1

1

Środowisko pracy

Mikroklimat

dr inż. Katarzyna Jach

2

Definicja

Całokształt zmian fizycznych czynników

meteorologicznych w badanym,

ograniczonym miejscu.

Warunki klimatyczne panujące na

stanowisku roboczym lub w pomieszczeniu

przemysłowym.

Klimat charakterystyczny dla małej części

środowiska, której odrębność jest wynikiem

specyfiki układu czynników ją tworzących.

3

Główne parametry mikroklimatu

temperatura powietrza

temperatura promieniowania

cieplnego otoczenia

wilgotność powietrza

prędkość ruchu powietrza

ciśnienie atmosferyczne

4

regulacja bierna

promieniowanie,

konwekcja

i przewodzenie

regulacja czynna

wydzielanie

i odparowywanie potu

regulacja fizyczna

zmiana ilości ciepła

wymienianego

z otoczeniem

regulacja chemiczna

zmiana ilości ciepła

wytwarzanego w ustroju

mechanizmy

termoregulacyjne

Mechanizmy termoregulacji

5

Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła

przewodzenie

przy bezpośrednim zetknięciu się ciał

zależy od wielkości pola kontaktu oraz różnicy

temperatur

konwekcja (unoszenie)

wymaga obecności ośrodka oraz grawitacji

zależy od kształtu i orientacji ciała w przestrzeni

6

Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła

promieniowanie

nie wymaga pośrednictwa materii

zależy od zdolności powierzchni do

pochłaniania, rozpraszania i odbijania fal

elektromagnetycznych określonej długości

Parowanie

Zmiana stanu skupienia

Jednostronne

Zależy od wilgotności

2

ss

7

Bilans cieplny organizmu

ΔQ – przyrost ilości ciepła w

organizmie

M – ciepło wytworzone w

przemianach metabolicznych

C – ciepło przyjęte lub oddane

przez konwekcję i przewodzenie

łącznie

R – ciepło przyjęte lub oddane

przez promieniowanie

E – ciepło oddane przez

odparowanie potu i wody

ΔQ = M ± C ± R – E

8

Temperatura

skalarna wielkość fizyczna określająca

stopień ogrzania ciała.

miara średniej energii kinetycznej ruchu

cząsteczek

Stopnie Celsjusza lub Kelwina

Najważniejszy parametr mikroklimatu

Temperatura powietrza

Temperatura powietrza wokół ciała

ludzkiego

Jednolita temperatura wyobrażonej osłony,

w której przenoszenie ciepła

promieniowania jest takie jak w

rzeczywistej osłonie niejednolitej

(temperatura poczernionej kuli)

9

Średnia temperatura

promieniowania

10

Reakcje fizjologiczne na ciepło

Pocenie się

Zaczerwienienie –

wzrost przepływu krwi

w naczyniach

włosowatych

Szybsze tętno

Dodatni bilans cieplny

11

Zmiany w funkcjonowaniu organizmu

- ciepło

zwiększone obciążenie układu sercowo-

naczyniowego

redukcja aktywności mięśniowej

„wyłączenie” układu trawienia

odwodnienie

Skurcze mięśni (zaburzenie równowagi

elektrolitowej)

12

Wpływ mikroklimatu na człowieka

- ciepło

uczucie wyczerpania i senności

spadek wydajności pracy

wydłużony czas reakcji

zmniejszona spostrzegawczość

wzrost ilości błędów

wzrost wypadkowości

3

13

Reakcje fizjologiczne na zimno

Gęsia skórka

Sinienie

Dreszcze

Odcinanie dopływu krwi

do palców

14

Zmiany w funkcjonowaniu organizmu

- zimno

odczuwalne obniżenie temperatury skóry

zwiększenie tempa metabolizmu

utrata elastyczności i siły mięśni

spowolnienie przewodzenia bodźców

nerwowych

zmiany behawioralne

Ujemny bilans cieplny

15

Wpływ mikroklimatu na człowieka

- zimno

uczucie niepokoju, zdenerwowania

spadek czujności i koncentracji

spadek wydajności pracy

gorsze wyniki pracy umysłowej

16

Wilgotność

Bezwzględna [g/m3] - ilość pary wodnej w

gramach na 1 m3 powietrza.

Względna [%] - stosunek wilgotności

bezwzględnej do maksymalnej.

Maksymalna - największa zawartość pary

wodnej w gramach, która nasyca 1 m3

powietrza w danej temperaturze

17

Wpływ wilgotności powietrza na

organizm

< 30% - wysychanie błon śluzowych górnych

dróg oddechowych i osłabienie bariery

ochronnej organizmu

Wysoka wilgotność powietrza

w wysokich temperaturach utrudnia oddawanie

ciepła przez parowanie potu

W niskich temperaturach zwiększa oddawanie

ciepła poprzez przewodzenie

18

Wilgotność a komfort cieplny

4

19

Ruch powietrza

Względna prędkość cząstek powietrza [m/s]

Efekt różnicy ciśnień lub temperatur

20

Wpływ szybkiego ruchu powietrza

na organizm

obniżenie ciśnienia krwi

bóle głowy

bóle serca

wzmożona pobudliwość nerwowa

bóle mięśniowe

21

Temperatura efektywna (Effective temperature)

wskaźnik temperatury powietrza o

wilgotności 50% dla którego człowiek

wymienia taką samą całkowitą ilość ciepła,

jaką wymienia w rzeczywistych warunkach

Wskaźnik odczuwalności cieplnej

22

Temperatura efektywna (Effective temperature)

• wyznaczona empirycznie w komorach

klimatycznych z uwzględnieniem

parametrów fizjologicznych przez

C. P. Yaglou i F. C. Houghtona

• Uwzględnia:

temperaturę powietrza

średnią temperaturę promieniowania przegród w

pomieszczeniu

ciśnienie cząstkowe pary wodnej

23

Temperatura efektywna –

Houghten i Yaglou, 1923 r.

24

Zależność sprawności fizycznej od temperatury

efektywnej.

0

20

40

60

80

100

120

16 18 20 22 24 26 28 30 32

Temperatura efektywna

Sp

raw

no

ść

(%

)

5

25

Komfort cieplny

• Najkorzystniejsze warunki mikroklimatu

pomieszczenia, w których człowiek czuje się

dobrze, a gospodarka cieplna jego

organizmu przebiega najekonomiczniej

/CIOP/

• Komfort cieplny jest to taki stan umysłu,

który wyraża zadowolenie z panujących

warunków termicznych

/ISO 7730/

26

Komfort cieplny

zrównoważony bilans cieplny

odpowiednia temperatura wnętrza ciała

(37±0,3ºC)

odpowiednia temperatura skóry (32-34ºC)

brak aktywności gruczołów potowych (do

~20% maks. zdolności utraty ciepła)

brak uczucia dyskomfortu

27

Wskaźniki komfortu wg normy ISO 7730

PMV (Predicted Mean Vote) – od -0.5 do

+0.5

PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) –

10% lub mniej

28

Zależność między PMV i PPD

29

PMV – składowe oceny

poziom metabolizmu

praca zewnętrzna

izolacyjność termiczna odzieży

stosunek powierzchni ciała okrytej

odzieżą do powierzchni nieokrytej

temperatura powietrza

średnia temperatura promieniowania

prędkość ruchu powietrza

względna wilgotność powietrza

30

rodzaj aktywności

poziom

metabolizmu

[met]

ciepło

wydzielane

[kcal/h]

odpoczynek w pozycji leżącej 0.8 70

odpoczynek w pozycji siedzącej 1.0 90

relaks w pozycji stojącej lub aktywność w pozycji

siedzącej (np. praca biurowa) 1.2 110

aktywność w pozycji stojącej (np. zakupy, przemysł

lekki) 1.6 145

średnio intensywna aktywność (np. prace domowe) 2.0 180

intensywna aktywność (np. przemysł metalowy) 3.0 270

bardzo intensywna aktywność (np. roboty budowlane) 4.0 – 6.0 360 – 540

Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu

6

31

Aktywność fizyczna

32

rodzaj odzieży

izolacyjność

cieplna

[clo]

skąpy kostium kąpielowy dwuczęściowy 0.01

szorty i koszulka sportowa 0.1

krótkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem, cienka

bielizna 0.2

długie cienkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem,

cienka bielizna 0.5

kostium damski lub lekki garnitur męski 0.8

typowy garnitur męski 1.0

garnitur z kamizelką, ciepła bielizna z długimi rękawami i

nogawkami 1.5

ocieplany kombinezon roboczy do prac zimowych 2.2

ubranie polarne 3-4

Odzież i jej izolacyjność termiczna

33

Izolacyjność odzieży a komfort cieplny

Amicro 1.0

34

Ograniczenia stosowania PMV

metabolizm 58 – 232 W/m²

prędkość powietrza 0-1 m/s

temperatura powietrza 10-30ºC

średnia temperatura promieniowania

10- 40ºC

izolacyjność odzieży 0 - 2 clo

35

Komfort cieplny pracownik

biurowego

temperatura pomieszczenia 21 – 26ºC

chłodzenie izotermicznym przepływem powietrza

do 30ºC, a powyżej 30ºC zimną strugą

pionowy gradient temperatury na wysokości

człowieka do 3K

asymetria temperatury promieniowania (od okien)

do 10K a od sufitu do 5K

temperatura powierzchni podłogi 19 - 29ºC

wilgotność powietrza 30 - 70%

36

Środki tworzące korzystny mikroklimat

Urządzenia techniczne

Grzewcze

Wentylacyjne

Klimatyzacyjne

Środki ochrony osobistej i indywidualnej

Środki organizacyjne

Rytm przerw i pracy

Separacja pracowników od środowisk zimnych/ gorących

Rotacja pracowników

7

37

Środki zmniejszające obciążenie

cieplne powodowane słońcem

Zwiększenie współczynnika odbicia

Przegrody nieprzezroczyste

Wzrost wymiany ciepła (np. zraszanie)

Zwiększenie odporności termicznej przegród

Przegrody oszklone

Wystawa gł. północna

Żaluzje, szczególnie zewnętrzne

Wind Chill Index (Indeks Wychładzania) twC = 13.12 + 0.6215 ta - 11.37 v0.16 + 0.3965 ta v

0.16

where

twC = effective "wind" temperature (oC)

ta = temperatura powietrza (oC)

v = prędkość ruchu powietrza (km/h)

38

Wind Chill Index effects

39

Humidex / Heat Index (Indeks Cieplny)

40

41

Normy PN-EN 27243:2005 Środowiska gorące. Wyznaczanie

obciążenia termicznego działającego na człowieka podczas

pracy, oparte na wskaźniku WBGT

PN-EN ISO 11079:2008 Ergonomia środowiska termicznego.

Wyznaczanie i interpretacja stresu termicznego wynikającego

z ekspozycji na środowisko zimne z uwzględnieniem

wymaganej izolacyjności cieplnej odzieży (IREQ) oraz wpływu

wychłodzenia miejscowego (oryg.)

PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego.

Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu

termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i

PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego (oryg.)

PN-EN 12515:2002 Środowiska gorące. Analityczne określanie

i interpretacja stresu cieplnego z wykorzystaniem obliczenia

wymaganej ilości potu

42

Literatura

Termofizjologia, mikroklimat i komfort cieplny,

http://www.ergonomia.ioz.pwr.wroc.pl

Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej

z dnia 17 czerwca 1998 r. w sprawie najwyższych

dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników

szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz.U.

nr 79, poz. 513.