Учебное пособие: Безопасность жизнедеятельности
Количество
теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха,
где
V^В –объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу
времени, «легочная вентиляция», м3/с; ρвд – плотность вдыхаемого влажного
воздуха, кг/м3; Ср–удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, Дж/ (кг • ˚С);
tвыд –температура выдыхаемого воздуха, °С; tад
–температура вдыхаемого воздуха, °С.
«Легочная
вентиляция» определяется как произведение объема воздуха вдыхаемого за один
вдох, Vв-в, м3 на частоту дыхания в секунду п: V^в=Vв-вn.
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: Q^=f(J; φ; tос). 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
температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного
давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки
организма Qтп=f(toc; w; ψ; B; Tоп; J).
Параметры–температура
окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма–характеризуют
конкретную производственную обстановку и отличаются большим многообразием.
Остальные параметры–температура, скорость, относительная влажность и
атмосферное давление окружающего воздуха –получили название параметров микроклимата.
Влияние
параметров микроклимата на самочувствие человека. Параметры микроклимата
оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его
работоспособность. Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха
способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при
испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. Повышение
скорости воздуха ухудшает самочувствие, так как способствует усилению
конвективного теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота.
При
повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Исследователями
установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека
начинает падать. Для человека определены максимальные температуры в зависимости
от длительности их воздействия и используемых средств защиты. Предельная
температура вдыхаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в
течение нескольких минут без специальных средств защиты, около 116 °С. На рис.1.1.
представлены ориентировочные данные о переносимости температур, превышающих 60
°С. Существенное значение имеет равномерность температуры. Вертикальный градиент
ее не должен выходить за пределы 5 °С.
Переносимость
человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от
влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность,
тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев
тела. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека
оказывает высокая влажность при tос > 30 °С, так как при этом почти все
выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При
повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного
покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и
не обеспечивающее необходимую теплоотдачу.
Недостаточная
влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие
интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и
растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами. Поэтому
при длительном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется
ограничиваться относительной влажностью в пределах 30...70%.
Вопреки
установившемуся мнению величина потовыделения мало зависит от недостатка воды в
организме или от ее чрезмерного потребления. У человека, работающего в течение
3 ч без питья, образуется только на 8% меньше пота, чем при полном возмещении
потерянной влаги. При потреблении воды вдвое больше потерянного количества
наблюдается увеличение потовыделения всего на 6% по сравнению со случаем, когда
вода возмещалась на 100%. Считается допустимым для человека снижение его массы
на 2...3% путем испарения влаги – обезвоживание организма. Обезвоживание на 6%
влечет за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения;
испарение влаги на 15... 20% приводит к смертельному исходу.
Вместе
с потом организм теряет значительное количество минеральных солей (до 1%, в том
числе 0,4...0,6 NaCI). При неблагоприятных условиях потеря жидкости может
достигать 8–10 л за смену и в ней до 60 г поваренной соли (всего в организме около 140 г NaCI). Потеря соли лишает кровь способности удерживать воду и
приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. При высокой
температуре воздуха легко расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
Для
восстановления водного баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты
подпитки подсоленной (около 0,5% NaCI) газированной питьевой водой из расчета 4...5
л на человека в смену. На ряде заводов для этих целей применяют
белково-витаминный напиток. В жарких климатических условиях рекомендуется пить
охлажденную питьевую воду или чай.
Длительное
воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажностью
может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию
перегревания организма выше допустимого уровня –гипертермии –состоянию, при
котором температура тела поднимается до 38...39 °С. При гипертермии и как
следствие тепловом ударе наблюдаются головная боль, головокружение, общая
слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота,
обильное потовыделение. Пульс и дыхание учащены, в крови увеличивается
содержание азота и молочной кислоты. При этом наблюдается бледность, синюшность,
зрачки расширены, временами возникают судороги, потеря сознания.
Производственные
процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и
влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения и даже переохлаждения
организма гипотермии. В начальный период воздействия умеренного холода
наблюдается уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдоха. При
продолжительном действии холода дыхание становится неритмичным, частота и объем
вдоха увеличивается, изменяется углеводный обмен. Прирост обменных процессов
при понижении температуры на 1 °С составляет около 10%, а при интенсивном
охлаждении он может возрасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена.
Появление мышечной дрожи, при которой внешняя работа не совершается, а вся энергия
превращается в теплоту, может в течение некоторого времени задерживать снижение
температуры внутренних органов. Результатом действия низких температур являются
холодовые травмы.
Параметры
микроклимата оказывают существенное влияние и на производительность труда. Так,
повышение температуры с 25 до 30 °С в прядильном цехе Ивановского камвольного
комбината привело к снижению производительности труда и составило 7% (Ю.А. Шиков,
1972 г). Институт гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР (1980 г) установил, что производительность труда работников машиностроительного предприятия при
температуре 29,4 °С снижается на 13%, а при температуре 33,6°С на 35% по сравнению
с производительностью при 26°С.
В
горячих цехах промышленных предприятий большинство технологических процессов
протекает при температурах, значительно превышающих температуру воздуха
окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой
энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. При температуре
до 500°С с нагретой поверхности излучаются тепловые (инфракрасные) лучи с
длиной волны 740...0,76 мкм, а при более высокой температуре наряду с
возрастанием инфракрасного излучения появляются видимые световые и ультрафиолетовые
лучи.
Длина
волны лучистого потока с максимальной энергией теплового излучения определяется
по закону смещения Вина (для абсолютного черного тела) λEmax=2,9∙103/T. У
большинства производственных источников максимум энергии приходится на
инфракрасные лучи (λEmax > 0,78 мкм).
Инфракрасные
лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием
теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается
кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется
кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и
нервной систем.
По
характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи подразделяются на
коротковолновые лучи с длиной волны 0,76...1,5 мкм и длинноволновые с длиной
более 1,5 мкм. Тепловые излучения коротковолнового диапазона глубоко проникают
в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания,
усиленное потовыделение, а при длительном облучении - тепловой удар. Длинноволновые
лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе кожи.
Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз
вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
Кроме
непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает окружающие
конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением
и конвекцией, в результате чего температура воздуха внутри помещения
повышается.
Общее
количество теплоты, поглощенное телом, зависит от размера облучаемой поверхности,
температуры источника излучения и расстояния до него. Для характеристики
теплового излучения принята величина, названная интенсивностью теплового
облучения. Интенсивность теплового облучения JE - это
мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой поверхности.
Облучение
организма малыми дозами лучистой теплоты полезно, но значительная интенсивность
теплового излучения и высокая температура воздуха могут оказать неблагоприятное
действие на человека. Тепловое облучение интенсивностью до 350 Вт/м2 не
вызывает неприятного ощущения, при 1050 Вт/м2 уже через 3...5 мин на
поверхности кожи появляется неприятное жжение (температура кожи повышается на 8...10°С),
а при 3500 Вт/м2 через несколько секунд возможны ожоги. При облучении интенсивностью
700...1400 Вт/м2 частота пульса увеличивается на 5...7 ударов в минуту. Время
пребывания в зоне теплового облучения лимитируется в первую очередь
температурой кожи, болевое ощущение появляется при температуре кожи 40...45 ˚С
(в зависимости от участка).
Интенсивность
теплового облучения на отдельных рабочих местах может быть значительной.
Например, в момент заливки стали в форму она составляет 12 000 Вт/м2; при
выбивке отливок из опок 350... 2000 Вт/м2, а при выпуске стали из печи в ковш
достигает 7000 Вт/м2.
Атмосферное
давление оказывает существенное влияние на процесс дыхания и самочувствие
человека. Если без воды и пищи человек может прожить несколько дней, то без
кислорода - всего несколько минут. Основным органом дыхания человека,
посредством которого осуществляется газообмен с окружающей средой (главным
образом О2. и СO2), является трахибронхиальное дерево и большое число
легочных пузырей (альвеол), стенки которых пронизаны густой сетью капиллярных сосудов.
Общая поверхность альвеол взрослого человека составляет 90...150 м2. Через
стенки альвеол кислород поступает в кровь для питания тканей организма.
Наличие
кислорода во вдыхаемом воздухе - необходимое, но недостаточное условие для
обеспечения жизнедеятельности организма. Интенсивность диффузии кислорода в
кровь определяется парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе (po2,
мм рт. ст).
Экспериментально
установлено:
где
В-атмосферное давление вдыхаемого воздуха, мм рт. ст.; 47 - парциальное
давление насыщенных водяных паров в альвеолярном воздухе, мм рт. ст.; Vco2
- объем кислорода, содержащийся в альвеолярном воздухе,%; р со2 - парциальное
давление углекислого газа в альвеолярном воздухе; р co2 ≈ 40 мм рт. ст.
Наиболее
успешно диффузия кислорода в кровь происходит при парциальном давлении кислорода
в пределах 95...120 мм рт. ст. Изменение Po2 вне этих
пределов приводит к затруднению дыхания и увеличению нагрузки на
сердечно-сосудистую систему. Так, на высоте 2...3 км (Po2 ≈ 70 мм рт. ст) насыщение крови кислородом снижается до такой степени, что вызывает усиление
деятельности сердца и легких. Но даже длительное пребывание человека в этой
зоне не сказывается существенно на его здоровье, и она называется зоной
достаточной компенсации. С высоты 4 км (Po2 ≈60 мм
рт. ст) диффузия кислорода из легких в кровь снижается до такой степени, что, несмотря
на большое содержание кислорода (Vo2 ≈21%), может наступить кислородное
голодание – гипоксия. Основные признаки гипоксии – головная боль,
головокружение, замедленная реакция, нарушение нормальной работы органов слуха
и зрения, нарушение обмена веществ.
Как
показали исследования, удовлетворительное самочувствие человека при дыхании
воздухом сохраняется до высоты около 4 км, чистым кислородом (VO2 =
100%) до высоты около 12 км. При длительных полетах на летательных аппаратах на
высоте более 4 км применяют либо кислородные маски, либо скафандры, либо
герметизацию кабин. При нарушении герметизации давление в кабине резко
снижается. Часто этот процесс протекает так быстро, что имеет характер
своеобразного взрыва и называется взрывной декомпрессией. Эффект воздействия
взрывной декомпрессии на организм зависит от начального значения и скорости
понижения давления, от сопротивления дыхательных путей человека, общего состояния
организма.
В
общем случае чем меньше скорость понижения давления, тем легче она переносится.
В результате исследований установлено, что уменьшение давления на 385 мм рт. ст. за 0,4 с человек переносит без каких-либо последствий. Однако новое давление, которое
возникает в результате декомпрессии, может привести к высотному метеоризму и
высотным эмфиземам. Высотный метеоризм –это расширение газов, имеющихся в
свободных полостях тела. Так, на высоте 12 км объем желудка и кишечного тракта увеличивается в 5 раз. Высотные эмфиземы, или высотные боли – это переход газа
из растворенного состояния в газообразное.
В
ряде случаев, например при производстве работ под водой, в водонасыщенных
грунтах работающие находятся в условиях повышенного атмосферного давления. При
выполнении кессонных и глубоководных работ обычно различают три периода:
повышения давления – компрессия; нахождения в условиях повышенного давления и
период понижения давления –декомпрессия. Каждому из них присущ специфический
комплекс функциональных изменений в организме.
Избыточное
давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в
альвеолярном воздухе, к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной
мускулатуры, необходимой для производства вдоха-выдоха. В связи с этим работа
на глубине требует поддержания повышенного давления с помощью специального
снаряжения или оборудования, в частности кессонов или водолазного снаряжения.
При
работе в условиях избыточного давления снижаются показатели вентиляции легких
за счет некоторого урежения частоты дыхания и пульса. Длительное пребывание при
избыточном давлении приводит к токсическому действию некоторых газов, входящих
в состав вдыхаемого воздуха. Оно проявляется в нарушении координации движений,
возбуждении или угнетении, галлюцинациях, ослаблении памяти, расстройстве
зрения и слуха.
Наиболее
опасен период декомпрессии, во время которого и вскоре после выхода в условиях
нормального атмосферного давления может развиться декомпрессионная (кессонная)
болезнь. Сущность ее состоит в том, что в период компрессии и пребывания при
повышенном атмосферном давлении организм через кровь насыщается азотом. Полное
насыщение организма азотом наступает через 4 ч пребывания в условиях
повышенного давления.
В
процессе декомпрессии вследствие падения парциального давления в альвеолярном
воздухе происходит десатурация азота из тканей. Выделение азота осуществляется
через кровь и затем легкие. Продолжительность десатурации зависит в основном от
степени насыщения тканей азотом (легочные альвеолы диффундируют 150 мл азота в
минуту). Если декомпрессия производится форсированно, в крови и других жидких
средах образуются пузырьки азота, которые вызывают газовую эмболию и как ее
проявление–декомпрессионную болезнь. Тяжесть декомпрессионной болезни определяется
массовостью закупорки сосудов и их локализацией. Развитию декомпрессионной
болезни способствует переохлаждение и перегревание организма. Понижение
температуры приводит к сужению сосудов, замедлению кровотока, что замедляет
удаление азота из тканей и процесс десатурации. При высокой температуре
наблюдается сгущение крови и замедление ее движения.
Терморегуляция
организма человека. Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена
человека с окружающей средой, как было показано выше, являются параметры микроклимата.
В естественных условиях на поверхности Земли (уровень моря) эти параметры
изменяются в существенных пределах. Так, температура окружающей среды
изменяется от - 88 до +60 °С; подвижность воздуха –от 0 до 100 м/с;
относительная влажность–от 10 до 100% и атмосферное давление –от 680 до 810 мм рт. ст.
Вместе
с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека.
Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции,
способствующие его восстановлению. Процессы регулирования тепловыделений для
поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией.
Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к
36,5 °С. Процессы регулирования тепловыделений осуществляются в основном тремя
способами: биохимическим путем; путем изменения интенсивности кровообращения и
интенсивности потовыделения.
Терморегуляция
биохимическим путем заключается в изменении интенсивности происходящих в
организме окислительных процессов. Например, мышечная дрожь, возникающая при
сильном охлаждении организма, повышает выделение теплоты до 125... 200Дж/с.
Терморегуляция
путем изменения интенсивности кровообращения заключается в способности
организма регулировать подачу крови (которая является в данном случае теплоносителем)
от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расширения
кровеносных сосудов. Перенос теплоты с потоком крови имеет большое значение
вследствие низких коэффициентов теплопроводности тканей человеческого
организма–0,314...1,45 Вт/(м'°С) При высоких температурах окружающей среды
кровеносные сосуды кожи расширяются, и к ней от внутренних органов притекает
большое количество крови и, следовательно, больше теплоты отдается окружающей
среде. При низких температурах происходит обратное явление: сужение кровеносных
сосудов кожи, уменьшение притока крови к кожному покрову и, следовательно,
меньше теплоты отдается во внешнюю среду (рис.1.2). Как видно из рис.1.2,
кровоснабжение при высокой температуре среды может быть в 20...30 раз больше,
чем при низкой. В пальцах кровоснабжение может изменяться даже в 600 раз.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35
|