Środowisko pracy Mikroklimat i hałas

Transkrypt

1 Środowisko pracy Mikroklimat i hałas dr inż. Katarzyna Jach Mikroklimat Całokształt zmian fizycznych czynników meteorologicznych w badanym, ograniczonym miejscu. Warunki klimatyczne panujące na stanowisku roboczym lub w pomieszczeniu przemysłowym. Klimat charakterystyczny dla małej części środowiska, której odrębność jest wynikiem specyfiki układu czynników ją tworzących. 1 2 Główne parametry mikroklimatu temperatura powietrza temperatura promieniowania cieplnego otoczenia wilgotność powietrza prędkość ruchu powietrza Mechanizmy termoregulacji regulacja chemiczna zmiana ilości ciepła wytwarzanego w ustroju mechanizmy termoregulacyjne regulacja fizyczna zmiana ilości ciepła wymienianego z otoczeniem ciśnienie atmosferyczne 3 regulacja czynna wydzielanie i odparowywanie potu regulacja bierna promieniowanie, konwekcja i przewodzenie 4 Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła przewodzenie przy bezpośrednim zetknięciu się ciał zależy od wielkości pola kontaktu oraz różnicy temperatur konwekcja (unoszenie) wymaga obecności ośrodka oraz grawitacji zależy od kształtu i orientacji ciała w przestrzeni Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła promieniowanie nie wymaga pośrednictwa materii zależy od zdolności powierzchni do pochłaniania, rozpraszania i odbijania fal elektromagnetycznych określonej długości Parowanie Zmiana stanu skupienia Jednostronne Zależy od wilgotności 5 6 1

2 Homeostaza zdolność utrzymywania dynamicznej równowagi środowiska (z greki homoios = równy, jednakowy + statos = stałość) Charakterystyczna dla systemów naturalnych np. biologicznych określenie stałego stanu równowagi środowiska wewnętrznego organizmu, np. składu krwi, temperatury itp. przez odpowiednią koordynację i regulację procesów życiowych. Regulacja na bazie sprzężeń zwrotnych typu ujemnego 7 Homeostaza Najważniejsze parametry wewnętrznego środowiska organizmu: -temperatura ciała -ph krwi i płynów ustrojowych -ciśnienie osmotyczne -objętość płynów ustrojowych -stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych -ciśnienie tętnicze krwi -ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla we krwi Kontrola poprzez receptory (głównie chemoreceptory) Informacje o wartości parametru przekazywane do punktów odbiorczych Porównanie wartości wykrytej ze stałą wartością prawidłową (tzw. punktem nastawczym) lub z przedziałami akceptowalnymi Centrum integrujące wymusza na efektorach odpowiedź odpowiednią do sytuacji 8 Zasada działania mechanizmu termoregulacji Bilans cieplny organizmu ΔQ = M ± C ± R E ΔQ przyrost ilości ciepła w organizmie M ciepło wytworzone w przemianach metabolicznych C ciepło przyjęte lub oddane przez konwekcję i przewodzenie łącznie R ciepło przyjęte lub oddane przez promieniowanie E ciepło oddane przez ss odparowanie potu i wody 9 10 System termoregulacji Termoreceptory i termodetektory Termoreceptory obwodowe - skóra receptory ciepła Receptory zimna Termodetektory (termowrażliwe neurony) - przednia cześć podwzgórza i szyjna część rdzenia kręgowego Ośrodek termoregulacji - w międzymózgowiu, a dokładniej w podwzgórzu ośrodek eliminacji ciepła - przednia cześć ośrodek zachowania ciepła tylna część Efektory termoregulacji fizycznej: układ krążenia i gruczoły potowe termoregulacji chemicznej: mięśnie szkieletowe, tkanka tłuszczowa, wątroba 11 Termoreceptory obwodowe - skóra Występują w skórze, ~ 2 mln Włókna nerwowe reagują na zmianą częstotliwość wyładowań w określonym zakresie temperatury Reagują na zmiany temperatury przejściowym gwałtownym zwiększeniem wyładowań a potem stabilizują się na odpowiednim poziomie charakterystycznym: dla receptorów zimna w przedziale o C dla receptorów ciepła o C Informacje o: Bezwzględnej temperaturze Zmianach temperatury Informacje do świadomości człowieka: odczuwanie ciepła i zimna termoregulacja behawioralna 12 2

3 Termodetektory (termowrażliwe neurony) Reagują na miejscowe zmiany temperatury krwi przepływającej do mózgu Zwiększają częstotliwość wyładowań i przekazując informacje do ośrodka termoregulacji Wrażliwość termodetektorów na zmiany temperatury krwi warunkuje stosunek w podwzgórzu jonów Na + do Ca 2+ > kationów sodowych przestawienie termostatu biologicznego na wyższą temperaturę > kationów wapniowych obniżenie wzorca temperatury ciała 13 Ośrodek termoregulacji ośrodek dwuczęściowy ośrodek eliminacji ciepła regulujący jego utratę ośrodek zachowania ciepła - odpowiedzialny za zatrzymywanie ciepła w organizmie i stymulacje jego wytwarzania ośrodki połączone drogami po obu bocznych stronach podwzgórza Rdzeń kręgowy zawiera elementy termowrażliwe, umieszczone na ścianach rdzenia 14 Efektory System termoregulacji Wilgotność Bezwzględna [g/m 3 ] - ilość pary wodnej w gramach na 1 m 3 powietrza. Względna [%] - stosunek wilgotności bezwzględnej do maksymalnej. Maksymalna - największa zawartość pary wodnej w gramach, która nasyca 1 m 3 powietrza w danej temperaturze Wpływ wilgotności powietrza na organizm < 30% - wysychanie błon śluzowych górnych dróg oddechowych i osłabienie bariery ochronnej organizmu Wysoka wilgotność powietrza w wysokich temperaturach utrudnia oddawanie ciepła przez parowanie potu W niskich temperaturach zwiększa oddawanie ciepła poprzez przewodzenie

4 Komfort cieplny Najkorzystniejsze warunki mikroklimatu pomieszczenia, w których człowiek czuje się dobrze, a gospodarka cieplna jego organizmu przebiega najekonomiczniej /CIOP/ Komfort cieplny jest to taki stan umysłu, który wyraża zadowolenie z panujących warunków termicznych /ISO 7730/ Komfort cieplny zrównoważony bilans cieplny odpowiednia temperatura wnętrza ciała (37±0,3ºC) odpowiednia temperatura skóry (32-34ºC) brak aktywności gruczołów potowych (do ~20% maks. zdolności utraty ciepła) brak uczucia dyskomfortu Wskaźniki komfortu wg normy ISO 7730 Zależność między PMV i PPD PMV (Predicted Mean Vote) od -0.5 do +0.5 PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) 10% lub mniej PMV składowe oceny poziom metabolizmu praca zewnętrzna izolacyjność termiczna odzieży stosunek powierzchni ciała okrytej odzieżą do powierzchni nieokrytej temperatura powietrza średnia temperatura promieniowania prędkość ruchu powietrza względna wilgotność powietrza Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu rodzaj aktywności poziom metabolizmu [met] ciepło wydzielane [kcal/h] odpoczynek w pozycji leżącej odpoczynek w pozycji siedzącej relaks w pozycji stojącej lub aktywność w pozycji siedzącej (np. praca biurowa) aktywność w pozycji stojącej (np. zakupy, przemysł lekki) średnio intensywna aktywność (np. prace domowe) intensywna aktywność (np. przemysł metalowy) bardzo intensywna aktywność (np. roboty budowlane)

5 Aktywność fizyczna Odzież i jej izolacyjność termiczna rodzaj odzieży izolacyjność cieplna [clo] skąpy kostium kąpielowy dwuczęściowy 0.01 szorty i koszulka sportowa 0.1 krótkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem, cienka bielizna długie cienkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem, cienka bielizna kostium damski lub lekki garnitur męski 0.8 typowy garnitur męski 1.0 garnitur z kamizelką, ciepła bielizna z długimi rękawami i nogawkami ocieplany kombinezon roboczy do prac zimowych 2.2 ubranie polarne Ograniczenia stosowania PMV metabolizm W/m² prędkość powietrza 0-1 m/s temperatura powietrza 10-30ºC średnia temperatura promieniowania 10-40ºC izolacyjność odzieży 0-2 clo 27 Ocena obciążenia termicznego w środowisku gorącym. Wskaźnik WBGT Metoda wykrywająca, pobieżna diagnoza zagrożenia Min. okres narażenia 5 minut Obciążenie termiczne zależy od Właściwości środowiska, szczególnie temperatury Metabolizmu ciepła wytwarzanego przez człowieka podczas pracy fizycznej Poziomu aklimatyzacji 28 Wskaźnik WBGT (wet bulb globe temperature) Dane: Temperatura wilgotna naturalna (t nw ) - wskazywana przez czujnik temperatury pokryty wilgotną tkaniną przy wentylacji naturalnej Temperatura poczernionej kuli (t g ) - wskazywana przez czujnik temperatury umieszczony w środku matowej, poczernionej kuli Temperatura powietrza (t a ) Jeżeli pracownik znajduje się w pozycji stojącej, pomiary przeprowadzane są na wysokości: 1,7; 1,1 i 0,1 m, licząc od podłoża, jeżeli zaś wykonuje on pracę w pozycji siedzącej, czujniki umieszcza się na wysokości 1,1; 0,6 i 0,1 m. Pomiary te powinny być wykonywane jednocześnie. 29 5

6 WBGT Wewnątrz budynków i na zewnątrz bez słońca Wartości odniesienia WBGT przyporządkowane do określonych klas metabolizmu wg normy PN-EN 27243:2005 WBGT = 0,7t nw + 0,3t g Na zewnątrz z nasłonecznieniem WBGT = 0,7t nw + 0,2t g + 0,1t a Gdy wielkości zmienne w przestrzeni pomiar na wysokości położenia głowy, brzucha i kostek. Gdy wartości zmienne w czasie, reprezentatywna wartość średnia 31 Wartości odniesienia wskaźnika WBGT Klasa metabolizmu W/m2 0. (odpoczynek) 1. Praca lekka 2. Umiarkowana 3. Ciężka 4. Bardzo ciężka Osoba zaaklimatyzowana st. C nieodczuwalny odczuwalny ruch powietrza Osoba nie zaaklimatyzowana nieodczuwalny odczuwalny ruch powietrza Wind Chill Index (Indeks Wychładzania) t wc = t a v t a v 0.16 where t wc = effective "wind" temperature ( o C) t a = temperatura powietrza ( o C) v = prędkość ruchu powietrza (km/h) 34 Wind Chill Index wskaźniki ryzyka Hałas...- A dlaczego Babciu masz takie duże uszy? - spytał Czerwony Kapturek. - Żeby Cię lepiej słyszeć Kochana Wnusiu - odparł Wilk

7 Dźwięk Dźwięk definicja Zmiany w ciśnieniu powietrza, rozchodzące się sferycznie od źródła, wywołujące wrażenia słuchowe infradźwięki (zmiany ciśnienia poniżej zakresu słyszalności człowieka) dźwięki słyszalne ultradźwięki (zmiany ciśnienia powyżej zakresu słyszalności człowieka) Fizyczne parametry dźwięku natężenie dźwięku wrażenie głośności dźwięku, zależy od zakresu zmian ciśnienia powietrza (od do 102 Pa), wyrażane w skali logarytmicznej (db) jako poziom natężenia dźwięku lub poziom ciśnienia akustycznego wysokość dźwięku odczucie słyszalnej częstotliwości dźwięku barwa dźwięku struktura fizyczną fali (przebiegiem zmian ciśnienia w czasie) 39 Słuch - funkcje główny zmysł obronny, umożliwia odbiór bodźców z odległych źródeł, niezależnie od ich położenia w przestrzeni pozwala lokalizować potencjalnie niebezpieczne obiekty w przestrzeni dzięki możliwościom oceny kierunku i odległości w przypadku określonych dźwięków alarmuje cały organizm (mechanizm walka lub ucieczka ) system naprowadzający dla zmysłu wzroku umożliwia komunikację miedzyludzką 40 Budowa narządu słuchu Funkcje ucha zewnętrznego - wzmocnienie dźwięku, - udział w lokalizacji źródła dźwięku, - funkcja ochronna

8 poziom natężenia dźwięku (db) Funkcje ucha środkowego Przeniesienie maksimum energii akustycznej ze środowiska do ucha wewnętrznego Ochronna (refleks słuchowy) Funkcje ucha wewnętrznego Przekaz energii akustycznej do mózgu Zmysł równowagi Czułość narządu słuchu Percepcja wysokości i głośności dźwięku zastosowanie praw psychofizyki częstotliwość dźwięku (Hz) 45 Logarytmiczne Prawo Webera-Fechnera - jeśli porównywane są wielkości bodźców, na naszą percepcję oddziałuje nie arytmetyczna różnica pomiędzy nimi, lecz stosunek porównywanych wielkości. Potęgowe Prawo Stevensa zależność między siłą oddziaływania bodźca a bodźcem ma charakter potęgowy, inny dla każdego zmysłu 46 Prawo Webera Fechnera Ernst Heinrich Weber ( ) Prawo Webera Fechnera (1860) Logarytmiczne prawo wyrażane równaniem: Gustav Theodor Fechner ( ) Psychofizyka - nauka zajmującą się zależnościami cech wrażeń zmysłowych od wielkości fizycznych lub chemicznych bodźców, które je wywołują gdzie: w reakcja układu biologicznego (wrażenie zmysłowe, np. głośność dźwięku), k współczynnik proporcjonalności (wyznaczany doświadczalnie) B natężenie bodźca (np. ciśnienie akustyczne), B 0 wartość początkowa natężenia bodźca (np. próg słyszalności), ln logarytm naturalny

9 Prawo Webera Fechnera (1860) wartość początkowa B 0 wartość początkowa natężenia bodźca (np. próg słyszalności) Wartość progowa - umowna najniższa wartość bodźca rejestrowanego przez ludzkie zmysły Umowność wynika z różnic w percepcji u różnych ludzi Implikacje prawa Webera - Fechnera Ilorazowe skale pomiaru wrażeń zmysłowych np. bel i jego wielokrotności. potencjometry logarytmiczne w urządzeniach w celu uzyskania liniowej skali, np. w pokrętle głośności radia (dwa razy dalsza pozycja daje dwa razy głośniejszy dźwięk) Potęgowe Prawo Stevensa (1957) Ψ(I) psychofizyczna funkcja, opisująca zależność subiektywnie odbieranej siły wrażenia od wielkości bodźca gdzie I wielkość bodźca wywołującego wrażenie a wykładnik potęgowy, różny dla różnych zmysłów k współczynnik proporcjonalności, zależny od rodzaju bodźców i stosowanych jednostek miar 51 Przebieg krzywych czułości wg prawa Webera- Fechnera i Stevensa Wg prawa Stevensa wrażenie przestaje być wyczuwalne, gdy wielkość bodźca zmierza do zera. Wg prawa Webera Fechnera wrażenie nie jest odbierane, gdy bodziec jest słabszy od określonej wartości progu percepcji. 52 Inne wielkości zależne od praw psychofizyki Odległość oryginalne doświadczenie Webera. Dotyk skóry tępym cyrklem, badany rozpoznaje, czy kolejne takie dotknięcia są bliższe, czy dalsze sobie Smak stężenie substancji smakowej rozpuszczonej w wodzie Natężenie światła rozróżnienie, które źródło jest jaśniejsze Natężenie dźwięku rozróżnienie, który dźwięk jest głośniejszy Częstotliwość dźwięku rozróżnienie dźwięków o różnej częstotliwości Temperatura rozróżnienie różnych temperatur Interwał czasowy rozróżnienie długości odstępu pomiędzy dźwiękami. Prawodawstwo dyrektywa UE 2003/10/WE Art. 5 ust. 1 Biorąc pod uwagę postęp techniczny oraz dostępne środki ograniczenia ryzyka u źródła, należy podjąć takie działania, aby ryzyko wynikające z narażania na hałas zostało wyeliminowane u źródła lub zredukowane do minimum Wartość graniczna dziennej ekspozycji - 87 db

10 Hałas definicja Niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na sam narząd słuchu, układ nerwowy oraz inne części organizmu człowieka. hałas uciążliwy, nie wywołujący trwałych skutków w organizmie hałas szkodliwy, wywołujący trwałe skutki lub niosący ryzyko ich wystąpienia 55 Rodzaje hałasu ustalony (poziom zmienia się w czasie nie więcej niż o 5 db) nieustalony (dźwięki przerywane lub poziom zmienny o więcej niż 5 db) impulsowy (jedno lub wiele zdarzeń dźwiękowych, każde o czasie trwania mniejszym niż 1 s) Najbardziej niebezpieczny (prawo Webera Fechnera) 56 Rodzaje hałasu Rodzaje hałasu infradźwiękowy (zakres od 2 do 50 Hz) ultradźwiękowy (zakres od 10 do 100 khz) przemysłowy komunalny (w pomieszczeniach mieszkalnych, miejscach użyteczności publicznej i terenach wypoczynkowych) komunikacyjny (w środkach komunikacji indywidualnej i zbiorowej) Hałas w środowisku pracy poziom ekspozycji odniesiony do 8-godzinnego dobowego wymiaru czasu pracy (LEX, 8h) i odpowiadającą mu ekspozycję dzienną (EA, d) odniesiony do tygodnia pracy (LEX, w) i odpowiadającą mu ekspozycję tygodniową (EA, w), (wyjątkowo, w przypadku hałasu oddziałującego na organizm człowieka w sposób nierównomierny w poszczególnych dniach tygodnia) maksymalny poziom dźwięku A (LAmax), szczytowy poziom dźwięku C (LCpeak). Wartości dopuszczalne hałasu

11 Równoważny poziom dźwięku A Przykład Średnia wartość poziomu hałasu zmiennego w czasie, która odpowiada reakcji narządu słuchu narażonego na działanie hałasu o stałym poziomie i w równoważnym przedziale czasu Charakteryzuje Hałas zmienny w czasie Zmienną ekspozycję na hałas Hałas ustalony Hałas nieustalony Poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8-godzinnego dobowego wymiaru czasu pracy (L EX,8h ) lub tygodnia pracy (L EX,w ) L Aeq,Te - równoważny poziom dźwięku A wyznaczony dla czasu ekspozycji T e, T 0 - czas odniesienia= 8h, i - kolejny dzień roboczy w tygodniu, n - liczba dni roboczych w tygodniu (może być różna od 5). Szacowanie ryzyka zawodowego Szacowanie ryzyka dla młodocianych Szacowanie ryzyka dla kobiet w ciąży

12 Metody redukcji hałasu ograniczenie powstawania hałasu (emisji) osłabienie rozprzestrzeniania się hałasu (transmisji) środki ochrony indywidualnej (redukcja immisji) Redukcja emisji hałasu najbardziej efektywna automatyzacja pracy (dźwiękoizolacyjne kabiny sterownicze) wybór i stosowanie procesów technologicznych o małej emisji hałasu wybór i stosowanie maszyn o małej emisji hałasu zmiana warunków pracy maszyny, modernizacja lub wymiana części składowych maszyny Ograniczenie powstawania hałasu - maszyny wyciszanie maszyn dokładne wyważenie elementów ruchomych aerodynamika wlotów i wylotów powietrza materiały tłumiące np. obudowy dźwiękochłonne zastosowanie łożysk cichobieżnych stosowanie nowych rozwiązań technicznych odpowiednia konserwacja maszyny właściwe smarowanie wyważanie części Ograniczenie transmisji hałasu Ochrony zbiorowe z zastosowaniem środków technicznych Zdalne sterowanie Automatyzacja procesów produkcyjnych Urządzenia i materiały ograniczające hałas Środki organizacyjno-administracyjne grupowanie źródeł dźwięku odpowiednie usytuowanie źródeł dźwięku w pomieszczeniu oddzielenie obszarów o małej i dużej emisji hałasu Osłabienie rozprzestrzeniania się hałasu środki techniczne Przykład zastosowania ekranów i pułapek Urządzenia ograniczające hałas (przekierowanie i wytłumienie fali dźwiękowej) Obudowy Tłumiki Ekrany i pułapki dźwiękochłonne Materiały pochłaniające dźwięk (eliminacja hałasu odbitego od przeszkód)

13 Środki ochrony indywidualnej ograniczenie immisji hałasu Aktywne metody redukcji hałasu wkładki przeciwhałasowe jednorazowego i wielorazowego użytku nauszniki i hełmy wkładki (wielo- i jednorazowe) nauszniki Normy PN-EN ISO 3740, PN-EN ISO 9612 i PN-EN ISO określanie wielkości emisji hałasu maszyn PN-EN SO deklarowanie i weryfikowanie wartości emisji hałasu maszyn PN-EN ISO projektowanie maszyn i urządzeń o ograniczonym hałasie PN-EN ISO projektowania stanowisk pracy o ograniczonym hałasie Normy PN-EN 27243:2005 Środowiska gorące. Wyznaczanie obciążenia termicznego działającego na człowieka podczas pracy, oparte na wskaźniku WBGT PN-EN ISO 11079:2008 Ergonomia środowiska termicznego. Wyznaczanie i interpretacja stresu termicznego wynikającego z ekspozycji na środowisko zimne z uwzględnieniem wymaganej izolacyjności cieplnej odzieży (IREQ) oraz wpływu wychłodzenia miejscowego (oryg.) PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego (oryg.) PN-EN 12515:2002 Środowiska gorące. Analityczne określanie i interpretacja stresu cieplnego z wykorzystaniem obliczenia wymaganej ilości potu Dyrektywy 86/188/EWG dotycząca ochrony pracowników przed zagrożeniami związanymi z narażeniem na hałas podczas pracy Zastąpiona przez: 2003/10/WE w sprawie minimalnych wymagań ochrony zdrowia i bezpieczeństwa dotyczących narażenia pracowników na czynniki fizyczne (hałas) 2000/14/WE w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw członkowskich dotyczących emisji hałasu do środowiska przez urządzenia używane na zewnątrz pomieszczeń 77 13