CC BY
4
УДК Gl3.64б
И. И. Солдак, В. А. Максимович, В. А. Мальцев, В. И. Остапенко
ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
Донецкий НИИ гигиены труда и профзаболеваний
Различные сочетания параметров микроклимата могут привести к равноценному (эквивалентному) напряжению физиологических функций организма. Так, установлено, что тепловое состояние человека не изменяется при повышении температуры влажного воздуха до 28 °С, если при этом увеличить его скорость до 3 м/с [111. В «Руководстве по гигиене водного транспорта» 17] отмечается, что обдувание тела со скоростью 1,5—2 м/с равноценно снижению температуры воздуха на 4—6 °С, а в другой работе [8) указывается на равноценность увеличения влажности возрастанию температуры в условиях нагревающего микроклимата. Наши исследования (101 показали, что эквивалентное физиологическое состояние может быть при увеличении скорости движения воздуха от 0,5 до 3,5 м/с при температуре от 20 до 30 °С. В приведенных данных, как правило, установлено соответствие между двумя (реже — тремя) отдельными показателями и в ограниченном диапазоне, не всегда принимаются во внимание такие физические факторы, как атмосферное давление, плотность воздуха, а также тяжесть работы. Нет четкого сопоставления всех параметров, базирующегося на одном показателе. Между тем при проектировании и создании искусственного микроклимата производственных помещений, средств индивидуальной защиты необходимо знать физиологическую цену изменения каждого параметра. Тогда возможно оптимизировать микроклимат, комбинируя различные сочетания температуры, влажности, подвижности и др. с учетом тяжести работы.
В связи с изложенным актуальным является поиск эквивалентов изменения микроклиматических параметров. Этой задаче посвящена данная работа, в которой обобщаются материалы наших исследований и литературы [1—3, 5, 6, 11—15] с позиций теоретических положений термодинамики и физиологии теплообмена человека.
Исследования проводили в лабораторных и производственных условиях на добровольцах. В лабораторных условиях было поставлено 6 серий опытом с участием 95 студентов в возрасте 20— 30 лет и около 300 кадровых горнорабочих 1 от 23 до 50 лет. В микроклиматической камере создавали различные сочетания температуры (20—55 °С с интервалом 5—10 °С) и относительной влажности (35—100% с интервалом 15—40%) воздуха. В производственных условиях угольных шахт с участием 85 кадровых горнорабочих 28—35 лет прове-
1 Горнорабочие с подземным стажем работы не менее 3 лет, адаптированные к соответствующим микроклиматическим условиям.
дены 4 серии натурных физиологических наблюдений при температуре воздуха 20—29°С и относительной влажности 70—95%. В одних случаях окружающий воздух был практически неподвижен, в других скорость его движения повышалась от 0,3 до 3,5 м/с (с интервалом 0,3—0,5 м/с) за счет принудительной вентиляции или воздушного ду-ширования.
Тепловое состояние испытуемых оценивали общепринятыми методами [2, 3]. Определяли средневзвешенную температуру кожи (СВТК) и температуру тела (ректальную или подъязычную и подмышечную) по результатам замеров электрическим термометром ТПЭМ, оценивали тепловое ощущение. Теплопродукцию организма определяли методом непрямой калориметрии. Частоту пульса измеряли^ электрокардиографом ЭК1Т-04 или пальпаторно.
Температуру воздуха определяли аспирационным психрометром Ассмана, относительную влажность — по психрометрическим таблицам, скорость движения воздуха — крыльчатым аненометром, теплосодержание воздуха — по таблицам [9]. Полученный материал обработан методом вариационной статистики с использованием математического моделирования.
Известно [9, 13], что температура, относительная влажность и атмосферное давление воздуха интегрируются единым показателем — энтальпией (теплосодержанием). Установлено, что при различных сочетаниях температуры, влажности и давления воздуха, но одинаковой его энтальпии показатели функционального состояния человека достоверно не различаются. Например, оптимальным [21 тепловое состояние испытуемых при выполнении легкой работы было при температуре и относительной влажности воздуха соответственно 23 °С и 70% 21 °С и 85%, 20 °С и 100% и постоянном атмосферном давлении 850 мм рт. ст. ^ Оно оставалось оптимальным и при относительной влажности и атмосферном давлении 65% и 740 мм рт. ст., 70% и 760 мм рт. ст., 85% и 850 мм рт. ст. и постоянной температуре 22 °С, при температуре и атмосферном давлении 27 °С и 740 мм рт. ст., 27,5 °С и 760 мм рт. ст., 29 °С и 875 мм рт. ст. и постоянной относительной влажности 40%. Указанные сочетания параметров микроклимата соответствовали энтальпии 50— 55 кДж/кг.
С изменением энтальпии воздуха изменялись показатели функционального состояния испытуемых: температура тела и кожи, теплоощущение, частота пульса и др. Так, при энтальпии 67 кДж/кг по сравнению с энтальпией 50 кДж/кг, уже через
-£Г> мин прирост СВТК составил 1,5—0,1 °С (Р< <0,01), ректальной температуры — 0,5±0,12°С (РСО.02), частоты пульса — 36±4 в минуту (Ж <0,01). Теплоощущение оценивалось как «тепло», в то время как при энтальпии 50 кДж/кг оно было комфортным.
Теплообмен организма осуществляется за счет разности энтальпий воздуха окружающей среды 1В и тонкого (пограничного) слоя влажного воздуха, прилегающего к телу человека 1т. Температура пограничного слоя соответствует СВТК, а его относительная влажность приближается к 100%. При оптимальных микроклиматических условиях, когда СВТК порядка 33 °С, 1т составляет 115— 120 кДж/кг.
Энтальпия неподвижного воздуха, соответствующая оптимальному функциональному состоянию организма, зависит от тяжести выполняемой работы. Так, при легкой работе она около 50 кДж/кг, при работе средней тяжести — 43 кДж/кг, при тяжелой — 37 кДж/кг, при очень тяжелой — 31 кДж/кг.
Для теплообмена организма важна также динамическая характеристика воздушной среды. К ней относится не только скорость движения воздуха, измеряемая в линейных единицах (метрах в секунду), но и площадь его соприкосновения с телом человека, плотность газа (воздуха)» зависящая от его физических параметров (температуры, давления и др.). Эта группа факторов объединяется в один показатель — плотность потока воздуха I, измеряемую в кг/(м2-с).
Установлено, что при различных сочетаниях скорости движения воздуха и его плотности, площади поверхности тела, но одинаковой плотности воздушного потока функциональное состояние организма достоверно не различается. Так, тепловое состояние у испытуемых, выполнявших легкую работу при энтальпии воздуха 52 кДж/кг, было равноценным при сочетаниях плотности и скорости движения воздуха 2,362 кг/м3 и 0,5 м/с, 1,687 кг/'м3 и 0,7 м/с, 0,084 кг/м3 и 1,2 м/с, которым соответствовала плотность воздушного потока 1,181 кг/(м2-с). С изменением плотности воздушного потока изменялось функциональное состояние ^испытуемых. Например, увеличение I до 1,706 кг/(м2-с) приводило к снижению СВТК на 0,6±0,1 °С (Ж0.02), температуры тела — на 0,3±0,1 "С (Ж0.05), частоты пульса — на 6± ±1 в минуту (Ж0.02).
Анализ результатов исследований и данных литературы [3, 10, 13] показал, что зависимость между изменением плотности воздушного потока и функциональным состоянием человека не является линейной. Это особенно сказывается на процессе теплообмена организма. Так, максимальная эффективность отдачи тепла происходит при относительно небольшой плотности воздушного потока — порядка 0,6—1,2 кг/(м2-с). Дальнейшее ее увеличение приводит лишь к незначительному росту теплое ъема.
Рис. I. Зависимость эффективности теплообмена от плотности потока воздуха. По оси абсцисс — I I» кг/(и'.с)1: по оси ординат — к■ 10 • (в усл. ед.); / — оптимальный микроклиматические условия; // — допустимые микроклиматические условии.
Рис. 2. Номограмма для определения сочетаний скорости движения (и, м/с), относительной влажности (ф, %) и температуры (I, С) воздуха, приводящих к эквивалентному физиологическому состоянию.
С помощью математического анализа результатов исследований получен коэффициент к, характеризующий зависимость эффективности теплообмена от плотности потока воздуха. Его значения представлены на рис. 1 для оптимальных и допустимых микроклиматических условий.
Как видно из графика, к с повышение I снижается нелинейно. При I около 2,2—2,3 кг/(м2-с) он приближается к тем значениям, при которых дальнейшее увеличение I не оказывает существенного влияния на теплообмен.
Как уже указывалось, тепловое состояние человека существенно зависит от тяжести выполняемой работы, что связано с образованием в организме разных по мощности тепловых потоков.
Плотность внутреннего теплового потока я, направляющегося к едннице площади поверхности тела, зависит также от коэффициента полезного действия мышечной работы, который составляет 2—5% при легкой работе и 30—35% при очень тяжелой [4, 13, 151. При легкой работе р будет около 0,125 кВт/м2, при работе средней тяжести — 0,146 кВт/м2, при тяжелой — 0,164 кВт/м2, при очень тяжелой — 0,187 кВт/м2.
Для сохранения теплового баланса внутренний тепловой поток необходимо отвести от организма. Следует создать такой внешний поток, идущий от поверхности тела в окружающую среду, который бы уравновесил поток, идущий к поверхности тела от внутренних источников теплообразования. В связи с изложенным уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид: <7=А1-.Ьк, где ц — плотность внутреннего теплового потока (в кВт/м2); А/-У-Л — плотность внешнего теплового потека (в кВт/м2); А/ — разность энтальпий окружающей среды /„и пограничного слоя воздуха /,„ (в кДж/кг); J — плотность потока воздуха [в кг/(м2-с}1, к —
коэффициент эффективности теплообмена (в усл. ед).
Физиологическую эквивалентность разнообразных сочетаний параметров микроклимата представляется возможным установить по интегральному показателю — теплоградиенту А:
Например, в оптимальных микроклиматических условиях 2 при нормальном атмосферном давлении для человека, выполняющего работу средней тяжести (<7=0,146 кВтм2), термоградиент будет равен нулю при /„ порядка 52 кДж/кг и J 0,7 кг/(м2-с), что соответствует температуре, влажности и скорости движения воздуха 22 °С, 70% и 0,5 м'с соответственно. Эквивалентное состояние может наблюдаться и при множестве различных других сочетаний параметров микроклимата. Иллюстрацией этого служит номограмма эквивалентных сочетаний скорости, температуры и влажности воздуха при выполнении человеком работы средней тяжести (рис. 2).
С увеличением (уменьшением) тяжести физического груда на 1 категорией эквивалентное физиологическое состояние сохраняется при снижении (повышении) температуры воздуха на 2 °С.
Выводы. 1. Тепловое состояние человека зависит от сочетаний параметров микроклимата и теплопродукции организма, объединенных в показателе — термоградиенте, включающем разность энтальпий окружающей среды и пограничного с кожей слоя воздуха, плотность воздушного потока и коэффициент эффективности теплообмена, а также плотность внутреннего теплового потока тела,
г Критерием оптимальности является сбалансированность процессов образования и отдачи тепла, в этом случае А=0; при А>0 микроклимат считается нагревающим, при А<0 — охлаждающим; для нагревающего микроклимата допустимые условия будут при 0<А<0,6, для охлаждающего — при 0>АЗ»—0,6.
определяемого тяжестью выполняемой работы ^ коэффициентом полезного действия. W
2. Установлены физиологические эквиваленты изменения параметров микроклимата и тяжести труда. Увеличение скорости движения воздуха на
1 м/с равноценно снижению его температуры на
2 °С, относительной влажности на 20% и тяжести труда на 1 категорию.
Литература
1. Ажаев А. Н. Физиолого-гигиенические аспекты действия высоких и низких температур. М., 1979.
2. Афанасьева Р. Ф., Репин Г. Н., Павлухин Л. В. и др. — Гиг. и сан., 1983, № 7, с. 79—81.
3. Витте Н. К• Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956.
4. Загрядский В. П., Сулимо-Самуйли 3. К. Физические нагрузки современного человека. Л., 1982.
5. Кощеев В. С. Физиология и гигиена индивидуальной защиты человека от холода. М., 1981.
6. Проектирование и эксплуатация шахтных систем кондиционирования воздуха/Цейтлин Ю. А., Абрамова Т. Г., Могилевский В. И. и др. М., 1983.
7. Руководство по гигиене водного транспорта /Под ред. Е. П. Сергеева. М., 1974.
8. Сапов И. А., Солодков А. С. Состояние функций организма и работоспособность моряков. Л.. 1980. 4
9. Свойства влажного воздуха при давлениях 500— 1000 мм рт. сг. Таблицы и диаграммы. М., 1963.
10. Солдак И. И. — Гиг. труда, 1981, № 3, с. 24—27.
11. Шаптала А. .4. — В кн.: Гигиена труда. Киев, 1966, с. 5—11.
12. Ill гейфман Ф. М., Захаренко М. П., Лащук А. А. — Гиг. и сан., 1983, № 7, с. 9—11.
13. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений: Расчет комфортных параметров по теплоощущениям человека. Пер. с венг. М., 1981.
14. Kerslake D. Mck. The Stress of Hot Environments. Cambridge. 1972.
15. Fanner P. 0. Thermal Comfort. New York, 1972.
Поступила 0G.03.85
Summary. Physiological index of equivalence for various combinations of microclimate parameters has been developed by generalizing the results of laboratory and pilot plant research on the basis of theoretical propositions of thermodynamics. The index serves to characterize the intensity of interrelationship between human body and environmental heat flow.' Ways of achieving equivalent states of the body are suggested.
УДК в 13.632+614.721:647.551.11-07:616.9-092-092.9
Р. В. Меркурьева, Т. М. Агапова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ БИОХИМИЧЕСКИМИ, ИММУНОЛОГИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ И СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬЮ ОРГАНИЗМА ИНФЕКЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ АНИЛИНА
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Одной из важнейших задач медико-биологических исследований в гигиене являются экспериментальное обоснование и апробация критериев гигиенической оценки предпатологических реакции организма человека и животных на воздействие факторов окружающей среды [121. Разработаны методические рекомендации по применению бнохи-
мических, цитологических, цитохимических, физико-химических, электронно-микроскопических и других методов для оценки ранних функциональных реакций человека и животных (на уровне организма, систем, органов, клеток и биологических жидкостей и др.) 17—91.
В настоящей работе проведен корреляционный
