III. Опасности рабочих зон и среды обитания человека

Человечество на всем протяжении истории своего развития, как показано выше, подвержен воздействию опасностей окружающего мира, и по мере развития и совершенствования созданной им искусственной системы – техносферы оказался в новом для него как объекта биосферы современном мире опасностей – ноксосфере.

Человек как объект природы (биосоциальной системы) одновременно представляет собой открытую систему, подверженную воздействию различных потоков из окружающей среды, и организм его постоянно находится во взаимодействии с окружающей его средой, а, следовательно, подвержен всем естественным опасностям, возникающим в ней при изменении абиотических факторов биосферы и при стихийных природных явлениях (9).

Жизнь человека на урбанизированной территории постоянно и непрерывно связана с производимой им работой и социальной деятельностью:

трудовые отношения;

пребывание в социальной и урбанизированной среде;

использование технических средств;

взаимодействие с природной средой;

отдых и досуг.

Деятельность организма человека совершается за счет потребляемой им энергии, выделяемой в результате химического расщепления биологических веществ в виде «топлива» - пищи, или обмена веществ (при различных видах деятельности и основного, жизненно необходимого обмена) (2).

Для поддержания жизни человека необходим расход энергии 4,2 кДж/ч на 1 кг массы тела, при этом затраты энергии возрастают при совершении человеком тех или иных действий.

Затраты энергии (расход энергии в Вт) при мышечной работе зависят от ее напряженности и продолжительности:

сон……………………………………………67,5…71,1;

легкая сидячая работа…………………….116,4..125;

легкая физическая работа…………………408,3..583,3;

тяжелая физическая работа……………….583,3..875.

Нормальная жизнедеятельность человека может осуществляться только при определенных метеорологических условиях:

давлении Р;

температуре Т;

относительной влажности φ;

скорости движения W атмосферного воздуха окружающей среды.

Параметры этих условий влияют на интенсивность тепломассообмена тела человека с окружающей средой, в процессе которого в окружающую среду поступает (отводится вырабатываемая организмом при жизнедеятельности) теплота Q_выр, а температура тела поддерживается на определенном уровне, обеспечивающем нормальное протекание обменных реакций в организме человека.

Температурный оптимум человека близок к температуре его тела, составляющему +37° С (температура «ядра» тела или внутренних органов).

Данная температура более-менее стабильна для здорового человеческого тела на всем протяжении его жизни, незначительно изменяясь в зависимости от времени года, суток и возраста (3):

максимальная величина температуры тела в течение дня в период с 16 до 18 часов (37,0…37,1° С), минимальная с 3.00 до 4.00 (36,0…36,2° С);

максимальная температура тела наблюдается в возрасте до 3-5 лет (37,0…37,1° С), минимальная у пожилых людей свыше 65 лет (35,…36,0° С);

оптимальная температура тела для жизнедеятельности человека находится в пределах 25,0…43,0° С.

Неравномерно распределяется температура тела по его частям:

кожи лба – 32,5…34,0° С;

груди 31…33,5° С;

кистей рук 28,5° С;

пальцев стопы 24,4° С;

в подмышечной впадине 36,5…36,9° С.

Количество отводимой в окружающую среду теплоты выражается:

Q_отв = Q_к + Q_р + Q_п + Q_д, (3.1)

где:

Q_к, Q_р, Q_п, Q_д – количество теплоты, отводимой за счет конвекции, радиации (излучения), испарения пота и дыхания, Вт.

Конвективный теплообмен тела человека с окружающей средой определяется температурой окружающей среды Т_ос и подвижностью окружающего воздуха W:

Q_к = ƒ(T_ос;W) (3.2)

Радиационный теплообмен описывается обобщенным законом Стефана-Больцмана:

Q_р = C_прF_кψ{(T_к/100)⁴ – (T_оп/100)⁴} (3.3)

где:

C_пр – приведенный коэффициент излучения ≈ 4,9 В/(м²·К⁴);

F_к – площадь поверхности кожи, излучающей лучистый поток (~1,8 м²), м²;

ψ – коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей и показывающий долю лучистого потока, излучаемого поверхностью пламени (~1);

Т_к – средняя температура кожи;

Т _оп – средняя температура окружающей среды.

Количество теплоты, отдаваемого телом человека в окружающую среду при испарении пота:

Q_п = M_пr, (3.4)

где:

М_п – масса испарившегося пота, г/с;

r – скрытая теплота испарения пота, Дж/г (для воды 2450 Дж).

Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха, определяется по формуле:

Q_д = V_лвρ_вдC_р(T_выд – T_вд), (3.5)

где:

V_лв – объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени («легочная вентиляция»), м³/с;

ρ_вд – плотность вдыхаемого воздуха, кг/м³;

C_р – удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, кДж/(кг·°С);

T_выд – температура выдыхаемого воздуха, °С;

T_вд - температура вдыхаемого воздуха, °С.

Нормальное тепловое состояние организма человека (тепловой комфорт) наблюдается при условии, когда вся вырабатываемая организмом теплота Q_выр передается телом окружающей среде при равенстве: Q_выр = Q_отв.