Производственный микроклимат

`ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ МИКРОКЛИМАТ

В гигиеническом  отношении микроклимат представляет собой комплекс физических факторов (температуры, влажности и подвижности воздуха), оказывающих влияние на теплообмен организма с окружающей средой, а значит, и на его самочувствие и работоспособность. Таким образом, под производственным микроклиматом в узком смысле понимается сочетание метеопараметров на рабочих местах.

Роль микроклимата в жизнедеятельности человека определяется тем, что поддержание гомеостаза возможно лишь в определенных пределах изменения метеопараметров.

Одним из важных элементов гомеостаза является постоянная температура тела. Сохранение постоянства внутренней температуры подразумевает обеспечение баланса между производством тепла в организме и его отдачей. «Тепловой центр» расположен в гипоталамусе. Кроме него в систему управления входят также терморецепторы кожи и внутренних органов, нервные пути и исполнительные органы в виде кожных сосудов, потовых желез, скелетных мышц и т.д.

Теплопродукция  человека, находящегося в покое, складывается из тепловой энергии, образующейся в брюшной полости ( в основном печени) ~ 50%, 20% - в скелетных мышцах и около 10% - в органах дыхания и кровообращения. Однако при выполнении физических нагрузок основное количество тепла образуется в мышцах.

Теплоотдача осуществляется главным образом излучением в  ИК-диапазоне, конвекцией, кондукцией и за счет испарения влаги.

В нормальных условиях на долю излучения приходится 40-60% всех теплопотерь. Эта величина определяется в основном площадью открытой поверхности тела.

Конвекция - теплоотдача благодаря оттоку нагретого воздуха. Она может быть свободной (за счет разности температур) или вынужденной (при обдувании потоком прохладного воздуха). В условиях теплового комфорта конвекция уносит до 20% тепла.

Кондукция - передача тепла от тела человека через предметы, соприкасающиеся с ним (теплопроводность). В обычных условиях вклад этого механизма невелик (около 3%) - через поверхность подошв, но в кабинах машин может возрастать.

Испарение - важный способ отдачи тепла, особенно при высоких температурах воздуха и при физической работе. В покое и тепловом комфорте покидающая организм влага уносит до 27% тепла, это зависит еще и от влажности воздуха. При наружной температуре воздуха ³ 36 ^оС все 100 % тепла теряются благодаря испарению пота.

Воздействие нагревающего микроклимата

С нагревающим  микроклиматом человек сталкивается при работе в горячих цехах, в  глубоких шахтах, а также при работе на открытом воздухе в летнее время (горячим называется цех с тепловыделением более 23 Вт/м²). При этом поступление тепла обычно обеспечивается излучением или конвекцией.

Работа в  таких условиях сопровождается значительным напряжением систем терморегуляции. Однако когда пот стекает каплями  и не успевает испаряться, теплосъем уменьшается. Это приводит к обеднению организма солями, микроэлементами, витаминами.

При особо неблагоприятных  условиях работы может произойти тепловой удар, который выражается в потере сознания, бледности, падении сердечной деятельности, очень высокой температуре тела.

Солнечный удар может возникнуть у работающих на открытой местности при переоблучении коротковолновой радиацией Солнца через покровы черепа и мозговую оболочку. Симптомы: общая слабость, чувство стеснения в груди, головная боль, тошнота. Инфракрасное излучение Солнца может вызвать даже помутнение хрусталика глаза - катаракту.

Длительная  работа в условиях нагревающего микроклимата приводит к истощению организма, повышается заболеваемость (системы  кровообращения, артериальная гипертония, дистрофическое состояние миокарда, заболевания периферической нервной системы). У рабочих таких профессии в среднем 2.5 раза чаще фиксируются заболевания ЖКТ, особенно часто наблюдаются простудные заболевания, что свидетельствует о депрессии терморегулирующей системы. Кроме того, в этих условиях резко снижается работоспособность, особенно при умственном труде.

Воздействие охлаждающего микроклимата

Организм реагирует  на переохлаждение сокращением теплопотерь  и увеличением теплопродукции. Более  всего охлаждаются конечности – кисти и стопы, наиболее высокая температура кожи сохраняется на голове.

Механизм терморегуляции при этом таков – сокращение теплооттока за счет снижения температуры периферических областей тела. Однако при снижении температуры тела до 10 ^оС и ниже возможно нарушение тканевого дыхания и далеко идущая холодовая патология.

При охлаждении конечностей происходит снижение чувствительности кожи, выносливости мышц кисти, снижается  частота сердечных сокращений, повышается артериальное давление.

Длительное  воздействие холода приводит к развитию и обострению различных заболеваний (сердечно-сосудистой патологии, обострению язвенной болезни, радикулитов).

Гигиеническое нормирование параметров микроклимата.

Защита  рабочих от переохлаждения и перегрева

Оптимальным микроклиматом называется тот, который обусловливает сохранение нормального функционального состояния организма без напряжения системы терморегуляции.

Допустимым – тот, который вызывает изменения функционального состояния организма и напряжение системы терморегуляции, не выходящие за пределы приспособительных реакций. При этом не возникает нарушения здоровья, не наблюдаются дискомфортные ощущения и снижение работоспособности.

На сегодняшний  день в мире существуют различные  подходы в нормировании параметров микроклимата:

а) в нашей  стране нормируют раздельно все  параметры – температуру, влажность и подвижность воздуха.

б) в США –  иначе, там введена т.н. SET (шкала эквивалентных температур). К примеру, для человека, одетого в стандартный деловой костюм и выполняющего легкую работу, комфортной считается температура, равная 18-35 SET.

Исходя из состояния  систем адаптации человека вводят оптимальные и допустимые диапазоны метеопараметров. Кроме того, есть ещё и границы переносимости (по болевым ощущениям). Например, по температуре – нижняя +10 ^оС, верхняя +45 ^оС.

Границы теплового  комфорта (оптимальные) и допустимых пределов устанавливают исходя из следующих методов:

а) инструментальный: восприятие метеопараметров человеком имитируют приборами, воспринимающими одновременно два или все три параметра. Но этот подход слишком грубый, ибо не учитывает теплопотери вследствие испарения, а также – напряжение систем адаптации;

б) методы, базирующиеся на психологических критериях. Это методы опросов, тестов. Разработаны различные шкалы (Бедфорда, Фангера). Определяется субъективное восприятие микроклимата, его влияние на работоспособность – для определения зоны оптимальных и допустимых значений;

в) методы, основанные на физиологических критериях. Наилучшая реализация метода – шкала SET.

Основной отечественный  НТД ГОСТ 12.1.005-88 Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

Есть ещё  санитарные правила СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические  требования к микроклимату производственных помещений.

В ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96 диапазоны метеопараметров приведены для:

а) двух условных периодов года «теплого» (t>10 ^oC) и «холодного»;

б) пяти категорий  тяжести работы – Iа, Iб IIа, Iiб, III (зависит от энергозатрат, т.е тяжести труда).

Допустимые  метеоусловия приведены в виде диапазонов всех метеопараметров – температуры, влажности и подвижности воздуха.

Кроме того, СанПиН 2.2.4.548-96 ограничивает тепловое облучение  работающих в условиях перегревающего микроклимата – регламентируется интенсивность ИК-излучения в зависимости от площади открытой поверхности тела.

Интегральным  показателем для микроклимата (учитывающим  как температуру, влажность и подвижность воздуха, так и тепловое излучение) является ТНС-индекс. Этот параметр может быть непосредственно измерен на основе температуры (t_вл) смоченного термометра психрометра и температуры внутри специального зачернённого шара (t_ш). По этим двум величинам и рассчитывается ТНС-индекс:

ТНС = 0,7 t_вл+ 0,3 t_ш

Величина ТНС-индекса  не должна выходить за пределы, указанные в Санитарных правилах.

Методы обеспечения  теплового комфорта – это различные системы отопления, либо кондиционирования помещений, увлажнение воздуха при паровом отоплении, тепловые воздушные завесы на входе в помещения большого объёма, а также – местное воздушное душирование для горячих цехов.

К средствам  индивидуальной защиты работников от переохлаждения относится специальная  тёплая одеждой.

Менее известны организационные меры – обязательные регламентированные перерывы на обогрев для работающих на открытом воздухе при низких температурах, сокращение рабочего дня. Санитарные правила 2.2.4.548-96 регламентируют предельное время пребывания людей на рабочих местах при температуре воздуха выше или ниже допустимых величин (защита временем).

вибрация

Вибрацией называется механические колебания упругих тел, проявляющееся в перемещении центра их тяжести или оси симметрии в пространстве, а также в периодическом изменении ими формы, которую они имели в статическом состоянии.

Под вибрацией  понимается возвратно-поступательные движения твердого тела. Это явление широко распространено при работе различных механизмов и машин.

В зависимости  от характера контакта работника  с виброоборудованием различают локальную и общую вибрации.

Локальная вибрация наблюдается при работе с вибрирующим ручным инструментом или настольным оборудованием. Передается через конечности рук и ног.

Общая вибрация преобладает на транспортных машинах, в производственных цехах тяжелого машиностроения, лифтах и т.д., где вибрируют полы, стены или основания оборудования. Передается через опорно-двигательный аппарат.

Общая вибрация по происхождению подразделяется на:

- транспортную, которая возникает в результате  движения машин по местности  и дорогам;

- транспортно-технологическую,  которая возникает при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении, а также при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или на оптовых базах;

- технологическую,  которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Существует  еще смешанная вибрация, которая воздействует на конечности, и на весь корпус человека.

По направлению  действия вибрация подразделяется на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z для общей вибрации, где X и Y – горизонтальные оси, а Z – вертикальная ось, и действующую вдоль осей ортогональной системы координат Xр, Yр, Zр для локальной вибрации, где ось Xр совпадает с осью мест охвата (рукоятки, руля), а ось Zр лежит в плоскости, образованной осью Xр и направлением подачи или приложения силы. Во втором случае вибрация вдоль оси Yр не нормируется.

По временным характеристикам вибрации также подразделяются на постоянную (если параметры меняются не более, чем в 2 раза за время наблюдения) и непостоянную.

В зависимости  от характеристики источника вибрации колебания могут быть вынужденными и собственными. Вынужденные колебания происходят под действием сил инерции после кратковременного приложения возмущающей силы.

Резкое увеличение колебаний амплитуды тела, происходящее при совпадении частот вынужденных  и собственных колебаний, называется резонансом.

Воздействие вибрации на организм

Влияние вибрации на организм человека оценивается следующими параметрами:

- частотой колебаний,  представляющей число полных  колебаний в секунду (Гц);

- амплитудой  колебаний, представляющей смещение  колеблющейся точки от нейтральной  оси (м);

- скоростью  вибрации;

- ускорением;

- уровнем виброскорости.

Наиболее вредное воздействие на организм человека вибрация оказывает на частотах резонансов отдельных органов тела. Именно этим опасна вибрация, ведь собственные частоты колебаний многих органов находятся в интервале 3-70 Гц, а у большинства внутренних органов – 3-6 Гц.

Субъективно последствия  вибрации переживаются так (жалобы): головная боль, утомляемость, боли в суставах, онемение и зябкость рук, судороги.

Обычно вибрационная болезнь развивается под действием  вибрации с частотами 35-250 Гц. Вибрационная болезнь – нарушение функций ЦНС и периферийной нервной системы, излечению поддаётся с трудом. В запущенных случаях возможна инвалидность.

Ранняя стадия вибрационной болезни – вегето-сосудистые и секреторные нарушения, позднее наблюдается нарастание дистрофических явлений.

Под воздействием локальной вибрации в первую очередь  поражается нервная система, сосудистая система, двигательный аппарат. У операторов переносного виброинструмента сначала наблюдается снижение болевой чувствительности, выносливости к статическим нагрузкам, позднее – нарушение периферийного кровообращения.

Ясно, что эффект воздействия во многом определяется спектром вибрации, направлением ее воздействия. Есть данные о влиянии вибрации на зрение – это помутнение хрусталика, деструкция стекловидного тела.

гигиеническое нормирование вибрации

Различают гигиеническое  и техническое нормирование вибраций.

Гигиенические – ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационных болезней.

Технические – ограничивают параметры вибрации не только с учетом указанных требований, но и исходя из достижимого на сегодняшний день для данного типа оборудования уровня вибрации.

Разработаны нормативные  документы, устанавливающие допустимые значения и методы оценки характеристик вибраций.

Государственный стандарт ГОСТ 12.1.012-90 задает лишь принцип нормирования, а конкретные предельно-допустимые величины содержатся в санитарных нормах, которые мобильнее. На сегодняшний день действуют СН 2.2.4/2.1.8.566-96 Производственная вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

Согласно ГОСТ 12.1.012-90 основными параметрами вибрационной нагрузки на оператора является:

• виброускорение, м/с², (предпочтительнее);
• виброскорость, м/с;
• спектральный состав;
• время действия.

Оценка степени  вредности вибрации ручных машин  производится по спектру виброскорости  в диапазоне частот 11-2800 Гц. Для каждой октавной полосы в пределах указанных частот устанавливают предельно допустимые значения среднеквадратичной величины виброскорости и ее уровни относительно порогового значения, равного 5×10^-8 м/с.

Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не должен превышать 10 кг, а  усилие нажима – 20 кг.

Для целей нормирования могут быть использованы также среднеквадратичные значения виброускорения. «Опорное» значение виброускорения равно 10^-6 м/с²

Предельные нормы вибропараметров зависят от частоты. Чтобы не устанавливать такие нормы для каждого значения частоты, в Гц, весь спектральный диапазон разбили на поддиапазоны, которые назвали октавными полосами. Для вибрации установлены следующие октавные полосы: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Для большей точности нормирования общей вибрации иногда используют «третьоктавные» полосы.

В течение смены параметры вибрации меняются со временем. Поэтому в ГОСТ 12.1.012-90 введено понятие дозы и эквивалентного значения контролируемого параметра. При действии на оператора локальной или общей вибрации в течение смены рассчитывают вычисляют дозу. Когда в течение рабочей смены на оператора действует переменная по величине вибрационная нагрузка (самый частый случай), можно рассчитать эквивалентное значение вибропараметра.

Уникальным свойством вибрации является то, что это единственный вредный фактор, для которого нормирование учитывает направление действие – предельные значения вибропараметров установлены раздельно для каждого направления действия вибрации.

Кроме того, как  уже сказано, предельные значения вибропараметров установлены в зависимости от типа вибрации – транспортной, транспортно-технологической, технологической.

средства защиты от вибрации и механических ударов

Источниками вибрации на производстве служат чаще всего  машины, создающие периодические  динамические нагрузки а также - машины, генерирующие импульсные нагрузки.

При этом машины и механизмы первого типа делят  на две группы:

а) с конструктивно-неуравновешенными  элементами (типа кривошипно-шатунных механизмов, поршневых компрессоров);

б) с нормально-уравновешенными движущимися частями (центрифуги, грохоты, вентиляторы).

Отдельная группа - машины, в которых неуравновешенную нагрузку создаёт перемещающийся обрабатываемый материал.

Вибрацию можно  подавлять, как обычно, двояко:

• либо - в источнике её возникновения,
• либо - на путях распространения через опорные связи машин и механизмов.

Первый способ предполагает замену или выбор наименее виброопасных машин (технологий): например, замена виброуплотнения бетонной смеси  на безвибрационную технологию, при  которой формирование осуществляется под давлением или прессованием.

Методы и средства коллективной защиты от вибрации на путях её распространения:

а) при контакте оператора  с вибрирующим объектом:

  1) средства антифазной  синхронизации;

  2) вибродемпфирование (вибропоглощение);

  3) виброизоляция (источника  вибрации и/или рабочих мест);

  4) виброгашение (фундаменты  и основания).

б) в отсутствие контакта с вибрирующим объектом:

  1) дистанционное управление;

  2) автоматический контроль  и сигнализация;

  3) ограждения.

Из всех перечисленных  методов чаще всего применяется  виброизоляция в сочетании с  виброгасящими основаниями.

Виброизоляция. Принцип виброизоляции - уменьшение передачи динамической силы от источника к основанию, а также от основания - к рабочему месту оператора посредством размещения между машиной и основанием упругих элементов (изоляторов = амортизаторов). При этом колебания самой машины не уменьшаются, но резко сокращается их передача на основание.

Виброизоляция может быть активной или пассивной. Активная - при наличии дополнительного источника сил. Показателем эффективности пассивной виброизоляции служит коэффициент передачи, показывающий, какая доля возбуждающей силы передается через виброизолятор на основание.

Особенно следует опасаться  явления резонанса. Для надёжного исключения резонансных явлений часто вместо стальных пружин применяют резиновые виброизоляторы, обладающие большим внутренним трением.

Наилучшее решение часто  даёт применение комбинированных резиностальных виброизоляторов. Ещё одна разновидность виброизоляторов, применяемых в строительных машинах, - пневморезиновые.

Виброгашение. Ещё один способ уменьшить передачу вибрации - установить оборудование на массивные основания. Конструктивно такие виброгасящие основания представляют собой массивные железобетонные плиты, окруженные "акустическим рвом", заполненным легкими упругими материалами. Ясно, что машина - источник вибрации должна быть очень прочно прикрепленной к основанию и колебаться вместе с ним. В силу очень большой массы этой системы амплитуда колебаний будет очень мала.

Динамическое  виброгашение. Иногда для подавления вибрации применяется метод динамического виброгашения. Суть его в том, что к источнику вибрации добавляют искусственный источник возбуждающей силы, заставляющий колебаться некий груз с той же частотой, но в противофазе. Особенность метода - он может эффективно применяться лишь при строго фиксированной частоте возбуждающей силы. Применяется, например, для подавления вибрации в современных дорогих автомашинах, при этом активные воздействия управляются бортовым компьютером. Однако, как показывает многолетняя практика, данный метод хорошо подавляет также колебания высотных дымовых труб от ветровых нагрузок. Для этого внутри трубы на тросах разной длины подвешиваются грузы.

Вибропоглощение. Для уменьшения передачи вибрации и шумов по трубам (например, от насосов) рекомендуется применять в трубопроводах гибкие вставки из гофрированной резины, а в местах прохода через стены и перекрытия - использовать подвесы и резиновые прокладки. Эти меры позволяют значительно улучшить виброакустическую обстановку в соседних помещениях.

Вибропоглощение применяется также для уменьшения вибрации кожухов, экранов, ограждений, выполненных из стального листа. С этой целью на вибрирующую поверхность наносят слой упруговязких материалов с большим внутренним трением. Эти материалы переводят энергию вибрационных колебаний в тепловую. Особенность метода - он неэффективен для поглощения продольных волн с большой длиной волны.

В этом случае применяют виброразрывы, которые следует заполнять материалом с волновым сопротивлением, отличным от сопротивления материала защищаемых деталей; либо оставлять воздушные прослойки.

Условно вибропоглощающие материалы делят на жёесткие и  мягкие. Жёсткие эффективны для низких и средних частот , мягкие (пластмассы - пенопласт, винипор) - для высоких частот.

Эти материалы  просто наклеивают изнутри к тонким вибрирующим плоскостям. Ещё более  эффективны специальные вибропоглощающие слоистые материалы типа "випонита", "полиакрила".

Вибропоглощающие  материалы широко применяются также  и в СИЗ – специальных рукавицах, стельках защитной обуви.

шум

Бурный процесс техники  в ХХ столетии привёл к ситуации, когда повседневная жизнь человечества оказалась неразрывно связанной с многочисленными механизмами, устройствами, транспортными средствами, создающими интенсивный шум. Наряду со звуковыми волнами диапазона слышимости (шум) на человека воздействуют также колебания той же физической природы, но более низкой частоты (инфразвук), либо, наоборот, высокой частоты (ультразвук). Вся совокупность этих колебаний в зоне пребывания человека и создаёт акустическую обстановку.

Рассмотрим раздельно  все три поддиапазона акустических колебаний, начнём с шума.

Шумом называют всякий неблагоприятно действующий на человека звук. Обычно шумом является сочетанием звуков различной частоты и интенсивности. С физической точки зрения звук представляет собой механические колебания упругой среды.

Во время прохождения  звуковых волн в воздухе образуются области повышенного и пониженного давления (звуковое давление).

Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением в невозмущённой среде. При распространении звуковой волны в пространстве происходит перенос энергии.

Интенсивностью  звука называется средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесённый к единице площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны.

Ультразвук (УЗ) представляет собой механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую природу, но отличающиеся более высокой частотой, которая превышает верхнюю границу слышимости для человека. В современных технологиях широко применяется ультразвук.

Инфразвук (ИЗ) представляет собой механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую с шумом физическую природу, но распространяющиеся с частотами менее 20 Гц.

Для оценки шума в настоящее  время используют достаточно большое  число шкал и единиц измерений, часть  которых применяется независимо от источника, порождающего шум, а часть разработана специально для оценки определённой разновидности шума (авиационного) и позволяет более детально учесть характер воздействия данного шума на человека.

Практически все единицы  измерений шума основаны на логарифмической шкале. Это обусловлено тем, что человек способен воспринимать звук, интенсивность которого может изменяться в широких пределах: от 10^-12 до 10 Вт/м², поэтому использование линейной шкалы оказывается неудобным. Кроме того, существует закон Вебера-Фехнера, согласно которого восприятие звука человеком происходит по логарифмической зависимости.

Наиболее распространёнными  логарифмическими шкалами измерения  громкости звука являются шкалы, в которых громкость оценивается  уровнем интенсивности звука или уровнем звукового давления, измеряемыми в децибелах (дБ). Уровень интенсивности определяется соотношением:

где I - интенсивность  звука, Вт;

I₀ = 10^-12 Вт – интенсивность (пороговая), соответствующая среднестатистическому порогу слухового восприятия человека.

По своему спектральному  составу шум подразделяют на широкополосный (более одной октавы), и узкополосный (в противном случае). По зависимости  от времени выделяют постоянные и  непостоянные шумы, особый случай –  импульсные шумы.

Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими  частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Воздействие шума на организм

Проявление  вредного воздействия шума на организм человека разнообразно. В первую очередь действует на органы слуха. Ухудшение слуха оценивают с помощью порогов слуха, обеспечивающих способность человека понимать разговорную речь.

Действие шума на организм человека не ограничивается воздействием на органы слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние органы, влияет на психическое состояние человека. Воздействие шума на ЦНС вызывает увеличение латентного периода зрительно-моторных реакций, нарушение биоэлектрической активности мозга.

Нормирование  шума

На сегодняшний  день действуют СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум  на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

Известно, что  эффект воздействия шума на человека определяется характеристиками акустической волны: энергией, частотой, а также  её изменчивостью во времени и продолжительностью воздействия.

Частота f (Гц) и  длина волны l (м) связаны между собой простым волновым уравнением

где v - скорость звуковой волны в данной среде, м/с.

По характеру  спектра шум подразделяется на:

1. широкополостный, имеющий непрерывный спектр шириной более одной октавы;
2. тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона.

По временным  характеристикам: