KLIMAT12.DOC

Temat : Pojęcie klimatu i warunki jego określania w warunkach górniczych

1. WSTĘP.

              Mikroklimat środowiska jest określany poprzez zespół parametrów fizycznych powietrza i otoczenia mających wpływ na samopoczucie przebywającego w nim człowieka. Do podstawowych parametrów fizycznych powietrza należą:

- temperatura,

- wilgotność,

- prędkość przepływu.

              Parametrem otoczenia, a więc powierzchni skał otaczających dane wyrobisko, jest średnia temperatura promieniowania otoczenia.

Każdy z wymienionych powyżej parametrów powietrza i otoczenia posiada istotny wpływ na klimat w środowisku pracy, dlatego dla prawidłowego jego oznaczenia należy analizować sumaryczny wpływ kilku lub wszystkich jego parametrów. Do tego celu służą wskaźniki mikroklimatu, których wyznaczono dotychczas bardzo wiele, a do najważniejszych należą:

- temperatura efektywna amerykańska i belgijska,

- temperatura zastępcza francuska,

- wskaźnik WBGT,

- temperatura zastępcza komfortu wg. Cuprum,

- wartość katastopni.

              Szerszym pojęciem od mikroklimatu są tzw. klimatyczne warunki pracy panujące w danym środowisku. Mówimy o dobrych, złych, trudnych lub niebezpiecznych warunkach klimatycznych. W celu scharakteryzowania warunków klimatycznych w danym miejscu pracy należy oprócz mikroklimatu uwzględnić wydatek energetyczny organizmu ludzkiego. Wydatek energetyczny pracownika zależy przede wszystkim od rodzaju i intensywności pracy i jest przedstawiany w formie liczbowej w [kcal/h] lub w [W/m2] powierzchni ciała ludzkiego. Do określenia klimatycznych warunków pracy ludzi służą wskaźniki obejmujące mikroklimat i wydatek energetyczny pracownika.               Do najważniejszych z nich należą:

- wskaźnik obciążenia termicznego Beldinga i Hatcha (HSI),

- wskaźnik obciążenia termicznego organizmu wg. Mc Ardlego (P4SR),

- wartość odniesienia wskaźnika WBGT.

              Ważną grupę wskaźników stanowią parametry samego organizmu zwane wskaźnikami fizjologicznymi. Wskaźniki te określają stopień wydolności fizycznej oraz stan bezpieczeństwa cieplnego organizmu. Do wskaźników tych należą:

- temperatura wewnętrzna organizmu mierzona w odbytnicy,

- częstotliwość uderzeń serca,

- ilość wydzielanego potu w jednostce czasu,

- temperatura powierzchni skóry.

              Warunki klimatyczne w środowisku o danym mikroklimacie będą odczuwane przez różnych ludzi w różny sposób, głównie ze względu na rodzaj czynności, jakie wykonują. Człowiek wykonujący ciężką pracę określi warunki klimatyczne danego środowiska jako trudne, człowiek odpoczywający przebywający w tym samym miejscu - jako przyjemne. Warunki klimatyczne panujące w tym samym środowisku, w którym istnieje stały, niezmienny mikroklimat, w odczuciu tych dwóch pracowników będą różne.

Warunki pracy to pojęcie jeszcze bardziej ogólne, uwzględniające warunki klimatyczne, a także takie właściwości środowiska, jak: skład atmosfery, zapylenie, hałas, wibracje itp.

              Analizując wpływ wyżej wymienionych czynników na samopoczucie pracowników w danym środowisku, możemy wprowadzić pojęcia komfortu i dyskomfortu pracy, w ogólnym szerokim znaczeniu oraz komfortu cieplnego i dyskomfortu cieplnego pracy w odniesieniu do klimatycznych warunków pracy.

Człowiek powinien pracować w warunkach komfortu cieplnego, w których odczuwałby stan zadowolenia z parametrów cieplnych środowiska. Praca w warunkach dyskomfortu cieplnego jest dopuszczalna dzięki bardzo dużym możliwościom termoregulacyjnym organizmu ludzkiego. Istnieje jednak pewna granica dyskomfortu określona jako dyskomfort 100-procentowy, powyżej którego praca jest niebezpieczna dla zdrowia i powinna być zabroniona.

              W nieniejszej pracy, w celu określenia stanu dyskomfortu cieplnego odczuwanego przez pracownika w danym środowisku, wprowadzono wielkość zwaną wskaźnikiem dyskomfortu cieplnego pracownika ”d”. Wskaźnik dyskomfortu jest wielkością bezwymiarową lub procentową. Określa on, w jakim stopniu klimatyczne warunki pracy w danym środowisku różnią się od warunków komfortowych oraz warunków dopuszczalnych pod względem bezpieczeństwa termicznego człowieka.

2. WYMIANA CIEPŁA POMIĘDZY CZŁOWIEKIEM A OTOCZENIEM -

RÓWNOWAGA TERMICZNA ORGANIZMU LUDZKIEGO.

2.1. CIEPŁO METABOLICZNE - WYDATEK ENERGETYCZNY PRACOWNIKA.

              Organizm człowieka, wskutek procesów przemiany materii, wytwarza ciepło zwane ciepłem metabolicznym. Wielkość wytworzonego ciepła metatabolicznego w jednostce czasu nazywamy przyrostem metabolizmu ”QM”. Zgodnie z i zasadą termodynamiki:

QM = Q + L    [W]

              gdzie: QM - ciepło metaboliczne czlowieka [W],

                         Q   - ciepło wewnętrzne (wydatek energetyczny) [W],

                         L   - ciepło zużyte na wykonywanie pracy [W].

              Energia cieplna zużytkowana na pracę mechaniczną L stanowi małą część całkowitego ciepła metabolizmu QM.Dla pracy bardzo ciężkiej dochodzi max. do 20%, natomiast w stanie wypoczynku przyjmuje się ją równą zeru. Stosunek ciepła zużytego na pracę mechaniczną do ciepła metabolizmu nazywa się sprawnością ruchową pracownika:

[%]

              gdzie: h - sprawność ruchowa pracownika, czyli wsp. sprawności mech. [%].

Ciepło wewnętrzne organizmu zwane również wydatkiem energetycznym równa się więc:

          [W]

              Bardzo często przyrost metabolizmu człowieka lub wydatek energetyczny wyraża się w stosunku do powierzchni ciała ludzkiego, czyli:

          [W/m2]

              gdzie: ADu - pole powierzchni ciała ludzkiego, przyjmuje się ADu = 1,8[m2],

W zależności od wielkości wydatku energetycznego dokonuje się klasyfikacji pracy na: lekką, umiarkowaną i ciężką (patrz tab1.) na podstawie normy PN-85/N-08011.

TAB. 1

Klasyfikacja poziomów metabolizmu (wydatków energetycznych) wg PN-85/N-08011

2.2. BILANS CIEPLNY ORGANIZMU LUDZKIEGO:

              Człowiek należy do istot stałocieplnych, tj. utrzymujących stałą temp. ustroju, co powoduje, że każdy nadmiar wytworzonego w organizmie ciepła jest z niego wydalany dzięki mechanizmowi termoregulacji. Wytwarzane na skutek procesów metabolicznych ciepło wew. organizmu musi być z niego wydalone, aby utrzymać stałą temp. rektalną (wewnętrzną). Na sposób i wielkość wydzielania ciepła z organizmu do otoczenia poważny wpływ ma klimat środowiska, co wiąże się również z samopoczuciem człowieka, a więc komfortem i dyskomfortem pracy.

Bilans cieplny organizmu ludzkiego można napisać w postaci równania:

gdzie: Qc  - zmiana entalpii ciała ludzkiego,

                         Q  - ilość ciepła wytwarzanego w organizmie (różnica między całk. ciepłem               metab. a ciepłem zużytym na pracę mechaniczną),

                        Qk  - Wymiana ciepła przez konwekcję,

                        Qs  - wymiana ciepła przez promieniowanie,

                        Qp  - wymiana ciepła przez przewodzenie,

                        Qv  - utrata ciepła przez parowanie potu,

                        Qdf - utrata ciepła przez dyfuzyjne parowanie wody przez skórę,

                        Qjw - jawna utrata ciepła przez oddychanie,

                        Qut - utajona utrata ciepła przez oddychania.

              Znak ”+” oznacza zysk ciepła, znak ”-” utratę ciepła przez organizm w zależności od parametrów mikroklimatu

Przy zrównoważonym bilansie cieplnym wartość Qc = 0.

Przy zmianie entalpii ciała ludzkiego, gdy następuje akumulacja ciepła, wartość Qc jest dodatnia, gdy następuje zmniejszenie ciepła w organizmie, wartość Qc jest ujemna.

2.3. PODSTAWOWE SPOSOBY WYMIANY CIEPŁA MIDZY CZŁOWIEKIEM A OTOCZENIAM:

2.3.1. Przewodzenie ciepła przez odzież:

              Przewodzenie ciepła u człowieka występuje pomiędzy ciałem ludzkim a przylegającą do niego odzieżą. Jest więc transportem ciepła wewnętrznego przez odzież do jej powierzchni, z której następnie jest ono oddawane do powietrza lub otoczenia. Odzież posiadająca własciwości izolacyjne zmniejsza prędkość oddawania ciepła od człowieka do otoczenia w środowiskach chłodnych. Wśrodowiskach gorących, gdy robotnicy pracują bez odzieży, przewodzenie ciepła nie występuje.

              Przenikanie ciepła ze skóry do zewnętrznej powierzchni odzieży okrywającej ciało można wyrazić następującym wzorem:

          [kcal/h]

          [W]

              gdzie: ADu - powierzchnia ciała ludzkiego, przyjmowana 1.8 [m2],

                        tsk - temperatura powierzchni skóry [oC],

                        tcl - temperatura powierzchni odzieży [oC],

                        lcl - opór cieplny odzieży [clo], wielkość tę określającą opór przepływu ciepła               przez warstwy odzieży pomiędzy pow. ciała ludzkiego a zew. pow.               odzieży podaje się w jednostkach  1 [clo] = 0.155 [m2K/W]

              W tab. 2 podana opory cieplne niektórych zestawów odzieży wg. Fangera

TAB. 2

Oporność cieplna różnych zestawów odzieży wg. Fangera