CC BY
13
средств с учетом требуемого уровня обеспечения защиты персонала и окружающей среды.
2. Максимальной надежностью обладает комплекс системы сдерживания, оборудованный по правилу «трех», т.е. имеющий 3 линии энергопитания и строенные вентиляционные установки с соблюдением нормативных технических требований, обеспечивающих необходимое отрицательное давление и проточность воздуха при заданном числе боксов в линиях.
Авторы выражают благодарность доценту кафедры теории вероятностей и математической статистики Белорусского университета Ю. С. Харину за помощь в работе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вотяков В. И., Борткевич В. С. — Здравоохр. Белоруссии, 1982, № 12, с. 42—44. •
2. Гнеденко Б. Е. Курс теории вероятностей. М., 1965, с. 51, 58.
3. Лихолетов И. И. Высшая математика, теория вероятностей и математическая статистика. Минск, 1976, с. 515.
4. West D. L.. Twardzik D. /?., McKinney R. W. et al. — , In: Laboratory Safety: Theory and Practice. Ed. A. A. Fuscaldo et al. New York, 1980, p. 167—212.
Поступила 22.09.S3
Summary. Probability analysis has been applied to develop methods for estimating the reliability of infection resi- > stance patterns in workers operating protective technological lines. The assessment was made on the basis of 4 prin- i cipal components of technical facilities safety maintenance— electric power, ventilation, protective gloves in the box, chemical douche. The method under review makes it possi- j ble to estimate the costs of material resourses needed for the construction of box lines in compliance with the human health and environment safety standards in the face of contamination with biologicaly active substances.
УДК 613.48:613.6461-07
С. П. Райхман, JI. М. Римская
ВЛИЯНИЕ ГИГИЕНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЕЦОДЕЖДЫ НА ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ЗАТРУДНЕННОЙ ТЕПЛООТДАЧИ ОРГАНИЗМА
Институт биофизики Минздрава СССР, Москва
Несоответствие гигиенических свойств спецодежды микроклиматическим условиям рабочей зоны может привести к выраженному изменению условий теплообмена с окружающей средой и как следствие к перегреву человека, что обусловливает снижение его работоспособности и повышение заболеваемости. Добиться же соответствия можно лишь тогда, когда известны закономерности формирования теплового состояния человека в зависимости от гигиенических свойств спецодежды. Однако указанные закономерности, в значительной степени зависящие от окружающего микроклимата, изучены недостаточно. Вследствии этого выбор материалов для спецодежды носит в подавляющем большинстве случаев эмпирический характер, а результаты такого выбора не являются оптимальными.
В настоящем исследовании была сделана попытка подойти к научно-обоснованному выбору материалов для спецодежды путем изучения влияния гигиенических свойств спецодежды на тепловое состояние человека.
Экспериментальные исследования (252 эксперимента) с участием добровольцев в возрасте 23— 32 лет проведены в микроклиматической камере при температуре воздуха 22, 35 и 45°С и низкой (до 10 мм рт. ст.) и умеренной (до 20 мм рт. ст.) влажности. При более низких температурах воздуха обычно не наступает выраженного перегрева организма, а при более высоких, как правило, тре-
буется использование специальных систем искусственного терморегулирования.
Испытатель, одетый в экспериментальную спецодежду, выполнял дозированную физическую работу руками и ногами категории Нб (235— 245 Вт) при соотношении продолжительности периодов работы и отдыха 2:1. Заданная максимальная продолжительность экспериментов 6 ч. Сокращение возможного пребывания в микроклиматической камере было обусловлено развитием симптомов теплового истощения при достижении предельного теплового состояния. Кроме указанных экспериментов, проведены 40-минутные экс-пресс-эксперименты. Такая длительность, как было обосновано нами ранее [2, 3], достаточна для прогнозирования температурного режима человека и допустимого срока работы в условиях затрудненной теплоотдачи организма и позволяет получить результат заданной точности и достоверности.
Экспериментальная спецодежда представляла собой герметичный по конструкции комбинезон. Выбранная конструкция позволяла отождествить ее гигиенические свойства со свойствами ис-пользуемьце для ее изготовления материалов.
Текстильные материалы разработаны В. А. Си-нициной (ЦНИИ швейной промышленности, г. Калинин) из 100 % хлопчатобумажной пряжи, вискозного и лавсанового волокна с хлопчатобумажной пряжей и полипропиленового волокна с
L
Гигиенические свойства опытных тканей
Состав Пропитка Воздухопроницаемость, дм'/м2- с (ГОСТ 12088 — 77) Гигроскопичность (ГОСТ 3816 — 81), % вп. (ГОСТ 3816-81), % В*, г/и» п Испарение с поверхности материала при скорости обдува 3 м/с. г/м--ч (метод В. К. Самыгина [4])
100% хлопка Фоботекс 65 10,1 41,0 84,2 1214
67% хлопка + 33% лавсана » 62 7,8 25,5 54,4 1130
50% хлопка 4- 50% лавсана Фоботекс + скотчгард 110 6,8 17,8 31,4 1172
33% хлопка + 67% лавсана Фоботекс 80 4,1 18,2 38,8 1046
33% хлопка + 67% лавсана КЭ-30-04 418 4,4 12,5 20,2 1360
33% хлопка + 67% лавсана КЭ-30-04 16 4,7 15,1 44,5 1004
100% лавсана Фоботекс 180 1.0 7,7 16,3 1360
100% вискозы » 275 18,5 66,0 158,7 1192
33% вискозы + 67% полипро-
пилена » 25 5.3 22,4 66,7 1002
Примечание. Вп — водопоглощаемость (в %); Вп* — водопоглощаемость (в г/м2).
лавсановым (всего 9 образцов). Исследуемые ткани были отработаны водоотталкивающими составами. Гигиенические свойства исследуемых тканей охватывали реальный диапазон гигиенических параметров материалов, применяемых для изготовления спецодежды: воздухопроницаемость от 15 до 400 дм3/м2-с, гигроскопичность от 1 до 20%, водопоглощаемость от 10 до 120% (см. таблицу).
Кроме того, исследован комбинезон той же конструкции из воздухо- и влагонепроницаемого материала.
В ходе опыта регистрировали ректальную температуру, температуру кожи в 11 точках, частоту сердечных сокращений, а также 100 последовательных временных интервалов ЭКГ. Кроме того, измеряли температуру и влажность под-одежного воздуха, энергозатраты и влагопотери испытуемого. В качестве показателя, интегрально отражающего тепловое состояние человека и имеющего большое практическое значение, использовали допустимую продолжительность работы, которую определяли с помощью указанных показателей функционального состояния человека, основываясь на критериях, разработанных Д. В. Макухиным и соавт. [1].
Первый этап исследований — обоснование выбора гигиенических параметров материалов, имеющих доминирующее значение в формировании теплового состояния человека. Эти параметры должны удовлетворительно описывать поведение материалов спецодежды при использовании их человеком в условиях затрудненной теплоотдачи, быть легко воспроизводимы и иметь унифицированные (тестированные) методы определения.
Проведенные с этой целью исследования текстильных материалов позволили выбрать для характеристики их гигиенических свойств два показателя — воздухопроницаемость и водопоглощаемость. Этот выбор основан на следующем.
Теплообмен организма в условиях его затрудненной теплоотдачи осуществляется двумя основными способами: путем газообмена между под-одежным пространством и окружающей средой (воздухо- и парообмен) и путем поглощения жидкой влаги и ее испарения с наружной поверхности спецодежды. Процессы поглощения парообразной влаги материалом в рассматриваемых условиях имеют малое значение.
Газообмен между пододежным пространством и окружающей средой при выполнении человеком рабочих движений, приводящих к вентиляции пододежного пространства, возможно описать воздухопроницаемостью материала (ГОСТ 12088—77). Эта возможность обеспечивается существованием высокой корреляции между возду-хо- и паропроницаемостью, определяемой при скорости обдува 3 м/с по методу В. К. Самыгина, разработанному во ВНИИПХВ, коэффициент корреляции 0,96. Введение параметра паропроницае-мости для оценки влияния текстильного материала на тепловое состояние человека в настоящее время не представляется возможным из-за отсутствия унифицированного (тестированного) метода его определения.
Испарение жидкой влаги с наружной поверхности материала (И), обработанного пропиткой, как показали результаты исследований, можно описать параметрами водопоглощаемости (Вп, в граммах на 1 м2) и воздухопроницаемости ((2) материалов:
И = 1119,2 — 0,579В„+ 0,665(3.
Процессы поглощения парообразной влаги материалом, хотя и имеют в рассматриваемых условиях малое значение, также описываются с помощью параметра водопоглощаемости, которая хорошо коррелирует с гигроскопичностью пропитанных тканей (коэффициент корреляции 0,98).
Влияние водопоглощаемости (/, 3) и воздухопроницаемости (2, 4) текстильных материалов на допустимую продолжительность работы при температуре окружающего воздуха 45°С (а), 35°С (б) и 22°С (в). По оси абсцисс: / — воздухопроницаемость (в дм5/мг-с), // — всдопоглощасмость (в г/м!); по оси ординат — допустимая продолжительность работы (в мин); I. 2 — при низкоЛ влажности; 3. 4 —
при умеренной влажности.
Результаты экспериментальных исследований с участием испытателей-добровольцев, выполнявших физическую работу, показали неидентичность влияния на функциональное состояние человека материалов спецодежды при различных температуре и влажности окружающей среды.
Обработка экспериментального материала на ЭВМ позволила построить формулы, удовлетворительно описывающие тепловое состояние человека параметрами водопоглощаемости и воздухопроницаемости текстильных материалов (стандартная ошибка оценки допустимой продолжительности работы при различных микроклиматических условиях колеблется от 2,6 до 15 мин).
Полученные зависимости иллюстрируются рисунком, на котором показано влияние воздухопроницаемости (при водопоглощаемости 50%) и водопоглощаемости (при воздухонепроницаемости 100 дм3/м2-с) материалов на допустимую продолжительность работы.
При высокой температуре влияние воздухопроницаемости на допустимую продолжительность работы носит немонотонный характер. Так, при 45 °С увеличение воздухопроницаемости материалов ведет к резкому улучшению теплового состояния человека (см. рисунок, а). Однако при достижении уровня воздухопроницаемости 13 — 15 дм3/м2-с ее дальнейшее увеличение приводит к снижению допустимой продолжительности работы. Начиная с некоторого уровня это влияние стабилизируется.
Рост водопоглощаемости обусловливает увеличение допустимой продолжительности работы.
Полученным результатам можно дать следующее объяснение с точки зрения рассмотрения механизмов теплообмена человека в спецодежде с окружающей средой и результатов измерения параметров микроклимата пододежного пространства.
Микроклимат пододежного пространства в данных условиях отличается от окружающей среды большей влажностью и менее высокой температурой. Поэтому газообмен между пододежным пространством и окружающей средой играет двоякую роль: с одной стороны, обеспечивает уменьшение влажности воздуха пододежного пространства, способствует отдаче тепла с тела человека, и благоприятствует испарению влаги из материала спецодежды, с другой — вызывает повышение температуры воздуха пододежного пространства.
В зависимости от того, какое влияние доминирует, газообмен между пододежным пространством и окружающей среды будет играть положительную и отрицательную роль в формировании теплового состояния человека. В частности, при низких показателях воздухопроницаемости и водопоглощаемости, когда эвакуация влаги из пододежного пространства может обеспечиваться в основном за счет принудительного газообмена, возникающего между пододежным пространством и окружающей средой в результате движений человека при выполнении им работы, увеличение воздухопроницаемости ведет к существенному улучшению теплового состояния человека (см. рисунок, а). Дальнейшее увеличение воздухопроницаемости (выше 15 дм3/м2-с), по-видимому, не столько способствует уменьшению содержания влаги в пододежном пространстве, для удаления которой достаточна небольшая воздухопроницаемость, сколько повышению температуры пододежного воздуха и поэтому приводит к ухудшению теплового состояния человека. Увеличение воздухопроницаемости выше определенного уровня (50 дм3/м2-с) не ведет к дальнейшему изменению температуры и влажности воздуха пододежного пространства, и ее влияние на тепловое состояние стабилизируется.
Противоречивое воздействие на тепловое состояние человека может оказывать также способ-ф ность материалов поглощать влагу. Так, возрастание водопоглощаемости способствует уменьшению содержания влаги в пододежном пространстве за I счет накопления в материале спецодежды, но в то же время несколько ухудшает испарение влаги ( с ее поверхности. Однако первый факт представляется решающим, поскольку в рассматриваемых I условиях допустимая продолжительность работы | невелика и суммарное количество выделившегося пота соизмеримо с потенциальными возможностя-г ми материала поглощать влагу. Кроме того, накопление влаги уменьшает воздухопроницаемость материала, что во всем исследованном диапазоне воздухопроницаемости более 15 дм3/м2-с оказывает положительное влияние на тепловое состояние организма. Интервал же показателей воздухо-I проницаемости более 0, но менее 15 дм3/м2-с, в [ котором это влияние отрицательно, не имеет практического значения из-за крайне ограниченного количества материалов с такой низкой воздухопроницаемостью.
Таким образом, в целом при высокой внешней температуре водопоглощаемость следует рассмат-ь ривать как фактор, положительно влияющий на тепловое состояние организма. При низкой влаж-I ности воздуха это влияние более выражено вследствие интенсивного испарения влаги с поверхности спецодежды в окружающую среду.
При температуре воздуха 35 °С качественное влияние воздухопроницаемости материалов на до-' пустимую продолжительность работы аналогично описанному выше, однако оно выражено слабо (см. рисунок, б), так как температура окружающей среды лишь незначительно выше, чем пододежного воздуха. В результате газообмен приводит к небольшому повышению температуры воздуха пододежного пространства. * Влияние водопоглощаемости на тепловое сос-
тояние человека так же, как и в предыдущих условиях, положительно, однако сильнее при уме-, ренной влажности воздуха. Указанное обстоятельство, по-видимому, связано с тем, что микроклимат пододежного пространства в таких условиях жестче за счет большей влажности, что приводит к более выраженному тепловому напряжению организма, а следовательно, к более высокой интенсивности потоотделения. Это обусловливает возрастание значимости водопоглощаемости материалов при эвакуации влаги из пододежного пространства в условиях умеренной влажности.
Когда температура окружающей среды ниже 1 температуры пододежного воздуха (в рассматриваемом случае 22°С), увеличение воздухопрони-
I
цаемости материала ведет к улучшению теплового состояния (см. рисунок, в).
Положительное влияние водопоглощаемости выражено слабо: вероятно, почти вся выделенная телом человека влага, количество которой намного меньше, чем в других рассматриваемых условиях, проходит через весь материал в парообразном состоянии, и ее эвакуация обеспечивается путем газообмена между пододежным пространством и окружающей средой.
Выводы. 1. Тепловое состояние человека в условиях затрудненных теплоотдачи и вентиляции пододежного пространства, обусловленных подвижностью наружного воздуха, возможно удовлетворительно описать воздухопроницаемостью и водопоглощаемостью текстильных материалов спецодежды, обработанных водоотталкивающей пропиткой.
2. Влияние воздухопроницаемости на тепловое состояние человека при различной температуре окружающей среды неодинаково. При температуре окружающего воздуха, превышающей температуру пододежного (35—45 °С), увеличение воздухопроницаемости материала выше 15 дм3/м2-с приводит к ухудшению теплового состояния человека, однако, начиная с некоторого уровня (50— 100 дм3/м2-с), это влияние стабилизируется. При более низкой температуре воздуха увеличение воздухопроницаемости ведет к улучшению температурного режима организма.
3. Водопоглощаемость тканей оказывает положительное влияние на формирование теплового состояния человека в диапазоне температуры окружающей среды 22—45 °С. Однако значимость водопоглощаемости материалов уменьшается в микроклиматических условиях, приводящих к незначительному потоотделению человека.
4. Полученные результаты позволяют подойти к научно обоснованному выбору материалов для изготовления спецодежды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маку хин Д. В., Плетенский Ю. Г., Райхман С. П. и др.— Гиг. и сан., 1982, № 12, с. 65—68.
2. Райхман С. П., Римская JJ. М. — В кн.: Физиологические и клинические проблемы адаптации к гипоксии, гиподинамии и гипертермии. М„ 1981, т. 2, с. 150.
3. Римская Л. М. — В кн.: Медико-техничсские проблемы индивидуальной защиты человека. М., 1980, вып. 21, с. 34—40.
Поступила 21.07.83
Summary. The thermal status of man in the conditions of inconvenient heat emission and underclothing space ventilation due to ambient air mobility and the worker's movements in using textile work outfit impregnated with waterproof components can be attributed to air permeability and water absorbtion of these materials. The impact of these parameters, their nature and significance are related to the microclimatic environmental conditions.
