Wpływ mikroklimatu na człowieka.
Człowiek posiada wrodzone możliwości oceny stanu mikroklimatu. Jeśli jest on oceniany jako zadowalający mówi się o komforcie. Jako miarę komfortu przyjmuje się najczęściej subiektywne odczucie mikroklimatu. Zwykle mówi się o komforcie cieplnym czyli przyjemnym odczuwaniu temperatury otoczenia. Odczuwanie jest jednak wrażeniem subiektywnym i zależy m.in. od wieku, płci, sposobu odżywania , stopnia przystosowania, odporności i innych. Za możliwe do przyjęcia uważa się takie warunki mikroklimatu, które są oceniane jako komfortowe przez minimum 80 procent osób.
Stanem przeciwnym do komfortu jest dyskomfort. Mówi się o dyskomforcie całkowitym, gdy środowisko oceniane jest jako zbyt ciepłe albo zbyt zimne oraz o dyskomforcie lokalnym, gdy dochodzi do przegrzania albo przechłodzenia określonej części ciała. Przyczyną dyskomfortu lokalnego może być
nadmierny ruch powietrza ”przeciąg”,
zbyt duży gradient temperatury powietrza na wysokości,
zbyt zimna albo zbyt ciepła podłoga i inne powierzchnie z którymi styka się człowiek,
asymetria promieniowania.
Komfort cieplny zazwyczaj oceniany jest na podstawie wskaźników PMV i PPD zdefiniowanych przez Fangera.
PMV – przewidywana średnia ocena komfortu cieplnego,
PMV – (Predicted Mean Vote) jest wskaźnikiem, który przewiduje średnią ocenę dużej grupy osób określających swe wrażenia cieplne w siedmiostopniowej skali ocen:
+3 – gorąco
+2 – ciepło
+1 – dość ciepło
0 - obojętnie
-1 - dość chłodno
-2 – chłodno
-3 – zimno
Wskaźnik PMV można określić, gdy zostanie oceniona aktywność fizyczna człowieka, oporność cieplna odzieży i gdy zostaną zmierzone następujące parametry środowiska: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, prędkość ruchu powietrza i cząstkowe ciśnienie pary wodnej.
PPD – przewidywany odsetek niezadowolonych.
Norma ISO 7730 „Ergonomia. Środowisko termicznie umiarkowane. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego” podaje sposób wyznaczania wskaźników komfortu oraz sposób obliczania odsetka osób niezadowolonych na podstawie warunków termicznych odczuwanych przez całe ciało i osób odczuwających dyskomfort lokalny.
PPD- dopuszczalny procent osób niezadowolonych z warunków termicznych odczuwanych przez całe ciało
DR - dopuszczalny procent osób odczuwających dyskomfort lokalny wywołany przez przeciąg
PD – dopuszczalny odsetek osób odczuwających dyskomfort lokalny wywołany przez pionową różnicę temperatur, ciepłą lub zimną podłogę, asymetrię temperatury promieniowania.
Tabela. Wskaźniki komfortu cieplnego według normy ISO 7730
| Kategoria pomieszczenia | Odczucia termiczne ogólne | Dyskomfort lokalny |
|---|---|---|
| PPD, % | PMV | |
| A | <6 | -0,2 do 0,2 |
| B | <10 | -0,5 do 0,5 |
| C | <15 | -0,7 do 0,7 |
Jako przybliżone warunki komfortu cieplnego przyjmuje się następujące składniki:
Średnia ważona temperatura powierzchni skóry wynosi 32 -34°C,
wewnętrzna temperatura ciała w stanie spoczynku 37°C
stężenie CO2 w bezpośrednim sąsiedztwie skóry nie większe niż 0,03%
na powierzchni skóry nie pojawia się ciekły pot
Za komfortowy dla nagiego człowieka, niewykonującego żadnego wysiłku fizycznego uważany jest mikroklimat, w którym powietrze przy wilgotności 10% charakteryzuje się temperaturą 28,8 do 33,0 °C a dla wilgotności względnej 80 % 28,8-31,0°C. Warunki te dotyczą również mikroklimatu odzieżowego.
Komfortowa temperatura powinna być dostosowana do rodzaju wykonywanej pracy. Generalnie uważa się , że powinna zawierać się w granicach 16-22°C.
Temperatura otaczających płaszczyzn i przedmiotów nie powinna różnić się od temperatury powietrza o więcej niż 2-3 °C.
Na odczuwanie temperatury wpływa wilgotność powietrza. W ogrzewanych pomieszczeniach pożądana jest wilgotność w granicach 30-70%, a dobre samopoczucie występuje gdy mieści się w przedziale 40-50%.
Wilgotność względna poniżej 30% powoduje objawy wysuszenia śluzówek oczu i dróg oddechowych, co zwiększa podatność organizmu na infekcje i choroby zakaźne. Wilgotność względna powyżej 60 % może być szkodliwa dla maszyn i urządzeń ponieważ sprzyja powstawaniu korozji i niszczeniu powłok galwanicznych. Ponadto nadmierna wilgotność powietrza przy wysokich temperaturach utrudnia parowanie potu i pogarsza samopoczucie. Bez stosowania dodatkowych zabiegów w sposób naturalny związek między temperaturą powietrza w pomieszczeniach a jego wilgotnością kształtuje się następująco:
temperatura wyższa niż 23°C – RH 30% i mniej
21-22°C – RH ok. 50%
21°C i niższa – RH 70%
Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na odczuwanie temperatury powietrza jest jego ruch. Generalnie ruch powietrza wzmaga skrajne odczucia termiczne, tzn. zarówno odczucie zimna jak i gorąca, choć w ostatnim przypadku stanowi czynnik przyspieszający chłodzenie drogą parowania.
Jego dopuszczalna prędkość zależy od dynamiki wykonywanej pracy. Przy pracach statycznych nawet niewielki ruch powietrza może być uważany za zjawisko szkodliwe, przy pracach dynamicznych dopuszczalna jest większa prędkość przepływającego powietrza. Na ogół zaleca się aby prędkość ruchu powietrza nie przekraczała 0,2 m/s, jednak przy pracy precyzyjnej siedzącej nie powinna być mniejsza niż 0,1 m/s , natomiast przy ciężkich pracach fizycznych ruch powietrza rzędu 0,5m/s może być nieodczuwany.
Wpływ czynników meteorologicznych na fizjologiczne zmiany organizmu.
Przy temperaturze powietrza powyżej 32-35°C nie jest możliwe prawidłowe wykonywanie prac wymagających większego wysiłku fizycznego. Wykonywanie prac w niskich temperaturach, z kolei , powoduje spadek precyzji ruchu, ogranicza wrażliwość dotykową, stwarza dogodne warunki dla przeziębień i schorzeń dróg oddechowych
Zależność stanu psychofizycznego człowieka od temperatury otoczenia przy wilgotności względnej 50%
| Temp. | Stan psychofizyczny człowieka | Skutki obserwowane w pracy | Szczegóły |
|---|---|---|---|
| 15 | Pełna zdolność | Temperatura optymalna | Dla bardzo ciężkiej pracy |
| 16 | Dla ciężkiej pracy w pozycji stojącej | ||
| 17 | Dla lekkiej pracy w pozycji stojącej | ||
| 18 | Dla lekkiej pracy siedzącej | ||
| 19 | |||
| 20 | |||
| 21 | Granica komfortu cieplnego | ||
| 22 | Dostrzegane zaburzenia psychiczne | Uciążliwość podniecenie , trudność utrzymania równowagi, spadek wydajności pracy umysłowej | |
| 23 | |||
| 24 | |||
| 25 | |||
| 26 | Granica pojawienia się zaburzeń psychofizjologicznych | ||
| 27 | Zaburzenia psychofizjologiczne | Wzrost liczby błędów | |
| 28 | Spadek wydajności prac zręcznościowych | Skutki obserwowane w pracy fizycznej i umysłowej | |
| 29 | Wzrost liczby wypadków | ||
| 30 | Zaburzenia fizjologiczne | ||
| 31 | Granica pojawienia się zaburzeń fizjologicznych | ||
| 32 | Spadek wydajności pracy ciężkiej | ||
| 33 | |||
| 34 | Organizacyjna konieczność regulowania skutków zaburzeń fizjologicznych* | Silne obciążenie układu krążenia | |
| 35 | Niebezpieczeństwo bardzo szybkiego wyczerpania sił |
Biologiczne skutki pracy w mikroklimacie gorącym:
Udar cieplny ( występuje wskutek przekroczenia możliwości termoregulacyjnych organizmu, porażenia ośrodka termoregulacji. Wewnętrzna temperatura ciała podnosi się powyżej 41°C, co prowadzi do uszkodzenia aktywnych struktur białkowych i zagrożenia życia.)
Wyczerpanie cieplne ( spowodowane utratą wody i/lub soli , objawy – ogólne osłabienie, zawroty i bóle głowy, chwiejność układu krążenia i nudności)
Odwodnienie (przyczyna –niedostateczne uzupełnianie wody; „należy pić żeby móc się pocić”)
Bolesne skurcze mięsni i inne dolegliwości ze strony mięśni, spowodowane zaburzeniem równowagi wodno-elektrolitowej
Zmiany skórne, tzw. potówki w wyniki upośledzenia wydzielania gruczołów potowych oraz stany zapalne wywołane dodatkową infekcją skóry.
Tabela 1. Poziomy wydzielania potu typowe dla różnych stopni aktywności fizycznej
| Poziom aktywności | Wytwarzanie ciepła [Wat] |
Intensywność pocenia [ml/h] |
|---|---|---|
Sen (Chłodno, sucho) /odpoczynek Marsz 5 km/h Ciężka praca fizyczna (gorąco i wilgotno) Maksymalne wydzielanie potu (tolerowane krótko) |
60-80 280-350 580-1045 810-1160 |
15-30 200-500 400-1000 1600 |
Źródło: Kumar S.A., Coated Textiles: Principles and Applications, Technomic, Hardcover, 2001
Metody zmniejszania obciążenia cieplnego wewnątrz pomieszczeń:
Eliminacja narażenia (instalowanie źródeł ciepła na zewnątrz budynków lub w pomieszczeniach nieuczęszczanych, zastępowanie źródeł ciepła innymi, emitującymi mniej energii cieplnej, pełna automatyzacja stanowisk pracy)
Regulacja poziomu aktywności i proporcji między okresami pracy i wypoczynku ( częściowa automatyzacja stanowisk, skrócenie czasu ekspozycji na działanie ciepła, zmianowość, wydłużenie czasu wypoczynku z klimatyzowanych pomieszczeniach)
Wymiana ciepła przez promieniowanie( rozmieszczenie maszyn w odpowiednich odstępach, stosowanie izolacji termicznych i ekranowania cieplnego, wykorzystanie odzieży chroniącej przed promieniowaniem, np. aluminizowanej)
Wymiana ciepła przez konwekcję ( izolacja maszyn i urządzeń wydzielających ciepło, odświeżanie powietrza- baterie suche lub wilgotne, pompy ciepła, usprawnienie wentylacji, stosowanie wentylowane nawet schładzanej odzieży, regulacja temperatury i wilgotności powietrza)
Wymiana ciepła na drodze parowania potu (eliminacja przecieków pary, zasysanie pary u źródła , stosowanie wentylowanej a nawet schładzanej odzieży)
Skutki biologiczne pracy w mikroklimacie zimnym:
Zmiany podmrożeniowe i odmrożenia , prowadzące do utraty sprawności czynności rąk i nóg
Hipotermia gdy wewnętrzna temperatura ciała obniży się poniżej 34 °C ( poniżej 36 °C występują jeszcze reakcje obronne np. dreszcze)
Metody ochrony pracowników przed skutkami pracy w zimnych środowiskach:
W temp. poniżej 4°C stosować odzież ciepłochronną
W temp niższej niż -1°C
praca w rękawicach ochronnych zapewniających sprawność czynności ,
wszystkie elementy kontaktowe - siedziska, uchwyty itd. pokryte materiałem termoizolacyjnym)
konstrukcja maszyn i urządzeń umożliwiająca ich obsługę w rękawicach
Przy pracy w temp. -7°C i niższej dostęp pracowników do ogrzewanych pomieszczeń w pobliżu miejsca pracy i korzystanie z nich w regularnych odstępach czasu, zaleznie od warunków
Podaż gorących napojów i posiłków
Konieczne jest niedopuszczanie do miejscowej utraty ciepła przez partie ciała np. przez nogi , będące w stałym kontakcie z materiałem przewodzącym ciepło.