Микроклимат и тепловой обмен на производстве

Между человеком и окружающей его средой постоянно происходит теплообмен. Несмотря на колебания температуры окружающей среды, температура тела человека поддерживается на относительно постоянном уровне (в подмышечной впадине равна 36,5 - 36,9 °С с колебаниями в течение суток в пределах 0,5 - 0,7 °С). Уровень температуры тела человека в определенной степени зависит от соотношения между интенсивностью образования тепла и величиной теплопотерь, поддерживаясь за счет реакций терморегуляции.

Терморегуляция - взаимосочетание процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокринным путем.

Различают регуляцию теплообразования (химическая терморегуляция) и теплообмена (физическая терморегуляция).

Наибольший вклад в энергетический обмен вносит сократительная мышечная активность. Теплопродукция печени составляет 12 - 24% общей теплопродукции организма. Так, если в состоянии покоя теплообразование находится на уровне 111,6 - 125,5 Вт, при интенсивной мышечной работе наблюдается увеличение теплопродукции до 313,6 - 418,4 Вт.

Усиление теплообразования у человека вследствие увеличения интенсивности энергетического обмена отмечается тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной (18 - 20 °С)

При низких температурах специфической реакцией химической терморегуляции является холодовая мышечная дрожь, при которой внешней работы не совершается и вся энергия сокращения переходит в тепло. Источником дополнительного тепла при охлаждении является также терморегуляторный мышечный тонус - особая не видимая глазу сократительная активность мышц.

Эффективность повышения теплопродукции зависит от величины теплоизоляции тела.

Теплоотдача осуществляется следующими путями:

а) излучения тепла телом человека (по отношению к окружающим поверхностям, имеющим более низкую температуру) - радиационная теплоотдача;

б) конвекции - отдачи тепла с поверхности тела человека притекающим к нему менее нагретым слоям воздуха;

в) проведения - отдачи тепла предметам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела;

г) испарения воды с поверхности кожи и дыхательных путей.

В состоянии покоя при температуре воздуха около 20 °С на долю теплоизлучения приходится от 50 до 65%, испарения воды – 20 - 25%, конвекции - 15% от общей потери тепла организмом.

Если температура окружающего воздуха соответствует температуре кожи, отдача тепла конвекцией прекращается, в случае ее превышения происходит не отдача, а восприятие конвекционного тепла.

Одежда уменьшает теплоотдачу. Теплоизолирующие свойства одежды зависят от толщины используемых материалов, воздухопроницаемости и конструкции.

Отдача тепла излучением в производственных условиях является одним из основных путей теплообмена человека с окружающей средой. Спектр излучения поверхности тела человека в комфортных условиях находится в пределах от 2,5 до 25 мкм с lмах - 9,52 мкм.

Тепло отдается организмом излучением тогда, когда температура стен, пола, потолка, а также поверхностей оборудования и других материалов в окружающей среде ниже температуры поверхности тела.

В тех случаях, когда температура окружающих поверхностей выше температуры тела (32 - 33 °С), происходит не потеря, а восприятие тепла путем радиации.

При повышении температуры воздуха и окружающих поверхностей, когда отдача тепла конвекцией и радиацией уменьшена, основным путем отдачи тепла организмом является испарение.

При нормальной температуре воздуха организм теряет в сутки до 1 л воды путем неощутимого и активного потоотделения. При повышении температуры выделение пота может быть 5 - 6 л за смену. При тяжелой мышечной работе в горячем цехе величина потоотделения может достигать 12 л.

Величина потоотделения у человека зависит от температуры воздуха, скорости движения его, влажности (парциального давления паров), теплозащитных свойств одежды, уровня мышечной активности.

Уровень потоотделения повышается пропорционально тяжести выполняемой работы, способствуя теплоотдаче конвекцией и потоиспарением, движение воздуха играет большую роль в терморегуляции организма. Движение воздуха со скоростью 1 м/с увеличивает теплоотдачу конвекцией в 2 раза, а при скорости 4 м/с теплоотдача увеличивается в 4 раза.

При повышении температуры воздуха заметно возрастает влияние на теплообмен организма влажности воздуха и влагопроницаемости одежды. Увеличение содержания влаги в воздухе уменьшает физиологический дефицит насыщения и тем самым ограничивает теплопотери испарением.

При низких температурах среды повышенная влажность увеличивает теплопотери организмом в результате интенсивного поглощения водяными парами теплового излучения организма.

Таким образом, в производственных условиях, когда температура воздуха и окружающих поверхностей выше температуры поверхности кожи, теплоотдача осуществляется преимущественно излучением и конвекцией. Если же температура воздуха и окружающих поверхностей такая же, как температура кожи, или выше ее, теплоотдача возможна лишь испарением влаги с поверхности тела и с верхних дыхательных путей при условии малого насыщения воздуха водяными парами.

Согласно современным представлениям о функциональной структуре системы терморегуляции (Кандор И. С. и др., 1974], организм человека делится на гомойотермное «ядро» и относительно пойкилотермную «оболочку». Температура «ядра» (или «сердцевины») представляет собой температуру внутренних органов или тканей, которая в норме имеет незначительные колебания – 37 ± 0,5°С.

Показателем температуры «ядра» служит температура, измеренная в подмышечной впадине, полости рта и в других полостях тела.

Температура «ядра» относительно постоянна, изменяется при очень интенсивных термических воздействиях.

Выполнение интенсивной физической работы сопровождается повышением температуры внутренних органов (температуры «ядра»), что обусловлено ускорением химических процессов обмена веществ.

Содержание тепла в «оболочке». «Оболочку» составляют ткани поверхностного слоя тела толщиной в 2,5 см. Изменения теплопроводности «оболочки» главным образом определяют постоянство температуры внутренней среды («ядра»). Теплоизолирующие свойства «оболочки» зависят от характера тканей и от степени их кровоснабжения.

Постоянство температуры «ядра» обеспечивается главным образом путем изменения кровоснабжения и кровенаполнения тканей «оболочки». Таким образом, температура кожи - важный показатель реакции организма на воздействие метеорологических факторов.

Комфортному тепло ощущению соответствует разница кожных температур 3 - 5°С на закрытых одеждой и открытых участках тела. Расчет общего содержания тепла в организме производится по средневзвешенной температуре кожи. Средневзвешенная температура кожи устанавливается путем измерения температуры кожи в нескольких определенных точках участков тела с учетом удельного веса поверхности каждого участка по отношению ко всей поверхности тела.

При отсутствии экстремальных метеорологических условий и напряженной мышечной работы тепловое состояние человека может быть оценено по средневзвешенной температуре кожи, отражающей содержание тепла в «оболочке» тела.

Р. Ф. Афанасьевой (1983) установлены критерии оптимального и допустимого теплового состояния организма человека при выполнении работ различной тяжести (с различным уровнем энерготрат) с целью обоснования нормативных требований к производственному микроклимату. В качестве показателей теплового состояния взяты температура тела и кожи, теплосодержание и его изменение, влагопотери, плотность теплового потока с поверхности тела, частота сердечных сокращений.

Градиент температуры туловища и стоп коррелирует с тепло ощущениями только в том случае, если исследуемые находятся в состоянии покоя или выполняют легкую работу. Показатели оптимального и допустимого теплового состояния обусловлены уровнем энерготрат человека (табл. 4).

Механизмы регуляции теплового гомеостаза очень сложные и представляют собой рефлекторные реакции, возникающие в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов.

Основные центры терморегуляции, координирующие многочисленные процессы, направленные на сохранение температуры тела, расположены в гипоталамусе.

Ядра переднего гипоталамуса рассматриваются как «центр теплоотдачи». Они обеспечивают эффективную отдачу тепла за счет изменения тонуса кожных сосудов, потоотделения, тепловой одышки и др.

Показатели допустимого теплового состояния человека

Показатель	Легкая работа, Вт	Работа средней тяжести, Вт	Тяжелая работа (292 - 349 Вт)
105 - 140	141 - 175	176 - 232	233 - 291
Верхняя граница
Температура тела (ректальная), °С	37,4	37,5	37,7	37,8	37,9
Средневзвешенная температура кожи, °С	35,2	34,8	34,3	33,2	32,6
Разность между температурой кожи груди и стопы, °С	1-2	1-2
Средняя температура тела, °С			36,9	36,9
Теплосодержание, кДж/кг			128	128
Накопление тепла, кДж/кг			2,93	2,93
Влагопотери, г/ч	100	145	175	210	300
ЧСС в минуту	85	95	110	120	130
Нижняя граница
Температура тела (ректальная), °С	36,7	36,8	36,9	37	37,2
Средневзвешенная температура кожи, °С	31,7	31,6	30,6	30	29
Разность между температурой кожи груди и стопы, °С	4-6	4-6
Средняя температура тела, °С			35,2
Теплосодержание, кДж/кг			122,25
Дефицит тепла, кДж/кг			2,93
Влагопотери, г/ч	40	60	80	100	120

В центре теплоотдачи находятся терморецепторы, реагирующие на повышение температуры притекающей крови. Возбуждение этих рецепторов рефлекторно вызывает увеличение теплоотдачи путем расширения кожных сосудов, увеличения потоотделения и частоты дыхания.

Область заднего гипоталамуса является «центром теплопродукции», регулирующим теплообразование путем изменения скорости окислительных процессов.

Температурной чувствительностью обладают также спинной, продолговатый мозг, структура ретикулярной формации ствола мозга и нейроны коры головного мозга.

Кора головного мозга играет важную роль в терморегуляции организма. Установлен условнорефлекторный механизм терморегуляции у человека в производственных условиях.