ręczna obsługa kadzi przez 1 osobę

220

odlewanie, ręczna obsługa kadzi przez 2 osoby

210

odlewanie z kadzi zawieszonej na dźwignicy

190

2.2.
4

Wykańczanie odlewów

praca z młotem pneumatycznym

175

kruszenie, obcinanie

175

2.3 Leśnictwo
2.3.
1

Przenoszenie i praca z siekierą

marsz i przenoszenie (masa 7 kg) w losie 4 km/h

285

przenoszenie pilarki z napędem elektrycznym

(18 kg) w rękach, 4 km/h

385

praca siekierą (masa 2 kg, 33 uderzenia/min)

500

obcinanie rozłogów korzeni siekierą

375

obcinanie gałęzi

415

2.3.
2

Piłowanie/cięcie piłą, cięcie w poprzek
włókien piłą przez dwie osoby
60 podwójnych ciągnień /min, 20 cm na
podwójne ciągnienie

415

40 podwójnych ciągnień/min, 20 cm na
podwójne ciągnienie

240

cięcie pilarką tarczową
obsługiwaną przez 1 osobę

235

obsługiwaną przez 2 osoby

205

cięcie w poprzek włókien
obsługa jednoosobowa

205

obsługa dwuosobowa

190

Nr

Czynność

Tempo metabolizmu

[W/m

2

]

usuwanie kory

średnia wartość, lato

225

średnia wartość, zima

390

2.4

Rolnictwo
kopanie łopatą (24 sztychów/min)

380

orka zaprzęgiem konnym

235

orka traktorem

170

siew
siew ręczny

280

siew siewnikiem konnym

250

siew siewnikiem ciągnikowym

95

gracowanie (masa gracy 1.25 kg)

170

2.5

Sporty

2.5.
1

Bieg

9 km/h

435

12 km/h

485

15 km/h

550

2.5.
2

Jazda na nartach po płaszczyźnie,
dobry śnieg
7 km/h

350

9 km/h

405

12 km/h

510

2.5.3 Jazda na łyżwach

12 km/h

225

15 km/h

2B5

18 km/h

360

2.6

Prace domowe
sprzątanie mieszkania

100 do 200

gotowanie

80 do 135

zmywanie naczyń, na stojąco

145

pranie ręczno i prasowanie

120 do 220

golenie, mycie i ubieranie

100

Tablice

Tablice

do

do

określania tempa metabolizmu dla typowych czynności

określania tempa metabolizmu dla typowych czynności

Tabela 11. Tempo metabolizmu dla typowych czynności [EN
28996:1999]

W tabeli podano wartości tempa
metabolizmu (z przemianą
podstawową) dla typowych
czynności.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 1

Przykład 1

Określenie średniego tempa metabolizmu dla cyklu roboczego

Korzystamy z tablic do określania tempa metabolizmu dla typowych czynności i tablic do
określenia tempa metabolizmu związanego z pozycją ciała.

Rodzaj czynności

Rodzaj czynności

Czas

Czas

trwania

trwania

T

T

i

i

[s]

[s]

Tempo

Tempo

metabolizm

metabolizm

u

u

M

M

i

i

[W/m

[W/m

2

2

]

]

Zużycie

Zużycie

energii

energii

[J/m

[J/m

2

2

]

]

Marsz wewnątrz fabryki około 4 km/h

35

165

5775

Przenoszenie worka (30 kg)

50

250

12500

Stanie

25

25 + 44 = 69

1725

Formowanie odlewów

135

285

38475

Ubijanie form młotem pneumatycznym

55

175

9625

Ogółem

300

-

68100

Średnie tempo metabolizmu

227











n

i

i

n

i

i

i

T

T

M

1

1

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Ocena wydatku energetycznego metodą tablicową

Ocena wydatku energetycznego metodą tablicową

Warunkiem prawidłowego obliczenia wydatku energetycznego jest ustalenie chronometrażu dnia
pracy.

Przy stosowaniu metody Lehmana łatwo jest zawyżyć oszacowanie wartości wydatku

Przy stosowaniu metody Lehmana łatwo jest zawyżyć oszacowanie wartości wydatku

energetycznego.

energetycznego.

Błąd ten jest najczęściej popełniany wówczas, gdy większość czynności zaliczy się do pracy
mięśni kończyn i tułowia, czyli potraktuje je jako pracę całego ciała.

Jednakże o zaangażowaniu całego ciała możemy mówić na przykład tylko podczas pchania
wózków lub taczek, a w pozycji stojącej - podczas kopania, szuflowania, podnoszenia
przedmiotów z poziomu podłogi do poziomu stołu (przy podnoszeniu przedmiotów z poziomu
stołu na wyższy poziom mamy do czynienia z pracą ramion w pozycji stojącej lub siedzącej).

Prawie zawsze czynność, stanowiąca w potocznym rozumieniu jedną całość, składa się z kilku
elementów o różnej ciężkości.

Należy te elementy wyodrębnić i osobno mierzyć czas ich trwania.

Na przykład podczas transportu przedmiotów przenosi się je lub przewozi najczęściej tylko w
jedną stronę.
„z powrotem" jest to na ogół już tylko chodzenie lub pchanie wózka.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 2

Przykład 2

A.Grabienie liści na trawie (wolny marsz, lekka praca dwoma ramionami). Postawa ciała:
chodzenie po poziomej drodze z prędkością 2 km/godz. Praca grup mięśni: lekka praca dwoma
ramionami.

B.Ręczne struganie desek (stanie w pochyleniu, lekka praca tułowiem). Postawa ciała: stojąca
pochylona. Praca grup mięsni: lekka praca tułowia.

C.Układanie linii kolejowych z zastosowaniem kilofa (stanie w pochyleniu, ciężka praca tułowiem).

Postawa ciała: stojąca pochylona.
Praca grup mięśni: ciężka praca tułowia.

D.

Popychanie wozu (marsz, ciężka praca tułowiem).
Postawa ciała: chodzenie pod górę z prędkością 2 km/godz. pod kątem 5 stopni.
Praca grup mięśni: ciężka praca tułowia.

Stosowanie metod tablicowych do określania wydatku energetycznego podczas pracy wykonywanej w warunkach termicznych
znacznie odbiegających od umiarkowanych stwarza możliwość zaniżenia oceny ciężkości pracy. W warunkach eksperymentalnych
określono, że wydatek energetyczny podczas pracy w temperaturze otoczenia 37,8°C jest o około 12% wyższy w porównaniu z
wartością określoną podczas takiej samej pracy, ale w temperaturze otoczenia 21.1°C.
W sytuacji wykonywania pracy w zimnych pomieszczeniach lub na mrozie wydatek energetyczny jest również wyższy niż w
warunkach umiarkowanych, ale jest to wynikiem noszenia ciepłej, ciężkiej odzieży. W takiej sytuacji należy zwiększyć oszacowanie
wartości wydatku energetycznego o 10%.

W metodzie Lehmana określamy wydatek energetyczny dla poszczególnych czynności
zawodowych na podstawie sumy energii potrzebnej na utrzymanie postawy ciała i jego ruchu oraz
energii wydatkowanej przy aktywności poszczególnych grup mięśni.

Aby ocenić wydatek energetyczny określamy dla poszczególnych czynności

Aby ocenić wydatek energetyczny określamy dla poszczególnych czynności

zawodowych:

zawodowych:

pozycję ciała według kategorii podanych w tabeli 7 lub 9, 10,

aktywność poszczególnych grup mięśni według kategorii podanych w tabeli 8,

czas trwania czynności zawodowej.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 2 cd.

Przykład 2 cd.

Tempo metabolizmu związane z pracą

Tempo metabolizmu związane z pracą

M

M

(bez przemiany podstawowej)

(bez przemiany podstawowej)

obliczamy ze wzoru:

obliczamy ze wzoru:

[W/m

2

]

(10)





i

i

m

i

p

n

i

i

t

M

M

t

M









1

1

gdzie:

M

M

p

p

[W/m

[W/m

2

2

] - tempo metabolizmu potrzebne na utrzymanie postawy ciała (z tabeli 7 lub

] - tempo metabolizmu potrzebne na utrzymanie postawy ciała (z tabeli 7 lub

9,10),

9,10),

M

M

m

m

[W/m

[W/m

2

2

]

]

-

-

tempo metabolizmu dla różnych rodzajów pracy, zaangażowanych grup mięśni

tempo metabolizmu dla różnych rodzajów pracy, zaangażowanych grup mięśni

(z tabeli 8)

(z tabeli 8)

t

t

i

i

[min] - czas wykonywania poszczególnych czynności zawodowych,

[min] - czas wykonywania poszczególnych czynności zawodowych,

n -

n -

liczba czynności zawodowych wykonywanych podczas rozpatrywanego okresu.

liczba czynności zawodowych wykonywanych podczas rozpatrywanego okresu.

Całkowite tempo metabolizmu

Całkowite tempo metabolizmu

CM

CM

(z przemianą podstawową) obliczamy

(z przemianą podstawową) obliczamy

ze wzoru:

ze wzoru:

CM = M + BM

[W/m

2

]

(11)

Całkowity wydatek energetyczny

Całkowity wydatek energetyczny

EW

EW

obliczamy ze wzoru:

obliczamy ze wzoru:

EW = CM

 S

[W]

(12)

gdzie:
S - powierzchnia ciała równa 1,8 m

2

dla standardowego mężczyzny i 1,6 m

2

dla standardowej

kobiety (ewentualnie wzór (3))

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 2 cd.

Przykład 2 cd.

Wydatek energetyczny brutto

Wydatek energetyczny brutto

W

W

b

b

na zmianę roboczą obliczamy ze wzoru:

na zmianę roboczą obliczamy ze wzoru:

[J]

(14)

Jeśli oceniasz wydatek energetyczny na zmianę roboczą, to:

powinno być równe czasowi trwania zmiany roboczej.

Jeśli tak nie jest (np. z powodu dłuższych przerw w pracy) do powyższego wzoru
należy dodać wydatek energetyczny związany z przemianą podstawową w czasie
przerw BMST

p

,

gdzie T

p

jest czasem przerw w pracy.

Wydatek energetyczny netto

Wydatek energetyczny netto

W,

W,

związany z pracą obliczamy ze wzoru:

związany z pracą obliczamy ze wzoru:

[J]

(15)











n

i

i

b

t

M

W

1

60







n

i

i

T

t

1













n

i

i

n

t

S

PM

W

1

60

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 3

Przykład 3

Obliczamy wydatek energetyczny pracownika zatrudnionego na stanowisku pracy

Obliczamy wydatek energetyczny pracownika zatrudnionego na stanowisku pracy

stolarz-monter.

stolarz-monter.

Chronometraż pracy i wyniki oceny wydatku energetycznego

Lp.

Czynności

Czas

T

i

|min]

Postawa

ciała

Praca grup mięśni M

m

M

[W/m

2

]

ręka

jedno

ramię

dwa

ramion

a

tułów

1

Przygotowanie

stanowiska pracy:
przynoszenie i
układanie
narzędzi

20

chodzenie po

twardej

poziomej

drodze (61)*

nie

lekka

(35)**

nie

nie

96

2

Przenoszenie
profili PCV z placu
do hali (praca w
dwie osoby)

30

chodzenie po

twardej

poziomej

drodze (61)*

nie

nie

lekka

(65)**

nie

126

3

Cięcie profili PCV
na pile

60

stojąca (25)"

nie

nie

lekka

(65)**

nie

90

4

Montaż uszczelek

i okien

300

stojąca (25)*

nie

lekka

(35)**

nie

nie

60

5

Przenoszenie
okien do
magazynu

30

chodzenie po

twardej

poziomej

drodze (61)*

nie

nie

lekka

(65)**

nie

126

6

Sprzątanie
stanowiska

10

chodzenie

po twardej

poziomej

drodze (61)*

nie

lekka

(35)**

nie

nie

96

Łącznie T

450

Tempo metabolizmu związane z pracą M

75.2

* wartości z tabeli 7 i 10

**

wartości z tabeli 8

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 3 cd.

Przykład 3 cd.





2

,

75

450

33840

1

1



















n

i

i

n

i

i

mi

i

p

T

T

M

M

M

Tempo metabolizmu związane z pracą

Tempo metabolizmu związane z pracą

M

M

:

:

[W/m

[W/m

2

2

]

]

Tempo metabolizmu związane z pracą:

Tempo metabolizmu związane z pracą:

EW = M

 S= 75,21,8 =135,36 [W]

Wydatek energetyczny związany z pracą (netto):

Wydatek energetyczny związany z pracą (netto):

W

n

= EW

T 60 = 135,36 450 60 = 3654720 [J] = 3654,7 [kJ]

Wydatek energetyczny na zmianę roboczą (brutto, z przemianą

Wydatek energetyczny na zmianę roboczą (brutto, z przemianą

podstawową):

podstawową):

W

b

= W

n

+ BM

 S 480 60 = 3654720+441,848060 =

3654720+2280960=

= 5935680[J] = 5935,7 [kJ]

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Przykład 3 cd.

Przykład 3 cd.

Lp.

Stanowisko

Czynności

zawodowe

Tempo

metabolizmu

związane

z pracą M

[W/m

2

]

Całkowite

tempo

metabolizmu

M + 44

[W/m

2

]

Wydatek

energetyczny

związany

z pracą

(netto) |kJ]

Wydatek

energetyczny

na zmianę

roboczą

(brutto) [kJ]

1

Stolarz- monter

Montaż okien PCV

75,2

119,2

3654.7

5935,7

Stopień obciążenia pracą Fizyczną zgodnie z normą PN-EN

Stopień obciążenia pracą Fizyczną zgodnie z normą PN-EN

27243, dla tempa metabolizmu 119,2 [W/m

27243, dla tempa metabolizmu 119,2 [W/m

2

2

]:

]:

-

mały przyrost metabolizmu (praca lekka),

mały przyrost metabolizmu (praca lekka),

-

stopień obciążenia - mały.

stopień obciążenia - mały.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

4. Procedura pomiarów wydatku energetycznego
4. 1. Pomiar wydatku energetycznego metodą tabelaryczną

1.

Wstęp

Zasady określania wydatku energetycznego podaje norma:
a) PN-EN 28996:1999 Ergonomia. Oznaczanie metabolicznej produkcji ciepła.

Wartości dopuszczalne (ciężkość pracy) określają akty prawne:
1. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 28 maja 1996 r. w sprawie profilaktycznych posiłków i napojów (Dz.U. Nr 60. poz. 279)
2.Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 24sierpnia 2004 r. w sprawie wykazu prac wzbronionych młodocianym i warunków ich zatrudniania przy
niektórych z tych prac (Dz.U. Nr 200. poz. 2047 z późn. zm.).
3.Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 10 września 1996 r. w sprawie wykazu prac szczególnie uciążliwych lub szkodliwych dla zdrowia kobiet
(Dz.U. Nr 114. poz. 545 z późn. zm.).
2.

Przedmiot procedury

Procedura określa metodę oceny tempa metabolizmu i wydatku energetycznego na podstawie składowych pracy
3. Zakres procedury

Procedurę należy stosować do oszacowania wydatku energetycznego i tempa metabolizmu.

4.

Zasady metody

Tempo metabolizmu człowieka podczas prac może być określone w wyniku sumowania różnych jej składowych, wobec tego niezbędna jest analiza
stanowiska pracy.
Tempo metabolizmu jest określane analitycznie w wyniku sumowania następujących wartości:

•podstawowego tempa metabolizmu,

•składowej związanej z pozycją ciała i intensywnością pracy,

•składowej dla rodzaju pracy.
Podstawowa przemiana materii jest to tempo metabolizmu osoby pozostającej w spoczynku w pozycji leżącej w ustalonych warunkach. Podstawowa
przemiana materii zależy od masy, wzrostu, wieku i płci. Ponieważ czynniki te mają mały wpływ na podstawową przemianę materii, można przyjąć
44 W/m

2

dla mężczyzn i 41 W/m

2

dla kobiet.

W celu określenia tempa metabolizmu niezbędna jest analiza przebiegu czasu pracy (chronometraż pracy). Należy zaklasyfikować każdą czynność i
określić czas jej wykonywania.
5.

Wymagania dotyczące stosowalności metody

Metoda ma zastosowanie w umiarkowanym środowisku termicznym. W środowisku gorącym można spodziewać się wzrostu wartości od 5 W/m

2

do

100 W/m

2

spowodowanego wzrostem częstości skurczów serca i poceniem. W zimnym środowisku termicznym można spodziewać się

maksymalnego wzrostu do 200 W/m

2

spowodowanego pojawieniem się dreszczy.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

KONIEC

KONIEC

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

MATERIAŁY

MATERIAŁY

POMOCNICZE

POMOCNICZE

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Fizjologiczne procesy dostosowania organizmu

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Organizm, podporządkowany prawu zachowania stałej ciepłoty,

nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom pracy i

środowiska. Wzrost tętna, który musi zrównoważyć zmniejszenie

ciśnienia żylnego, związane ze zwiększonym przemieszczaniem

krwi od wnętrza ku powierzchni ciała w wyniku rozszerzenia

naczyń krwionośnych skóry, nie może przekroczyć 140

uderzeń/minutę.
Ilość wydzielonego potu nie może wzrastać nieograniczenie -

przyjmuje się, że maksymalna ilość potu w ciągu 8 godzin pracy

nie przekracza 4 litrów.
Wreszcie, temperatura wnętrza ciała może wzrosnąć zaledwie

o 1 °C, tzn. może osiągnąć 38 °C

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Warunek zachowania homeotermii narzuca konieczność

ograniczenia czasu przebywania człowieka w gorącym

środowisku pracy.
Wzrost tętna, maksymalny wydatek potowy oraz wzrost

temperatury wnętrza ciała są czułymi wskaźnikami obciążenia

cieplnego organizmu i wyznaczają granice tolerancji

niekorzystnego wpływu środowiska i pracy na organizm

człowieka.
Współzależność między człowiekiem a środowiskiem w zakresie

wymiany ciepła ujęta jest ilościowo w równaniu bilansu

cieplnego człowieka

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

W

d

o

ty

c

h

c

z

a

s

o

w

y

c

h

ro

z

w

aż

a

n

ia

c

h

o

s

ta

b

iln

o

ś

c

i te

rm

ic

z

n

e

j c

z

ło

w

ie

k

a

p

o

m

in

ię

to

w

p

ły

w

o

d

z

ie

ż

y

.

U

b

ra

n

ie

s

ta

n

o

w

i je

d

n

a

k

b

a

rie

rę

p

o

m

ię

d

zy p

o

w

ie

rzc

h

n

ią

s

k

ó

ry a

o

to

c

ze

n

ie

m

, k

tó

ra

o

d

d

ziału

je

za

r

ó

w

n

o

n

a

w

ym

ia

n

ę

c

ie

p

ła

p

rze

z k

o

n

w

e

k

c

ję

i p

ro

m

ie

n

io

w

a

n

ie

, ja

k

i n

a

w

ym

ia

nę

c

ie

p

ła

p

rze

z o

d

p

a

ro

w

yw

a

n

ie

. T

rze

b

a

w

y

ra

źn

ie

w

s

k

a

za

ć

, że

w

p

ływ

u

b

ra

n

ia

n

a

w

ym

ia

nę

c

ie

p

ła

je

s

t b

a

rd

zo

zło

żo

n

y

. N

a

le

ży

w

p

ro

w

a

d

zić

w

ie

le

u

p

ro

s

zc

zeń

u

ś

r

e

d

n

ia

ją

c

y

c

h

o

ra

z p

e

w

n

e

p

rzy

b

liże

n

ia

. P

ra

k

ty

c

zn

ie

d

o

b

ila

n

s

u

c

ie

p

ln

e

g

o

c

zło

w

ie

k

a

w

n

o

s

i s

ię

c

zyn

n

ik

i k

o

re

k

c

yjn

e

:





cl

r

c

cl

I

h

h

f









1

1

(2

)

d

la

w

y

m

ia

n

y

c

ie

pła

p

rze

z k

o

n

w

e

k

c

ję

i p

ro

m

ie

n

io

w

a

n

ie

o

ra

z

cl

c

pcl

I

h

f









923

,

0

1

1

(3

)

ja

k

o

c

zy

n

n

ik

re

d

u

k

u

ją

c

y

w

ym

ia

n

ę

c

ie

p

ła

p

rze

z o

d

p

a

r

o

w

y

w

a

n

ie

,

g

d

zie

:

cl

I

- izo

la

c

ja

c

ie

p

ln

a

u

b

ra

n

ia

,

c

h

i

r

h

- w

s

p

ółc

zy

n

n

ik

w

y

m

ia

n

y

c

ie

p

ła

p

r

ze

z k

o

n

w

e

k

c

ję

i p

ro

m

ie

n

io

w

a

n

ie

.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Obliczenie bilansu cieplnego (1) z uwzględnieniem korekcji (2)

umożliwia wyliczenie obciążenia termicznego. Obliczenie to,

przeprowadzone przy założeniu braku potu, a więc przy założeniu

minimalnej wilgotności skóry, daje:

S = H + C + R + E

o

(4)

Gdy bilans cieplny jest dodatni, mamy do czynienia ze środowiskiem

gorącym, wymagającym uruchomienia mechanizmów walki z gorącem.
Gdy bilans cieplny jest ujemny, mamy do czynienia ze środowiskiem

chłodnym, wymagającym uruchomienia mechanizmów walki z

zimnem.
Natomiast bilans cieplny jest równy zeru w środowisku neutralnym.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

W środowisku neutralnym ilość ciepła, które jest wytwarzane

przez przemianę w spoczynku lub podczas wykonywania

określonej czynności, zostaje rozproszona w taki sposób, że

temperatura wnętrza ciała, bez udziału niezależnego

mechanizmu termoregulacji, utrzymuje się na stałym

poziomie.
Z tego względu w środowisku tym wszyscy ludzie, bez

względu na płeć, wiek i aklimatyzację, czują się jednakowo

dobrze.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Zupełnie odmiennie jest w środowisku gorącym.
Ilość ciepła wytwarzanego ulega wprawdzie rozproszeniu w stopniu

umożliwiającym utrzymanie temperatury wnętrza ciała na stałym

poziomie, lecz muszą zostać włączone mechanizmy autonomicznej

termoregulacji.

W krańcowym przypadku ilość zgromadzonego ciepła nie może

zostać rozproszona i temperatura wnętrza ciała zaczyna się stopniowo

podnosić.

Sprawność mechanizmów utrzymujących stałą ciepłotę ciała zależy

od ogólnej kondycji człowieka, przede wszystkim zaś od jego

wydolności krążeniowej, ilości gruczołów potowych, aklimatyzacji, a

więc czynników zależnych od wieku, płci, wagi ciała oraz

wytrenowania.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Współzależność między funkcją przenoszenia tlenu a funkcją

przenoszenia ciepła powoduje u człowieka, w gorącym środowisku

pracy, zmiany aktywności psychosensomotorycznej.
Obserwuje się spadek wydolności pracy i wskaźnika dokładności

wykonywania zadań (błąd, przeoczenie).
Wynika stąd konieczność klasyfikacji stanowisk pracy zarówno

ze względu na stopień uciążliwości fizycznej i termicznej, jak

również wymagań dotyczących precyzji wykonywanej pracy.
Szczególnie wymagające - z tego punktu widzenia - stanowiska

pracy są dostępne tylko dla organizmów zaaklimatyzowanych,

wytrenowanych i mających duże zdolności adaptacyjne.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Komfort cieplny

W czasie opracowywania koncepcji instalacji wentylacji lub

regulowania instalacji już istniejącej należy dążyć do osiągnięcia

optymalnego samopoczucia pracowników - komfortu cieplnego.
Odczucia cieplne człowieka odnoszą się głównie do równowagi

cieplnej całego ciała.
Na równowagę wpływa aktywność fizyczna człowieka, odzież,

jaką ma na sobie, jak również parametry otoczenia: temperatura

powietrza, średnia temperatura promieniowania, prędkość

przepływu powietrza i wilgotność powietrza

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Po przeprowadzeniu oceny lub pomiarów powyższych czynników

można na podstawie aktualnego stanu wiedzy przewidzieć,

obliczając wskaźnik PMV (przewidywana ocena średnia) i

związany z nim wskaźnik PPD (przewidywany procent osób

niezadowolonych), wrażenia cieplne człowieka, wyrażone w 7-

stopniowej skali wrażeń cieplnych r, jako:

 gorące (+3),

 ciepłe (+2),

 lekko ciepłe (+1),

 neutralne (0),

 lekko chłodne (-1),

 chłodne (-2),

 zimne (-3).

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Na podstawie wskaźników PMV i PPD proponuje się

określenie granic komfortu cieplnego jako zadawalających

dla 80% ludzi, co odpowiada wartości wskaźnika PMV

zawartej w granicach

0,5 < PMV < + 0,5.

Wskaźnik PMV wykorzystywany jest również do

klasyfikacji środowisk termicznych gorących i zimnych

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Warunki komfortu cieplnego stwarzają jednakowe i

najkorzystniejsze warunki pracy, dostępne dla ogółu

pracowników bez ograniczeń związanych z wiekiem i płcią.

Niepotrzebna jest aklimatyzacja pracownika, możliwa jest praca

całozmianowa, mogą być także wykonywane prace wymagające

wyjątkowej precyzji i uwagi.
W ostatnich latach komfort cieplny jest swoistego rodzaju

„produktem”, który się wytwarza, sprzedaje i na który istnieje

wzrastający popyt.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

W e dł u g P . O . F a n g e r a w u s t a l o n y c h w a r u n k a c h o t o c z e n i a

p o d s t a w o w y m i w a r u n k a m i k o m f o r t u c i e p l n e g o c zł o w i e k a s ą :

 z r ó w n o w aż o n y b i l a n s c i e p l n y ,

 p o t w y d z i e l a n y w g r a n i c a c h p r z e w i d z i a n y c h d l a k o m f o r t u ,

 ś r e d n i a w a ż o n a t e m p e r a t u r a s k ó r y w g r a n i c a c h p r z e w i d z i a n y c h

d l a k o m f o r t u

C

R

K

C

E

E

E

H

r

r

d















( 5 )

g d z i e :

H - w e w nę t r z n a p r o d u k c j a c i e p ł a c z ł o w i e k a ,

R - p r z e k a z c i e pł a p r z e z p r o m i e n i o w a n i e z p o w i e r z c h n i o d z i e ż y ,

C - p r z e k a z c i e pł a n a d r o d z e k o n w e k c j i z p o w i e r z c h n i o d z i e ż y ,

K - p r z e k a z c i e pł a o d p o w i e r z c h n i s k ó r y d o w e w n ę t r z n e j p o w i e r z c h n i o d z i e ż y ,

E - s t r a t y c i e pł a p r z e z o d p a r o w a n i e p o t u z p o w i e r z c h n i s k ó r y ,

E

d

- s t r a t y c i e pł a n a s k u t e k d y f u z j i p a r y w o d n e j p r z e z s k ó r ę ,

E

r

- s t r a t y c i e pł a n a p a r o w a n i e z d r ó g o d d e c h o w y c h ,

C

r

- s t r a t y c i e pł a p r z e z k o n w e k c j ę z d r ó g o d d e c h o w y c h .

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Ciepło generowane jest we wnętrzu ciała i tracone z

powierzchni skóry, następnie transportowane przez odzież i

wymieniane z otoczeniem.
Logiczne rozważania, rozsądne założenia i przegląd

piśmiennictwa doprowadziły do równań dających się

rozwiązać względem sześciu podstawowych parametrów

(t

a

, t

r

, p

a

, v, Clo, M).

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Środowisko gorące

Powyżej strefy komfortu cieplnego (PMV  +2), w zakresie pola

wysokiej temperatury 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.

Warunki te określa się jako środowisko gorące, warunki stresu

cieplnego lub, biorąc pod uwagę obciążenie ustroju w tych

warunkach, dyskomfort gorący ogólny.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Istnieją również inne przyczyny powstania stresu termicznego

gorącego.
Brak równowagi bilansu cieplnego może być wywołany, na

przykład, zwiększeniem metabolicznej produkcji ciepła,

zwiększeniem wilgotności powietrza i zmianą szybkości

przepływu powietrza, gdy jego temperatura jest wyższa od

średniej temperatury skóry.
Niezależnie od przyczyny powodującej powstanie stresu

termicznego gorącego, odpowiedzią termoregulacyjną ze

strony ustroju człowieka jest rozszerzenie naczyń

krwionośnych skóry i wzrost skórnego przepływu krwi.
Gdy temperatura otoczenia przekracza 28 ÷ 32 °C zostaje

uruchomiony drugi mechanizm termoregulacyjny - wydzielanie

potu.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

F i z j o l o g i c z n a p r z e w o d n oś ć c i e p l n a j e s t d e fi n i o w a n a z a p o m o cą

z a l eż n o ś c i :

sk

ft

i

Q

C

h

h







( 6 )

w k t ó r e j :

h

i

- fi z j o l o g i c z n a p r z e w o d n oś ć c i e p l n a , W · m

2

· K

- 1

,

h - p r z e w o d n oś ć c i e p l n a t k a n k i , W · m

- 2

· K

- 1

,

C

f

- p o j e m n oś ć c i e p l n a k r w i , J · l

- 1

· K

- 1

,

Q

s k

- s t o p i eń u k r w i e n i a s k ó r y , l · s

- 1

· m

- 2

.

W i d ać w y r a ź n i e , ż e w z r o s t fi z j o l o g i c z n e j p r z e w o d n o ś c i c i e p l n e j

p r a k t y c z n i e m oż e b y ć z a p e w n i o n y p r z e z z w i ę k s z e n i e u k r w i e n i a

s k ó r y , w y n i k a ją c e z r e d y s t r y b u c j i p r z e p ł y w u p r z e z n i ą k r w i ,

k o s z t e m o b s z a r ó w w e w nę t r z n y c h c i a ł a .

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Celem obu tych mechanizmów jest utrzymanie homeostazy

termicznej w ustroju, a ich działanie powoduje wiele wtórnych

zmian czynnościowych ze strony serca oraz różnych narządów i

układów.
Są to przede wszystkim zmiany w rozmieszczeniu krwi w ustroju,

odwodnienie i utrata soli mineralnych. Ponadto, wzrost

temperatury ciała wpływa na czynność ośrodkowego układu

nerwowego.
Organizm podporządkowany prawu zachowania stałej ciepłoty

nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom pracy i

środowiska. Działanie środowiska cieplnego należy więc ściśle

wiązać z czasem.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Obecnie, na podstawie aktualnego stanu wiedzy możemy ocenić

nie tylko wielkość obciążenia termicznego i jego najwyższą

wartość dopuszczalną (NDN), lecz również wyznaczyć czas

ekspozycji dopuszczalnej, określić ryzyko oraz podać warunki i

wymagany czas odnowy biologicznej organizmu.
W praktyce przemysłowej do tego celu szeroko wykorzystywany jest

wskaźnik WBGT (wet bulb globe temperature) opisany w normie

ISO 7243 i odpowiadającej jej polskiej normie PN-85/N-08011.
Uwzględnione są przy tym wszystkie czynniki, które wpływają na

obciążenie termiczne: parametry mikroklimatu, obciążenie

wysiłkiem fizycznym (wielkość produkcji ciepła metabolicznego),

termoizolacyjność odzieży, ruch powietrza oraz

zaaklimatyzowanie bądź niezaaklimatyzowanie do środowiska

gorącego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Środowisko zimne

Poniżej strefy komfortu cieplnego (PMV  -2), w zakresie pola

niskiej temperatury 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 określa się jako środowisko zimne, warunki stresu

cieplnego lub, biorąc pod wagę obciążenie ustroju w tych

warunkach, dyskomfort zimny ogólny.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Powstanie stresu termicznego zimnego może mieć również inne

przyczyny.
Nierównowagę bilansu cieplnego wywołuje na przykład 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

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Organizm, podporządkowany prawu zachowania stałej

ciepłoty, nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom

ze strony środowiska.
Podobnie jak w przypadku środowiska gorącego, skutki

działania środowiska zimnego należy ściśle wiązać z czasem

jego oddziaływania, a temperatura skóry, spadek temperatury

wnętrza ciała i ubytek ciepła są czułymi wskaźnikami

ujemnego obciążenia termicznego organizmu i wyznaczają

granice tolerancji niekorzystnego wpływu środowiska na

organizm człowieka.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Zimny stres miejscowy jest oceniany za pomocą wskaźnika siły

chłodzącej powietrza WCI (wind chill index).
Oznaczenie wskaźnika WCI jest konieczne do oceny

miejscowego chłodzenia ciała, np. powierzchni twarzy, rąk.
Wraz ze wzrostem wartości tego wskaźnika rośnie

niebezpieczeństwo (ryzyko) odmrożenia.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

W s k aź n i k W C I o b l i c z a s i ę z a p o m o c ą w z o r u :









a

ar

ar

t

v

v

WCI











33

10

45,

10

( 4 . 3 )

g d z i e :

W C I - w s k aź n i k s i ł y c h ł o d z ą c e j w i a t r u , k c a l / m

2

 h ,

v

a r

- p rę d k o ś ć r u c h u p o w i e t r z a , m / s ,

t

a

– t e m p e r a t u r a p o w i e t r z a , ° C .

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Wartość odniesienia wskaźnika siły chłodzącej powietrza WCI przedstawia nomogram.

Można z niego wyznaczyć dozwolony czas ekspozycji w środowisku zimnym.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Środowisko zimne powoduje również chłodzenie całego ciała,

czyli hipotermię, i dlatego w tym mikroklimacie należy stosować

odzież ciepłochronną.
Wymaganą ciepłochronność odzieży IREQ (required clothing

insulation) określa się w jednostkach clo, w zależności od

szybkości metabolicznej produkcji ciepła i parametrów

środowiska zewnętrznego.
Zastosowanie wymaganej ciepłochronności odzieży ma

zapobiegać hipotermii i obniżeniu wewnętrznej temperatury ciała

nie więcej niż o 1,0 °C, czyli do 36,0 °C

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Środowiska termiczne niejednorodne i o parametrach

zmiennych w czasie

W dotychczasowych rozważaniach założono a priori stałość parametrów

fizycznych charakteryzujących środowisko cieplne pracy zarówno w

czasie, jak i w przestrzeni. W praktyce nie występują tak idealne warunki.

Człowiek może się czuć ogólnie termicznie neutralny, lecz lokalnie

może odczuwać dyskomfort w części ciała (może być za zimno lub za

gorąco).

Przyczyną tego lokalnego dyskomfortu będzie np. nadmierne

promieniowanie z jednego kierunku, lokalne konwekcyjne chłodzenie

(przeciągi), kontakt z gorącą lub zimną powierzchnią, wreszcie pionowy

gradient temperatury.

Również poziom przemiany na ogół jest zmienny w czasie, tak, jak

zmienia się wydatek energetyczny, czyli wielkość obciążenia pracą

fizyczną zgodnie z wymaganiami wykonywanej pracy

.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Dynamika zmian środowiska i pracy prowadzi do zmiennych

obciążeń organizmu człowieka. W zakresie prawidłowej oceny

zagrożenia (ryzyka) musi to pozostawić ślad w postaci

konieczności analizowania uśrednionych wartości obciążenia.
Zwiększa to znacznie liczbę niezbędnych pomiarów, które

dodatkowo, przy dużej niejednorodności środowiska, powinny

być prowadzone na wysokości głowy, piersi i nóg pracownika.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat

Powiązanie człowieka ze środowiskiem cieplnym pracy ma

charakter złożony ze względu na występowanie licznych wzajemnie

na siebie oddziałujących czynników.
Dokładne poznanie charakteru, dynamiki i wielkości tych

oddziaływań stanowi jednak niezbędną podstawę do rzetelnie

prowadzonej pracy w zakresie ochrony człowieka przed skutkami

obciążeń występujących przy pracy tak w zimnym, jak i gorącym

klimacie.
Optymalizacja przemysłowego środowiska cieplnego pracy, w celu

zmniejszenia do minimum jego niekorzystnego wpływu na

organizm człowieka, oznacza jednoczesną poprawę zdrowia,

bezpieczeństwa i wydajności pracy. Jest więc działaniem

niezbędnym z punktu widzenia humanitarnego i utylitarnego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Mikroklimat – Obciążenie organizmu pracą fizyczną