CC BY
12
И. М. Эрман
Распыление воды как метод улучшения микроклимата
в горячих цехах
Из Киевского института гигиены труда и профессиональных заболеваний
Как известно, распыление воды в горячих цехах применяется или для снижения температуры воздуха на рабочих местах, или же как средство для смачивания поверхности тела рабочих в целях его охлаждения (Н- В. Синебрюхов, Н. К. Витте и Г. X. Шахбазян, В. В. Кучерук, И. М. Эрман и Н. К. Витте и др.).
Наши исследования показывают, что распылению воды следует отвести в системе оздоровительных мероприятий в горячих цехах гораздо более важное место, чем это делалось до сих пор.
Распыление воды может служить для снижения температуры воздуха и окружающих поверхностей, для поглощения лучистого тепла и уменьшения запыленности воздуха.
Самостоятельное значение имеет распыление воды на поверхность тела, а также в зоне дыхания.
Приводим материалы наших исследований, посвященных изучению гигиенической эффективности распыления воды в горячих цехах.
Мы производили наблюдения за состоянием функций терморегуляции у людей при воздействии на кожу и слизистые оболочки дыхательных путей тонкой водяной пыли в условиях высокой температуры окружающего воздуха как в лабораторных, так и в производственных условиях-
В лаборатории наблюдаемые подвергались воздействию распыляемой воды после некоторого предшествующего пребывания в тепловой камере или сразу же после входа в тепловую камеру. Эффект оказывался достаточно выраженным в обоих вариантах. Бели после 50-минутного пребывания в тепловой камере (40—42°) начиналось распыление воды на переднюю поверхность тела, то уже через 20 минут организм отвечал сужением кожных сосудов и некоторым изменением температуры тела и частоты пульса.
Таблица 1
Показатели На-блю-дае-мые 50 минут пребывания в камере После включения распыления воды в тех же условиях через
без распыления воды 20 минут 40 минут 60 минут
Температура кожи лба 1 й 35* 33,5° 32,8° 34,6°
2-й 35,4° 34° 32,5° 33,1°
3-й 35,9° 34,5° 34° 33,2°
Температура груди 1-й 35,7' 32, Г 33,8° 34°
• • 2-й 35,5» 33° 33,2° 33°
Температура тела 1-й 37° 37,3° 37,4° 37,5°
2-й 37,3° 37° 37° 37°
3-й 37,1° 36,9° 36,9° 36,8°
Частота пульса 1-й 98 92 91 96
2-й 94 90 89 85
3-й 87 80 80 82
2*
19
Для иллюстрации в табл. 1 приводятся физиологические изменения, отмеченные у 3 наблюдаемых.
У одних и тех же наблюдаемых, находившихся в тепловой камере, температура тела и кожи, а также частота пульса имели более низкий уровень при распылении воды. Результаты этих исследований приводятся в табл. 2 {даны средние показатели для всех наблюдаемых).
Таблица 2
Распыление воды Температура кожи Температура тела Частота пульса (в минутах)
лба груди спины
Не производилось . . Производилось .... 35,6° 33,6» 36,2° 33,6* 35* 34,4° 37,1° 36,8° 94 82
Распыление воды при высокой температуре окружающего воздуха всегда приводит к снижению температуры кожи и температуры тела, а также к уменьшению частоты пульса. В этом также убеждают наши исследования с прерывистым распылением воды.
оды
производилось
не производилось
О Ю 20 30 40 ¡0 во 70 80 90 100 110 120 Время в минутах
1-222 Количество выделяемого пота в г/мин.
---Температура тела
— -—Температура коми спины
----Температура коми
груди
—ъ—Температура коми лба
- Пульс
Рис. 1.
•
Это не трудно видеть из рис- 1, на котором представлены кривые изменений указанных показателей. Когда не производится распыления воды (белый фон), все показатели, как правило, повышаются, когда оно производится (темный фон) — понижаются. Начало распыления воды сопровождается сразу же улучшением теплоощущений. Из рис. 1 видно, что потери воды потом при этом уменьшаются более чем в 2 раза.
Проведенные данные показывают, что падающая на поверхность тела и испаряющаяся вода вызывает охлаждение тела и сужение кровеносных сосудов кожи.
Наблюдающееся в отдельных случаях некоторое повышение температуры тела, как можно предполагать, обусловлено усилением химической терморегуляции в связи с увеличением теплоотдачи при распылении воды1.
Распыление воды, ограниченное только зоной дыхания, способствовало заметному улучшению теплоощущений, появлению ощущения «свежести», легкости дыхания и его углублению, вместо наблюдавшихся до этого ощущения сухости, затрудненного и поверхностного дыхания. Ощущение «свежести» в этих наблюдениях по аналогии с известными исследованиями Л. Л. Васильева, можно объяснить вдыханием воздуха с преобладанием в нем отрицательно заряженных аэроинов2.
Вместе с тем эти явления могут быть отнесены также за счет уменьшения потери влаги органами дыхания.
При распылении воды в зоне дыхания, наряду с улучшением самочувствия, отмечается снижение температуры тела и кожи и уменьшение частоты пульса и дыхания. В табл. 3 приводятся данные, полученные у одного из наблюдаемых-
Таблица 3
Показатели На 20-й минуте пребывания в камере (температура 43*, относительная влажность 30%) Через 50 минут после начала распыления воды в камере (температура 39', относительная влажность 42°/0) Через 30 минут после прекращения распыления воды в камере (температура 42°, относительная влажность 56%)
Температура кожи лба 34° 32,4° 34,2°
груди . . . Б. "(О • 32,9° 33,8°
, тела . . . 37,2° 36,8° 37,5°
Частота пульса . . . 85 76 86
дыхания . . . 21 17 24
Объем вентиляции
легких (в л/мин.) . 5,2 7,6 5,8
Теплоощущение . . Тепло,
Жарко дышать Жарко,
легко душно
Нетрудно видеть, что распыление воды в зоне дыхания ведет к улучшению состояния всех исследованных нами функций организма.
Перейдем к оценке эффективности распыления воды при тепловом облучении. Известно, что эффективным средством для ослабления действия лучистого тепла является воздушное душирование, которое предусматривается санитарными нормами промышленного проектирования (НСП 101-51).
Однако следует учесть, что обдувание не препятствует проникновению лучистого тепла в организм и его роль сводится к усилению теплоотдачи путем конвекции и испарения. Поэтому местные реакции (жжение. гиперемия) и общее действие облучения полностью сохраняются при обдувании. При ряде производственных ситуаций организм теряет в минуту до 25 г пота, испарение которого при воздушном душировании мо-
1 Это предположение автора не обосновано экспериментально. Ред.
2 Это предположение автора не обосновано. Ред.
жет доходить до 50—60%. Однако при этом тепловой баланс не достигает равновесия (Н. К. Витте).
Проведенные нами исследования показали, что применением распыления воды в условиях теплового облучения при отсутствии воздушного душирования достигается сохранение теплового баланса без заметного напряжения терморегуляции и нарушения водно-солевого равновесия в организме.
Рис. 2
Облучение
Облучение и оддудание
Облучение и распыление Воды
15 го 5 10 15 го 30 40 50 вреия в иинутах
----——= = = В одежде
Обнаженная кожа ----—=• = Гиперемия коми
Приводим некоторые показатели лабораторных и производственных исследований: 1) при облучении, 2) при облучении и обдувании, 3) при облучении и распылении воды (рис- 2).
Следует учесть, что основным условием эффективного действия является направление факела распыляемой воды на облучаемую поверхность.
Облучение интенсивностью в 2,5—3,5 кал/см2/мин приводило, как правило, к повышению температуры одежды и кожи. Температура одежды за 5—10 минут облучения достигала 60—70°. Обдувание облучаемой поверхности вело к снижению температуры на поверхности одежды до 50—52°. Распыление воды на эту же поверхность снижало температуру до 32—33°. При этих условиях температура кожи под облучаемой одеждой до обдувания равнялась 41°, при обдувании падала до 39°, но через 15—21 минуту снова достигала 40°, при водораспылении же температура кожи под одеждой-снижалась до 36—37° (рис. 2, прерывистая кривая).
Еще большим оказывается эффект при распылении воды на облучаемую обнаженную кожу (рис. 2, сплошная кривая).
В этих исследованиях интенсивность облучения составляла 1,5 кал/см2/мин.
Из рис. 2 видно, что температура кожи (сплошная линия), достигнув на 20-й минуте облучения 43,5°, в начале обдувания (на 5-й минуте) па-
дает до 38,6°, после этого она вновь поднимается и на 20-й минуте достигает 40°. Таким образом, обдувание снижает температуру облучаемой кожи всего лишь на 3,5°. Распыление воды в тех же условиях облучения приводит к снижению температуры кожи уже на 5-й минуте до 35°, а к 20-й минуте до 32,5—33°, т. е. к уровню ниже исходного. Таким образом, распыление воды является более эффективным, чем обдувание.
На рис- 2 представлена третья кривая, характеризующая изменение просвета сосудов кожи, которое определялось разработанным нами методом кожной альбедометрии.
Этот метод заключается в регистрации при помощи фотоэлементов и гальванометра изменяющегося цвета кожи в связи с изменением величины кровенаполнения кожных сосудов. Цвет кожи, обусловленный количеством поглощаемых световых лучей, падающих на ее поверхность, в норме для каждого наблюдаемого принимается за 100. Увеличение поглощения световых лучей в связи с покраснением кожи, так же как и уменьшение в связи с побледнением кожи, регистрируется альбедометром в процентах к исходной величине.
Кривая, характеризующая степень поглощения световых лучей облучаемым участком кожи, показывает, что повышение температуры кожи при облучении сопровождается расширением кожных сосудов. В косвенных показателях оно составляет +10%. Обдувание облучаемого участка кожи ведет к сужению сосудов, несмотря на сохранение высокой температуры кожи. Водораспыление приводит, наряду с резким снижением температуры кожи, к резкому сужению (и притом к большему сравнительно с исходным)^ сосудов. В этом случае имеется полное соответствие между температурой кожи и просветом сосудов.
Водораспыление оказывалось эффективным даже в тех случаях, когда без него облучение переносилось лишь несколько секунд. Так, например, на рабочем месте сварщика при сухой очистке нагревательной печи от окалины регистрировалась интенсивность облучения порядка 8—9 кал/см2/мин. В этих условиях сварщик мог манипулировать скребком даже при обдувании не более 1—2 секунды, после чего был вынужден на время прекращать работу. Водораспыление на облучаемую поверхность (без воздушного душа) удлиняло время пребывания у открытого окна печи до нескольких минут без каких-либо жалоб со стороны сварщиков.
Гигиеническую эффективность водораспыления в производственных условиях мы наблюдали также на большой группе вальцовщиков. Интенсивность облучения, которому подвергались вальцовщики, колебалась в пределах 3—3,5 кал/см2/мин. Наблюдения были проведены нами совместно с промышленно-санитарным врачом К- Б. Беленькой, в одном из прокатных цехов. Рабочие относились к водораспылению положительно и лишь в редких случаях отказывались от него из-за боязни простуды.
Объективно наблюдалось снижение водопотерь потом в среднем до 3,3 г/мин, вместо 7—8—10 г/мин без водораспыления. Соответственно уменьшалось количество выпиваемой воды. Такие оценки теплоощущения, как «жарко», «очень жарко», «душно», отсутствовали. Температура кожи лба и груди сохранялась на уровне 32—33°, а температура одежды — 32°, тогда как без водораспыления температура кожи обычно была на уровне 35—36°, а одежды — 37—38°. Вместе с тем рабочие отмечали появление приятной свежести, бодрости и т. п.
Для обеспечения хорошего эффекта при водораспылении крайне важным является правильное дозирование количества подаваемой воды и достаточная дисперсность ее.
С последним обстоятельством связано увеличение поверхности испарения капелек воды, вследствие чего возрастает скорость охлаждения воздуха и тел, на поверхность которых падает вода, а также создаются предпосылки для более легкого дозирования подачи воды.
Критерием для определения оптимального объема воды служит количество тепла, которое требуется отнять от тела человека, из воздуха и от окружающих предметов. Особенно важно дозировать объем подаваемой воды при водораспылении на поверхность тела человека- Попадание чрезмерного количества воды на поверхность тела ведет к промачиванию одежды, что, как показали наши исследования, в условиях высокой температуры воздуха и особенно при тепловом облучении может резко снизить положительное влияние водораспыления и даже приводит к противоположным результатам. В условиях полного промачивания одежды
рабочие после некоторого промежутка времени предъявляли жалобы на ухудшающееся общее и тепловое самочувствие. Объективно, при этом наблюдалось повышение температуры тела и увеличение влажности в под-одежном воздухе. В условиях экспериментальной тепловой камеры у наблюдаемых с промоченной насквозь одеждой отмечались особенно резкие физиологические сдвиги. При температуре воздуха 40—45° и облучении порядка 3—3,5 кал/см2 наблюдаемые уже на 5—10-й минуте вынуждены были покидать тепловую камеру. Вероятно, заполнение водой пор тканей одежды приводило к прекращению испарения пота с поверхности кожи, а также к увеличению поглощения тепла извне и к более активной передаче его телу. Особенно заметно это сказывалось при тепловом облучении. Последнее доказано специальным исследованием И. М. Эрмана и Г. А. Щекиной (рис. 3). Из рис. 3 видно, что разовое промачивание ткани эффективно только в первые минуты, затем, несмотря на сохранение в порах ткани еще значительных количеств влаги, температура ее быстро поднимается (/). Распыление воды на поверхность ткани, постоянно поддерживающее возможность испарения воды с этой поверхности, ведет к стабилизации температуры на более низком уровне (2). Вместе с тем на заметно более низком уровне оказывается температура ткани при умеренном распылении воды (3).
Постоянное испарение влаги, наносимой на поверхность одежды, предупреждает промачивание ткани и тем самым сохраняет ее высокие гигиенические свойства.
Задачу равномерного распределения на поверхности тела человека оптимальных количеств воды удалось решить путем ее наибольшего диспергирования. Специальными исследованиями и расчетами было установлено, что гигиеническим требованиям может удовлетворять распыление воды на капельки величиной до 50—60 р в диаметре. При такой дисперсности количество падающей воды на поверхность тела должно исчисляться следующим образом:
40
39
1 38 *37
ъ 36
135
I 33
32
О 10 20 30 40 5€ 50
Время в минутах Предварительное промачивание Чрезмерное увлажнение водой Умеренное <• - ••
Рис. 3.
1. При температуре воздуха и окружающих поверхностей 33—36° на •поверхность тела работающего следует распылять в минуту 1,7 г воды на каждую килограмм-калорию тепла, продуцируемого организмом.
Пример. Пусть количество тепла, продуцируемого организмом, равно 4 ккал/мин, а температура окружающего воздуха и окружающих поверхностей равна 35—36°. В этих условиях количество распыляемой воды на поверхность тела человека (лри условии распыления воды на капельки с диаметром до 60 ц будет равно 4 • 1,7 = 6,8 г/мин.
2. При тепловом облучении количество распыляемой воды дополнительно увеличивается ввиду необходимости подавать на облучаемую поверхность 1,7 мг воды на кал/см2/мин.
Пример. Пусть в приведенных выше условиях окружающей среды и при той же выполняемой работе рабочий облучается с интенсивностью 2 кал/см2/мин. Общая площадь облучения равна 4 ООО см2. Для ликвидации воздействия лучистого тепла на организм потребуется подать только на облучаемую поверхность 1,7 • 2 ■ 4 ООО = 13,6 г воды, а вместе с водой, распыляемой в связи с необходимостью ослабления воздействия высокой температуры воздуха и окружающих поверхностей и учетом характера выполняемой работы, количество потребной воды составит: 6,8+13,6=20,4 г/мин.
Распылять воду следует при температуре воздуха не ниже 27—28°. Это не касается случаев, когда имеет место тепловое облучение с интенсивностью 0,5 кал/см2/мин и выше.
Зимой распыление воды производят в зоне пребывания людей только в случаях высоких интенсивностей теплового облучения и исключительно на облучаемые поверхности тела.
Достижение гигиенического эффекта при распылении воды возможно при наличии движения воздуха и достаточного его обмена в цехе и на рабочих местах.
Следует подчеркнуть, что движение воздуха совершенно не обязательно связывать с воздушным душированием и, стало быть, с необходимостью иметь значительные скорости движения воздуха. Водо-воздушный душ ^ожет быть лишь одним из вариантов водораспыления. В ряде случаев он может оказаться противопоказанным, например, на отдельных рабочих местах в горячих цехах, когда расположение оборудования и других источников тепла способствует нагреванию подаваемого воздуха при прохождении его мимо и над источником тепловыделения. Подавать на тело человека нагретый воздух нецелесообразно и даже противопоказано.
Гигиенический эффект может быть получен и при небольших скоростях движения воздуха, создаваемых естественным воздухообменом (ветровой напор, конвективные токи и т. п.). Исследования показали, что при скоростях порядка 0,3—0,5 м/сек распыление воды на поверхность тела приводило почти к полной нормализации терморегуляции организма, тогда как водо-воздушное душирование вызывало охлаждение тела, часто приводившее к ознобу.
Следует еще раз подчеркнуть, что при распылении воды малые скорости движения воздуха оправдывают себя только при условии соблюдения требований о дисперсности, количестве воды и правильном направлении факела водяной взвеси. Эти гигиенические требования сохраняют свою силу и при комбинации водораспыления с воздушным душированием.
Водо-воздушное душирование следует создавать на рабочих местах, отличающихся поступлением значительных количеств тепла, отсутствием надлежащего воздухообмена и в связи с этим требующих увеличенных скоростей движения воздуха. В таких условиях искусственное обдувание в комбинации с распылением воды на поверхность тела способствует, наряду с созданием условий для активного испарения распыляемой воды, удалению водяных паров из рабочей зоны. Однако скорости движения воздуха при этом не должны превышать 2—3 м/сек, а количество воздуха следует рассчитывать, исходя из необходимости максимального удаления избытка тепла и водяных паров.
Как при естественном проветривании, так и при искусственном воздушном душировании количество водяных паров в воздухе, исходя из необходимости обеспечения благоприятного физиологического дефицита насыщения, следует сохранять в пределах 13—14 г/м3. В переводе на относительную влажность это соответствует 65% при 20°, 45% при 30° и 40% при 35°.
Правильно устроенное водораспыление вместе с хорошо организованным воздухообменом в горячем цехе может привести к более благоприятным температурным условиям в цехе вообще и на рабочих местах в особенности. Имеется в виду водораспыление для охлаждения приточного воздуха, при организованной аэрации цехов и воздуха в зонах цеха со значительными тепловыделениями (И. М. Эрман и А. Л. Сатановский) Как и в предыдущих случаях, здесь общим основным требованием является высокая дисперсность распыления воды. При таком водораспылении может быть достигнут значительный эффект (табл. 4).
Таблица 4
Метеорологическая характеристика воздуха Расход
наружного приточного рабочей зоны
Распыление воды температура (в градусах) влажность (в процентах) температура (в градусах) влажность (в процентах) температура (в градусах) влажность (в процентах) воздуха (в кг/час) воды (в кг/час)
Не производилось 30 40 30 40 35 30 153 С00 0
В приточных проемах ..... 30 40 23 75 28 55 149 000 373
Зональное .... 30 40 23 75 25 73 149 000 188
В приточных проемах ..... 30 40 23 75 25 68 374 000 373
Для охлаждения приточного воздуха при организованной аэрации цехов распыление воды следует производить с учетом обстановки. Желательно распылять воду в плоскости всех приточных проемов и особенно с наветренной стороны, а также по всей высоте стен здания, т. е. у верхнего* и у нижнего ярусов приточных проемов, а при наличии приточных фонарей и в плоскости их.
Эти требования вызываются необходимостью распределять дозированное количество воды в больших объемах воздуха. Это обеспечивает постепенное и полное испарение воды и тем самым охлаждение воздуха.
Для борьбы с теплоизбытками в самом цехе воду следует распылять вокруг и над участками расположения первичных источников тепловыделений, отсекая от них по возможности рабочие площадки, т. е. осуществлять зональное водораспыление. В местах, где имеется расплавленный металл, распыление воды производят только вокруг мест расположения емкостей с расплавленным металлом (ковши, шлаковые ямы, лотки* и т. д.). В этих случаях на рабочих местах устраивают местные установки для распыления воды (стационарные и переносные) с направлением факела водной взвеси со стороны теплоисточников к телу работающих.
Таким образом, гигиенические требования к распылению воды сво дятся к следующему:
1 И. М. Эрмаи', А. Л. Сатановский, Применение водораспыления для;, увлажнения и охлаждения аэрационного приточного воздуха, Брошюра № 29 из сериш «Обмен опытом». Киевский институт гигиены труда и профессиональных заболева ний, 1953.
1. Распыление воды в открытых объемах и в особенности в зонах пребывания людей должно быть высокодисперсным: капельки по своей величине не должны превышать 50—60 j* в диаметре.
2. Количество распыляемой воды в открытых объемах вне зоны расположения людей определяется необходимостью достигнуть желательного охлаждения воздуха при сохранении влажности в пределах 13—14 г/м3 и полном испарении воды.
3. Количество распыляемой воды в зоне пребывания людей и при направлении факела на поверхность тела работающих должно быть:
а) в условиях высокой температуры окружающего воздуха (без облучения) при выполнении физической работы средней тяжести от 7 до 10 г/мин (не меньше чем на одну треть поверхности тела);
б) при тепловом облучении дополнительно 1,7 мг воды на кал/см2/мин облучаемой площади. Распылять воду необходимо на всю облучаемую поверхность.
4. Распыление воды для охлаждения аэрационного воздуха можно производить при температуре наружного воздуха не ниже 27—28°.
5. Зональное распыление воды (для охлаждения воздуха и окружающих поверхностей на участках с большими тепловыделениями) допустимо производить при температуре на участке не ниже 27—28°.
6. Распыление воды на поверхность тела рабочих можно производить при температурах окружающего воздуха не ниже 30°, а в условиях теплового облучения при интенсивности его не ниже 0,5 кал/см2/мин и при температуре воздуха не ниже 27—28°.
7. При необходимости устранить кратковременное, но повторяющееся интенсивное (непереносимое) облучение распылять воду на облучаемую поверхность можно и при более низкой температуре окружающего воздуха, но не ниже 17—18°.
8. Распыление воды для охлаждения больших маос воздуха (приточного и на участках с тепловыделениями) допустимо только при достаточном воздухообмене в цехе вообще и в местах распыления в особенности.
9. Распыление воды в целях смачивания поверхности тела работающих возможно лишь при достаточном воздухообмене на рабочем месте и скорости движения воздуха в этой зоне не менее чем 0,3—0,5 м/сек.
10. При отсутствии на рабочем месте необходимой скорости движения воздуха и недостаточном воздухообмене распыление воды следует обязательно сочетать с воздушным душированием.
11. При сочетании распыления воды с воздушным душированием следует соблюдать все перечисленные требования в отношении количества и дисперсности воды. Скорость движения воздуха при водо-воздушном ду-шировании на месте нахождения рабочего не должна превышать 2—3 м/сек.
12. Распыление воды для охлаждения приточного воздуха при организованной аэрации цехов следует производить в зоне его поступления в помещение цеха с наветренной стороны, в плоскости стенных (и фонарных) приточных проемов по всей высоте стен здания. Поэтому водорас-пыляющие устройства должны быть предусмотрены у приточных проемов по всему периметру здания.
A * "¿Г
