2020.04.29 Лекция № 11 Оздоровление воздушной среды. Часть 1. (Лекции - Ванаев), страница 2

Наиболее важным в гигиенической практике является гравиметрический метод определения весовой концентрации частиц с помощью осаждения их на фильтрах путем просасывания запыленного воздуха с последующим взвешиванием и химическим анализом дисперсной фазы.

При исследовании запыленности воздуха могут применяться импакторы. Импактор – это устройство для принудительного фракционного осаждения частиц аэрозоля с целью последующего определения их количества и размеров или для разделения частиц в объемном потоке газа.

При этом определение массы частиц производится методом гравиметрического анализа. А дисперсионные анализы, выполненные с помощью каскадных импакторов, сводятся к определению относительной доли и размеров частиц, осевших в каждом каскаде после отбора через прибор пробы газа.

III

Микроклимат

Метеорологические условия рабочего места назовем микроклиматом. Основные параметры микроклимата, влияющие на состояние, здоровье человека и производительность его труда следующие:

1. Температура, t⁰ C

2. Относительная влажность, φ %;

3. Скорость движения воздуха на рабочем месте, V м/с;

4. Интенсивность теплового излучения (облучённость), Q Вт/м²;

5. Давление, P Па (1 Па = 0,0075 мм рт. ст.; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па)

В естественных природных условиях метеорологические параметры могут существенно меняться, а в пределах земного шара диапазон их изменения может быть следующим:

1. t⁰ C – от -88⁰ (человек замерзает) до +60⁰ (тепловой удар);

2. φ % – от 0 % (пустыня Атакама в Чили) до 100 % (город Черапунджи в Индии);

3. V м/с – от 0 м/с (штиль) до более 120 км/ч (ураган, тайфун, смерч, торнадо);

4. Q Вт/м² – до 35 Вт/м² комфорт, свыше 350 Вт/м² ущерб здоровью;

5. P мм рт.ст. – диапазон изменения 680…810 мм рт.ст. Опасны перепады.

Необходимость учета параметров микроклимата объясняется тепловым балансом между организмом человека и окружающей его средой.

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Дж/с (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду, это комфортные условия. Нарушение теплового баланса приводит к дискомфорту, который может приводить либо к перегреву гипертермии (выделяется тепла много, но ничего не отбирается, следствие - тепловой удар), либо к переохлаждению организма гипотермии (выделяется тепла немного, а отбирается более того) как следствие переохлаждение, обморожение, потеря сознания и смерть.

Температура тела человека зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью , излучением на окружающие поверхности и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании :

- конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

- коэффициент теплоотдачи конвекций. При нормальных параметрах

микроклимата α_к= 4,06 Вт/ (м²·°С);

- температура поверхности тела человека (для практических расчетов

зимой около 27,7 °С, летом около 31,5 °С);

- температура воздуха, омывающего тело человека;

- эффективная поверхность тела человека (размер эффективной

поверхности тела зависит от положения его в пространстве и

составляет приблизительно 50...80 % геометрической внешней

поверхности тела человека. Для практических расчетов = 1,8 м²).

Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

На основании изложенного выше можно сделать вывод, что величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.

- передача теплоты теплопроводностью может быть описана уравнением

Фурье:

- коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/ (м∙°С);

- толщина одежды человека м.

Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

- лучистый поток может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана – Больцмана. При теплообмене излучением лучистый поток тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей.

- приведенный коэффициент излучения, Вт/ (м²_·К⁴). Для практических

расчетов в диапазоне температур окружающих человека предметов

10...60 °С приведенный коэффициент излучения С_пр ≈ 4,9 Вт/ (м²·К⁴);

- площадь поверхности, излучающей лучистый поток, м²;

- коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров

поверхностей F₁ и F₂ и показывающий долю лучистого потока,

приходящуюся на поверхность F₁ от всего потока, излучаемого

поверхностью F_1, ψ_1-2 обычно принимают равным 1,0;

- средняя температура поверхности тела и одежды человека, К;

- средняя температура окружающих поверхностей, К.

- количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при

испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами.

- масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;

- скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.

Количество выделяемой человеком влаги может меняться в значительных пределах. Так, при температуре воздуха 30° С у человека, не занятого физическим трудом, влаговыделение составляет 2 г/мин, а при выполнении тяжелой работы увеличивается до 9,5 г/мин.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности работы, выполняемой человеком, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.

- количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха.

В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легочный

аппарат человека, нагревается и одновременно насыщается водяными

парами. В технических расчетах можно принимать (с запасом) что

выдыхаемый воздух имеет температуру 37° С и полностью насыщен.

- объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, легочная

вентиляция, м³/c;

- плотность вдыхаемого влажного воздуха, кг/м³;

- удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, Дж/ (кг·˚С);

- температура выдыхаемого воздуха, °С;

- температура вдыхаемого воздуха, °С.

Легочная вентиляция определяется как произведение объема воздуха вдыхаемого за один вдох, V_ВВ, м³ на частоту дыхания в секунду п:

Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и его физической нагрузки. В состоянии покоя она составляет 12... 15 вдохов-выдохов в минуту, а при тяжелой физической нагрузке достигает 20...25. Объем одного вдоха-выдоха является функцией производимой работы. В состоянии покоя с каждым вдохом в легкие поступает около 0,5 л воздуха. При выполнении тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5...1,8 л.

Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4...0,5 л/с, а при физической нагрузке в зависимости от ее напряжения может достигать 4 л/с.

Таким образом, количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха:

Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности окружающего воздуха количество теплоты отводимой через дыхание, уменьшается.

Анализ приведенных выше уравнений позволяет сделать вывод, что тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек–среда обитания зависит от

1. температуры среды,

2. подвижности воздуха,

3. относительной влажности,

4. атмосферного давления,

5. температуры окружающих предметов,

6. интенсивности физической нагрузки человека.

При учете интенсивности труда, в соответствии с нормами, все виды работ, исходя из общих энергетических затрат организма, делятся на три категории: легкие (Iа, Iб), средней тяжести (IIа, IIб) и тяжелые (III).

Чем выше категория выполняемой работы, тем больше нагрузка на опорно-двигательную, дыхательную и сердечнососудистую системы.

Так частота сердечных сокращений, которая в состоянии покоя составляет 65 – 70 сокращений в минуту, при выполнении тяжелых работ может возрасти до 150 – 170. Легочная вентиляция так же, как и частота сердечных сокращений повышается пропорционально увеличению интенсивности выполняемой работы. Вентиляция легких, которая составляет 6 – 8 литров воздуха в минуту в состоянии покоя, во время тяжелой физической работы может достигать – 100 и более литров в минуту. Во время интенсивной работы происходят изменения и некоторых других функций организма.