Środowisko pracy Mikroklimat dr inż. Katarzyna Jach Definicja 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
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 Temperatura skalarna wielkość fizyczna określająca stopień ogrzania ciała. miara średniej energii kinetycznej ruchu cząsteczek Stopnie Celsjusza lub Kelwina Najważniejszy parametr mikroklimatu 7 8 Temperatura powietrza Temperatura powietrza wokół ciała ludzkiego Średnia promieniowania temperatura Jednolita temperatura wyobrażonej osłony, w której przenoszenie ciepła promieniowania jest takie jak w rzeczywistej osłonie niejednolitej (temperatura poczernionej kuli) Reakcje fizjologiczne na ciepło Pocenie się Zaczerwienienie wzrost przepływu krwi w naczyniach włosowatych Szybsze tętno Dodatni bilans cieplny 9 10 Zmiany w funkcjonowaniu organizmu - ciepło zwiększone obciążenie układu sercowonaczyniowego redukcja aktywności mięśniowej wyłączenie układu trawienia odwodnienie Skurcze mięśni (zaburzenie równowagi elektrolitowej) Wpływ mikroklimatu na człowieka - ciepło uczucie wyczerpania i senności spadek wydajności pracy wydłużony czas reakcji zmniejszona spostrzegawczość wzrost ilości błędów wzrost wypadkowości 11 12 2
Reakcje fizjologiczne na zimno Gęsia skórka Sinienie Dreszcze Odcinanie dopływu krwi do palców Zmiany w funkcjonowaniu organizmu - zimno odczuwalne obniżenie temperatury skóry zwiększenie tempa metabolizmu utrata elastyczności i siły mięśni spowolnienie przewodzenia bodźców nerwowych zmiany behawioralne Ujemny bilans cieplny 13 14 Wpływ mikroklimatu na człowieka - zimno uczucie niepokoju, zdenerwowania spadek czujności i koncentracji spadek wydajności pracy gorsze wyniki pracy umysłowej 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 15 16 Wpływ wilgotności powietrza na organizm Wilgotność a komfort cieplny < 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 17 18 3
Sprawność (%) Ruch powietrza Względna prędkość cząstek powietrza [m/s] Efekt różnicy ciśnień lub temperatur Wpływ szybkiego ruchu powietrza na organizm obniżenie ciśnienia krwi bóle głowy bóle serca wzmożona pobudliwość nerwowa bóle mięśniowe 19 20 Temperatura efektywna (Effective temperature) wskaźnik temperatury powietrza o wilgotności 50% dla którego człowiek wymienia taką samą całkowitą ilość ciepła, jaką wymienia w rzeczywistych warunkach Wskaźnik odczuwalności cieplnej Temperatura efektywna (Effective temperature) wyznaczona empirycznie w komorach klimatycznych z uwzględnieniem parametrów fizjologicznych przez C. P. Yaglou i F. C. Houghtona Uwzględnia: temperaturę powietrza średnią temperaturę promieniowania przegród w pomieszczeniu ciśnienie cząstkowe pary wodnej 21 22 Temperatura efektywna Houghten i Yaglou, 1923 r. Zależność sprawności fizycznej od temperatury efektywnej. 120 100 80 60 40 20 0 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Temperatura efektywna 23 24 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 25 26 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 27 28 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 0.8 70 odpoczynek w pozycji siedzącej 1.0 90 relaks w pozycji stojącej lub aktywność w pozycji siedzącej (np. praca biurowa) aktywność w pozycji stojącej (np. zakupy, przemysł lekki) 1.2 110 1.6 145 średnio intensywna aktywność (np. prace domowe) 2.0 180 intensywna aktywność (np. przemysł metalowy) 3.0 270 bardzo intensywna aktywność (np. roboty budowlane) 4.0 6.0 360 540 29 30 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 0.2 0.5 kostium damski lub lekki garnitur męski 0.8 typowy garnitur męski 1.0 garnitur z kamizelką, ciepła bielizna z długimi rękawami i nogawkami 1.5 31 ocieplany kombinezon roboczy do prac zimowych 2.2 ubranie polarne 3-4 32 Izolacyjność odzieży a komfort cieplny Ograniczenia stosowania PMV metabolizm 58 232 W/m² prędkość powietrza 0-1 m/s temperatura powietrza 10-30ºC średnia temperatura promieniowania 10-40ºC izolacyjność odzieży 0-2 clo Amicro 1.0 33 34 Komfort cieplny pracownik biurowego temperatura pomieszczenia 21 26ºC chłodzenie izotermicznym przepływem powietrza do 30ºC, a powyżej 30ºC zimną strugą pionowy gradient temperatury na wysokości człowieka do 3K asymetria temperatury promieniowania (od okien) do 10K a od sufitu do 5K temperatura powierzchni podłogi 19-29ºC wilgotność powietrza 30-70% Środki tworzące korzystny mikroklimat Urządzenia techniczne Grzewcze Wentylacyjne Klimatyzacyjne Środki ochrony osobistej i indywidualnej Środki organizacyjne Rytm przerw i pracy Separacja pracowników od środowisk zimnych/ gorących Rotacja pracowników 35 36 6
Środki zmniejszające obciążenie cieplne powodowane słońcem Zwiększenie współczynnika odbicia Przegrody nieprzezroczyste Wzrost wymiany ciepła (np. zraszanie) Zwiększenie odporności termicznej przegród Przegrody oszklone Wystawa gł. północna Żaluzje, szczególnie zewnętrzne Wind Chill Index (Indeks Wychładzania) t wc = 13.12 + 0.6215 t a - 11.37 v 0.16 + 0.3965 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) 37 38 Wind Chill Index effects Humidex / Heat Index (Indeks Cieplny) 39 40 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 Literatura Termofizjologia, mikroklimat i komfort cieplny, http://www.ergonomia.ioz.pwr.wroc.pl Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 17 czerwca 1998 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz.U. nr 79, poz. 513. 41 42 7