CC BY
35
УДК 613.481 612.014.43
Физиолого-гигиеническое обоснование применения утеплителя из оленьей шерсти в зимней мециальной одежде для работников газового комплекса в Арктике
Т.К. Лосик1, Е.И. Константинов2*
1 ФГБНУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова», Российская Федерация, 105275, г. Москва, пр-т Буденного, д. 31
2 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, вл. 15, стр. 1
* E-mail: [email protected]
Ключевые слова:
Арктика, климат,
тепловое состояние организма, температура кожи, защитная одежда от пониженных температур, гигиенические свойства материалов.
Освоение газовых месторождений на арктическом шельфе осуществляется в суровых климатических условиях. Комплексное действие факторов производственной среды и охлаждающего микроклимата создает рабочую среду с экстремальными условиями труда, что негативно влияет на здоровье человека и снижает качество выполняемой работы.
Понятие «охлаждающий микроклимат» характеризуется сочетанием физических факторов: температуры воздушной среды, влажности воздуха, скорости его движения, теплового излучения, оказывающего влияние на теплообмен человека с окружающей средой, при котором имеет место превышение суммарной теплоотдачи в окружающую среду над величиной теплопродукции организма, приводящее к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле человека.
В арктических условиях работники газовой отрасли на открытой территории большую часть года подвергаются воздействию холода. Известно, что физиологические возможности системы терморегуляции организма противостоять развитию гипотермии в охлаждающей среде весьма незначительны. Поэтому необходим обязательный комплекс мер, направленных на снижение тепловых потерь организма человека и профилактику неблагоприятного влияния холода на состояние здоровья работников. Комплекс мероприятий включает: обеспечение специальной теплозащитной одеждой, регламентацию продолжительности пребывания на холоде и перерывов на обогрев, организацию системы питания, медицинского контроля состояния здоровья и др.
В таких экстремальных условиях основная проблема сохранения здоровья работников - это поддержание теплового баланса организма за счет применения защитной одежды с определенными свойствами, требования к которой определяются конкретными условиями ее эксплуатации: метеорологическими параметрами,
Тезисы. В статье рассмотрен вопрос снижения тепловых потерь организма человека и профилактики неблагоприятного влияния холода на состояние здоровья работников газового комплекса в Арктике за счет применения теплоизоляционной одежды с утеплителем из оленьей шерсти.
Представлены результаты исследования по определению теплоизоляции комплекта специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти и количественная оценка теплового состояния человека, одетого в исследуемый комплект одежды. На основании этих показателей проведен расчет допустимой продолжительности непрерывного пребывания человека в охлаждающем микроклимате на открытой территории в зависимости от температуры воздуха, скорости ветра и категории работ, результаты которого также приведены в статье.
По результатам расчетов сделан вывод о целесообразности применения специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти работниками газовой отрасли в холодный период года в климатических условиях Арктики. Такая одежда позволяет обеспечить сохранение теплового баланса организма человека и, как следствие, его функционального состояния, работоспособности, качества выполняемых операций и здоровья.
эргономическим характером и энергетическим уровнем работы, продолжительностью пребывания на холоде [1, 2, 4, 5].
Наиболее суровые метеорологические условия наблюдаются в климатических поясах 1а («особый») и IV, количественные показатели которых представлены в табл. 1.
Для изготовления специальной одежды, защищающей от холода, в современных условиях применяют теплоизолирующие материалы, для производства которых используется синтетическое сырье (полиэфирные, влагоустойчивые, объемные, упругие, легкие нетканые полотна) и натуральное (пух северных птиц и шерсть животных). Их использование требует дополнительного ограничения внешнего воздействия воды, ветра и внутреннего воздействия пота. К дополнительным требованиям относятся легкость спецодежды и ее способность не сковывать движения. Следует отметить, что при температуре воздуха -40 °С и ниже необходимо применять средства защиты органов дыхания.
Среди материалов обращает на себя внимание утеплитель из оленьей шерсти, теплозащитные свойства которого в реальных условиях в три и более раз превосходят известные современные утеплители: шерстяной (овечий) ватин, шерстон, тинсулейт, холлофайбер, синтепон и др. [5]. Натуральная оленья шерсть, используемая в изделиях, обработанная по уникальной технологии с использованием приемов коренных народов Севера, является экологичным природным материалом. Утеплитель хорошо впитывает пот, удерживает тепло и предохраняет верхнюю одежду от увлажнения.
Олений мех состоит на 20 % из остевого волоса и на 80 % из пуха. Остевой волос представляет собой полую структуру с большим количеством пор, в которой находится воздух, что обеспечивает суммарное тепловое
сопротивление меха. Исходящая от тела влага и пар постепенно заполняют микропоры, благодаря чему сохраняется ощущение сухости в пространстве под одеждой. После снятия одежды влага испаряется из волоса, и он вновь заполняется воздухом, поэтому оленья шерсть способствует сохранению тепла и сухости в условиях охлаждающего микроклимата [3].
Для физиолого-гигиенических исследований теплозащитных свойств комплекта спецодежды в ФГБНУ «НИИ медицины труда» был представлен комплект специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти «Хотугу Танас», изготовленный на основе синтеза традиций народов Севера и современных технологий, предназначенный для защиты от пониженных температур [3].
Цель исследований заключалась в определении допустимой продолжительности непрерывного пребывания человека, одетого в комплект специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти, при различной отрицательной температуре воздуха на основании количественной оценки теплового состояния человека и теплоизоляции комплекта одежды.
Комплект специальной одежды включает: костюм верхний, костюм промежуточный, жилет, съемный пояс, расширенный в области поясницы. Костюм верхний утепленный состоит из куртки и брюк с центральной бортовой застежкой типа «молния» и липучки, с ветрозащитной планкой, рукава и низ брюк - с трикотажными напульсниками. Куртка - с отложным воротником и капюшоном с опушкой.
Для всех предметов комплекта использованы следующие материалы: покровная ткань костюма - 100 % полиэстер, утеплитель - 100 % оленья шерсть, подкладка - 100 % хлопчатобумажная ткань. Воздухопроницаемость ткани верха не превышала 10 дм3/(м2 с).
Таблица 1
Показатели метеорологических условий в российской Арктике
Климатический пояс Температура воздуха, °С Скорость ветра, м/с Отн. влажность, % Российские географические регионы Арктики
средняя мин. макс. средняя наиболее вероятная (%)
1а «особый» -27,1 -57 -3 6,8 2 (69,4) 75 Республика Саха (Якутия), Мурманская и Архангельская области, Ненецкий, Ямало-Ненецкий и Чукотский АО, п-ов Таймыр
IV -41,0 -68 0 1,3 0-1 (62,8) 79
Экспериментальные исследования проводились в микроклиматической камере с участием добровольцев. В группу добровольцев входили практически здоровые мужчины в возрасте 21-46 лет, от которых получены письменные согласия. Эксперименты для каждого испытуемого проводились в течение 1 ч с трехкратной повторяемостью в соответствии с требованиями нормативных и методических документов1.
У испытуемых лиц, одетых в исследуемый комплект одежды, измерялись: температура кожи (4) и тепловой поток (дтп) с помощью специальных датчиков, размещенных на 11 участках поверхности тела. В ходе проведения испытаний регистрировались также субъективные тепловые ощущения. При проведении испытаний в камере были созданы микроклиматические условия со следующими параметрами воздушной среды: температура (Тв) - 1,8±1,0 °С, скорость движения - 0,2 м/с, относительная влажность - 40 %. По результатам испытаний определялись средневзвешенные величины температуры кожи и теплового потока.
Расчет средневзвешенной величины температуры кожи осуществлялся по формуле
4 = 0,0886^ + 0,34(4 + 4 + 4 + 4)/4 + 0,1344 + + 0,045/7 + 0,203(4 + ¿9) + 0,125/10 +
+ 0,0664/,,
(1)
где /1-111 - соответственно температура кожи лба, груди, спины, живота, поясницы, плеча, кисти, бедра (верхняя и нижняя часть), голени, стопы.
Расчет теплоизоляции комплекта одежды (4.м.) производился по формуле
/ - Т
_к_в_
(2)
где 4 - средневзвешенная температура кожи на 60-й минуте испытания; Тв - средняя температура воздуха за период испытания; д"тп -средневзвешенный тепловой поток в период с 20-й по 60-ю минуту испытания.
1 См. ГОСТ Р 12.4.236-2011 ССБТ;
ГОСТ Р 12.4.185-2010 ССБТ; МР 11-0/279-09 «Методические рекомендации по расчету теплоизоляции комплекта индивидуальных средств защиты работающих от охлаждения и времени допустимого пребывания на холоде»; МР 5168-90 «Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания»; МУК 4.3.1894-04 «Физиолого-гигиеническая оценка одежды для
защиты работающих от холода».
Результаты экспериментов после обработки представлены в табл. 2.
В результате исследований было установлено, что средневзвешенное значение величины температуры кожи и теплового потока соответствуют состоянию допустимого теплового комфорта человека в созданных микроклиматических условиях. Теплоизоляция комплекта специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти составляет 0,864 м2 °С/Вт (5,57 кло) в относительно спокойном воздухе.
При использовании ткани верха костюма с воздухопроницаемостью 10 дм3/м2 комплект специальной одежды с указанным утеплителем может быть рекомендован для эксплуатации в климатических поясах 1а («особый») и IV в соответствии с требованиями ТР ТС 019/2011 «О безопасности средств индивидуальной защиты» для защиты от пониженных температур окружающей среды.
Создание рациональной одежды позволяет практически решить задачу надлежащей защиты человека от охлаждения при изменении метеорологических условий и физической активности2. В соответствии с указаниями МР № 11-0/279-09 была рассчитана допустимая продолжительность непрерывного пребывания человека в охлаждающем микроклимате на открытой территории, одетого в исследуемый комплект одежды при воздухопроницаемости ткани верха 10 дм3/(м2с), в зависимости от температуры воздуха, скорости ветра и категории работ. Результаты расчетов представлены в табл. 3.
Полученные данные показывают, что комплект спецодежды с утеплителем из оленьей шерсти при выполнении физической работы категории 11а (М = 113 Вт/м2) при температуре воздуха -30 °С и скорости ветра 2 м/с обеспечивает человеку длительный тепловой комфорт без перерыва на обогрев. При той же температуре воздуха, но при скорости ветра 8 м/с выполнение той же работы допустимо в течение 1,9 ч, далее необходим 10-минутный перерыв на обогрев в помещении с комфортными микроклиматическими условиями.
Нижняя граница длительного теплового комфорта для человека, выполняющего физическую работу категории 11б, соответствует температуре воздуха -40 °С и скорости
См. ГОСТ Р 12.4.236-2011 ССБТ;
ГОСТ Р 12.4.185-2010 ССБТ; МР 11-0/279-09.
Таблица 2
Результаты испытаний комплекта спецодежды с утеплителем из оленьей шерсти,
х ± б ± т (р > 0,95)
Показатели Температура кожи, °С Тепловой поток, Вт/м2 Теплоизоляция, м2°С/Вт (кло)
Ср. взвешенное значение 34,91 ± 0,55 ± 0,32 35,18 ± 1,3 ± 0,8 0,864 ± 0,008 ± 0,0047 (5,57 ± 0,13 ± 0,08)
Примечание: полученные результаты были обработаны статистически с применением общепринятого метода - критерия Стьюдента, где х - их среднее значение; ±5 - среднее квадратичное от средней величины; ±т - ошибка средней величины; р > 0,95 - достоверность полученных результатов (95 %).
Таблица 3
Допустимая продолжительность непрерывного пребывания человека в охлаждающем микроклимате в холодный период года, ч
Температура воздуха, °С Скорость ветра, м/с
2 4 6 8
Энерготраты, Вт/м2
113 130 113 130 113 130 113 130
-15 Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев
-20 Перегрев Перегрев Перегрев Перегрев Комфорт Перегрев Комфорт Перегрев
-25 Комфорт Перегрев Комфорт Перегрев Комфорт Перегрев 2,8 Комфорт
-30 Комфорт Перегрев Комфорт Комфорт 4,5 Комфорт 1,9 Комфорт
-35 6,7 Комфорт 3,8 Комфорт 2,7 7,3 1,4 3,8
-40 3,4 Комфорт 2,5 5,9 1,9 3,4 1,2 2,3
-45 2,3 4,9 1,8 3,2 1,5 2,2 1,1 1,7
-50 1,8 3,0 1,5 2,2 1,2 1,7 1,0 1,3
-55 1,4 2,2 - - - - - -
-60 1,3 1,4 - - - - - -
Примечание: энерготраты (М = 113 и 130 Вт/м2) соответствуют среднему значению энерготрат (с учетом средней площади поверхности тела человека 1,8 м2) при работах средней тяжести категорий 11а и 11а-11б соответственно как наиболее часто встречающиеся на современном производстве (см. МР 5168-90) [5].
ветра 2 м/с. С увеличением скорости ветра до 8 м/с при той же температуре время непрерывного пребывания на холоде необходимо сократить до 2,3 ч, после чего требуется обогрев в помещении с комфортными условиями (22-24 °С) в течение 20 мин.
Допустимая продолжительность непрерывного пребывания на холоде человека, одетого в указанный комплект спецодежды и выполняющего физическую работу категории 11б (М = 130 Вт/м2), при температуре воздуха -50 °С и скорости ветра 2 м/с составляет 3 ч. При усилении скорости ветра до 6 м/с необходимо сократить допустимое время пребывания человека на холоде до 1,7 ч.
На рис. 1 и 2 в графическом виде представлено, что изменение допустимого времени пребывания человека на холоде, одетого в специальную одежду с утеплителем из оленьей шерсти, практически имеет линейный характер при одинаковой скорости ветра для различных физических нагрузок, что позволяет дифференцированно подходить
к определению режимов труда в охлаждающем микроклимате.
Следует отметить, что при температуре воздуха -40 °С и ниже необходимо применять средства защиты органов дыхания. Для этой цели можно использовать трикотажную полумаску, во внутренней части которой находится специальный антибактериальный вкладыш, пропускающий через себя воздух и абсорбирующий влагу, так что рот и нос при соприкосновении с маской остаются сухими. Благодаря хемосорбционным свойствам прокладки полумаска предупреждает образование конденсата и его обледенение на внешней стороне, аккумулирует выдыхаемое человеком тепло и согревает вдыхаемый холодный воздух [5].
Комплект специальной одежды с утеплителем из оленьей шерсти «Хотугу Танас» позволяет обеспечить сохранение теплового баланса организма человека и, как следствие, его функционального состояния, работоспособности, качества выполняемых операций и здоровья и может быть рекомендован работникам
Рис. 1. Допустимое время пребывания человека на холоде при М = 113 В т/м2, скорость ветра 2 м/с
Рис. 2. Допустимое время пребывания человека на холоде при М = 130 В т/м2, скорость ветра 2 м/с
газовой отрасли для эксплуатации в холодный период года в климатических условиях Арктики.
***
В заключение можно сделать следующие выводы.
Теплоизоляция комплекта специальной одежды «Хотугу Танас» с утеплителем из оленьей шерсти составляет 0,864 м2°С/Вт (5,57 кло) и может быть рекомендована к использованию в климатических поясах 1а («особый») и IV для защиты от воздействия охлаждающего микроклимата, в частности для эксплуатации работниками ПАО «Газпром» в Арктике.
Допустимую продолжительность непрерывного пребывания работающего человека на холоде при использовании средств защиты от пониженных температур следует регламентировать.
Список литературы
1. Афанасьева Р.Ф. Гигиенические основы проектирования одежды для защиты от холода / Р.Ф. Афанасьева. - М.: Легкая индустрия, 1977. - 136 с.
2. Афанасьева Р.Ф. Физиолого-гигиенические требования к одежде для защиты от холода работающих на открытой территории Северных регионов / РФ. Афанасьева,
О. В. Бурмистрова // Медицина труда и промышленная экология. - 1996. - № 6. -С. 10-15.
3. Расторгуева Л.Н. Средства индивидуальной защиты человека от холода на Севере. Традиции и современные разработки / Л.Н. Расторгуева. - Якутск, 1999. - 94 с.
4. Измеров Н.Ф. Физиолого-гигиенические требования к одежде для защиты работающих от пониженных температур и методы оценки ее теплоизоляции / Н.Ф. Измеров, Г.А. Суворов, РФ. Афанасьева // Медицина труда и промышленная экология. - 2001. -
№ 6. - С. 27-30.
5. Ринтамяки Х. Работа в арктических карьерах: термальные ответные реакции и защита
от холода / Х. Ринтамяки, К. Юссила, С. Риссанен и др. // Бюллетень по охране и гигиене труда. - 2015. - Т. 18. - № 1. -С. 8-10.
Physiological-hygienic feasibility of the reindeer-wool heat insulation as an element of the winter overalls for gas industry employees working in the Arctic
T.K Losik1, Ye.I Konstantinov2*
1 Izmerov Research Institute of Occupational Health, Bld. 31, prospect Budennogo, Moscow, 105275, Russian Federation
2 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd # 5537, Razvilka village, Leninsky district, Moscow Region, 142717, Russian Federation
* E-mail: [email protected]
Keywords: the Arctic, climate, thermal state of an organism, temperature of skin, cold-protective clothing, hygienic properties of materials.
Abstract. The article studies the issues of heat waste reduction for a human system and prevention of unfavorable influence of Arctic cold to the health of the gas-industry employees by means of the heat-insulating clothing with the warmth keeper made of the reindeer wool.
The results of testing a special set of clothing with the reindeer wool warmth keeper are presented, as well as the quantitative assessment of heat state of a human being dressed in the studied set. On the basis of the named indices a possible duration for continuous stay of a human being within a refrigerant microclimate outdoors was calculated depending on the atmospheric temperature, wind velocity and a category of works. The results are given in the article.
According to the results of calculations it is concluded that usage of the reindeer wool cloths in the Arctic in the cold period of a year is reasonable. Such wear could preserve heat balance of a human body and as a consequence will save functional state, working capacity and health of an employee as well as a high quality of made works.
References
1. AFANASYEVA, R.F. Hygienic principals of designing cold-protecting cloths [Gigiyenicheskiye osnovy proyektirovaniya odezhdy dlya zashchity ot kholoda]. Moscow: Legkaya industriya, 1977. (Russ.).
2. AFANASYEVA, R.F. and O.V. BURMISTROVA. Physiological-hygienic requirements to cloths aimed at cold protection of employees working outdoors in northern regions [Fiziologo-gigiyenicheskiye trebovaniya k odezhde dlya zashchity ot kholoda rabotayushchikh na otkrytoy territorii Severnykh regionov]. Meditsina truda ipromyshlennaya ekologiya. 1996, no. 6, pp. 10-15. ISSN 1026-9428. (Russ.).
3. RASTORGUYEVA, L.N. Means of self-protection against cold in the North. Traditions and modern projects [Sredstva individualnoy zashchity cheloveka ot kholoda na Severe. Traditsii i sovremennyye razrabotki]. Yakutsk, 1999. (Russ.).
4. IZMEROV, N.F., G.A. SUVOROV, R.F. AFANASYEVA. Physiological-hygienic requirements to cloths aimed at protection of employees against low temperatures and methods for estimation of its heat-insulating properties [Fiziologo-gigiyenicheskiye trebovaniya k odezhde dlya zashchity rabotayushchikh ot ponizhennykh temperatur i metody otsenki ee teploizolyatsii]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2001, no. 6, pp. 27-30. ISSN 1026-9428. (Russ.).
5. RINTAMYAKI, H., K. YUSSILA, S. RISSANEN et al. Working in Arctic open casts: thermal responses and protection against cold [Rabota v arkticheskikh karyerakh: termalnyye otvetnyye reaktsii i zashchita ot kholoda]. Bulletenpo okhrane i gigiyene truda. 2015, vol. 18, no. 1, pp. 8-10. (Russ.).
