Воздействие теплового излучения и высоких температур на человека

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции. Воздействие высоких и низких температур внешней среды вызывает нарушение теплообмена и приводит соответственно к перегреву и переохлаждению организма. Основными видами терморегуляции, как известно, являются теплообразование и теплоотдача. Теплообразование в организме осуществляется химическим путем. Теплоотдача происходит физическим путем: излучением, проведением тепла и испарением. Оптимальными метеорологическими условиями для человека являются температура воздуха 18-30 °С при относительной влажности 40-60 и скорости движения воздуха 0,5-1,0 м/с. Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. При повышенной влажности и высокой температуре воздуха, когда испарение затруднено, чаще всего возникает острое перегревание организма. Такие условия нередко возникают при работе в плотной невентилируемой одежде. Перегреванию организма способствует и целый ряд других факторов: большая физическая нагрузка, недостаточное употребление воды для питья, переедание (особенно белковой пищи), употребление алкоголя, перенесенные заболевания, ожирение и др. Высокие температуры оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека. Работа в условиях высокой температуры сопровождается интенсивным потоотделением, что приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов, вызывает серьезные и стойкие изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, увеличивает частоту дыхания, а также оказывает влияние на функционирование других органов и систем – ослабляется внимание, ухудшается координация движений, замедляются реакции и т.д. При гипертермии и как следствие тепловом ударе наблюдаются головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение. Пульс и дыхание учащены, в крови увеличивается содержание азота и молочной кислоты. При этом наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами возникают судороги, потеря сознания. Солнечный удар является своеобразной формой перегрева, обусловленной непосредственным локальным действием солнечных лучей на незащищенную голову. При этом может не наблюдаться общего перегревания организма. Появляются общая слабость, чувство недомогания, головная боль, головокружение, мелькание “мушек” перед глазами, стеснение в грудной клетке, шум в ушах, иногда носовые кровотечения, тошнота, рвота, расстройство стула. Кожа лица становится красной, усиливается потоотделение. В тяжелых случаях возникают выраженные нарушения со стороны центральной нервной системы: затемненное сознание, резкое возбуждение, судороги, непроизвольные движения, галлюцинации, бред. Исследователями установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека начинает падать. Так, повышение температуры с 25 до 30 °С в прядильном цехе приводит к снижению производительности труда на 7 %, производительность труда работников машинострои­тельного предприятия при температуре 29,4 °С снижается на 13 %, а при температуре 33,6°С на 35 % по сравнению с производительностью при 26°С. Вопреки установившемуся мнению величина потовыделения мало зависит от недостатка воды в организме или от ее чрезмерного потребления. Считается допустимым для человека снижение его массы на 2…3 % путем испарения влаги – обезвоживание организма. Обезвоживание на 6 % влечет за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения; испарение влаги на 15…20 % приводит к смертельному исходу. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей. Потеря соли лишает кровь способности удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. Для восстановления водного баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты подпитки подсоленной (около 0,5 % NaCI) газированной питьевой водой из расчета 4…5 л на человека в смену. На ряде заводов для этих целей применяют белково-витаминный напиток. В жарких климатических условиях рекомендуется пить охлажденную питьевую воду или чай. В горячих цехах промышленных предприятий большинство техно­логических процессов протекает при температурах, значительно пре­вышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, кото­рые могут привести к отрицательным последствиям. При температуре до 500°С с нагретой поверхности излучаются тепловые (инфракрасные) лучи с длиной волны 740…0,76 мкм, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасного излучения появляются видимые световые и ультрафиолетовые лучи. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечно-сосуди­стой и нервной систем. По характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи подразделяются на коротковолновые лучи с длиной волны 0,76…1,5 мкм и длинноволновые с длиной более 1,5 мкм. Тепловые излучения коротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потовыделение, а при длительном облучении -тепловой удар. Длинноволновые лучи глубоко в ткани не проникают и погло­щаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза. Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теп­лота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в резуль­тате чего температура воздуха внутри помещения повышается. В предупреждении развития перегревов большое значение имеют технические и санитарно-гигиенические мероприятия. Параметры микроклимата зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции. Принципиальное значение имеет раздельное нормирование каждого компонента микроклимата: температуры, влажности, скорости движения воздуха. В рабочей зоне должны обеспечиваться параметры микроклимата, соответствующие оптимальным и допустимым значениям. К медико-профилактическим мероприятиям относятся организация рационального режима труда и отдыха, обеспечение питьевого режима, повышение устойчивости к высоким температурам путем использования фармакологических средств (прием дибазола, аскорбиновой кислоты, глюкозы), вдыхания кислорода.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение со сплошным спектром, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии (в отличие, например, от люминесценции, возникающей за счёт внешних источников энергии).

Тепловое излучение – один из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (теплопроводность, конвекция, излучение), которое осуществляется при помощи электромагнитных волн.

При длительном воздействии высокой температуры и лучистой энергии температура тела человека может повыситься на 1-2°С. Из организма тогда усиливается выделение пота, причем пот содержит значительное количество поваренной соли, вследствие чего происходит обеднение крови солью и самочувствие человека ухудшается. При прекращении работы и переходе в помещение с нормальной температурой спустя 20-30 мин. Восстанавливается нормальное самочувствие.

В довольно редких случаях, когда перегрев достигает 40,5°С и выше и организм не в состоянии справиться с ним и нарушениями, которые перегрев вызывает, может наступить тепловой удар. Человек тогда впадает в чрезвычайно болезненное состояние, которое при определенных условиях может привести к смерти.

Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать:

-35 Вт/м2 при облучении 50% поверхности тела и более;

-70 Вт/м2 – при величине облучаемой поверхности от 25 до 50% и более;

-100 Вт/м2 – при облучении не более 25% поверхности тела.

Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретый металл, стекло, «открытое» пламя и др.) не должна превышать 140 Вт/м2, при этом облучению не должно подвергаться более 25%) поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

К числу мероприятий, способных ослабить вредное действие теплового излучения, относятся:

а) механизация работ, направленная на то, чтобы работники меньше подвергались тепловому облучению;

б) устройство у тепловыделяющих производственных источников цепных или водяных завес;

в) применение экранов из материалов, обладающих малой теплопроводностью;

г) осуществление аэрации горячих цехов;

д) устройство специальных комнат отдыха, а также душей, снабжение работников подсоленной газированной водой (3 г соли на 1 л воды);

е) применение такой организации труда, которая допускает чередование лиц, работающих в сильно облучаемых местах;

ж) обязательное применение специальных очков для защиты от инфракрасного излучения и особых стекол для предотвращения воздействия ультрафиолетовых лучей.

Для улучшения теплоотдачи обычно нет необходимости создавать определенные метеорологические условия во всем объеме горячего цеха; такие условия обеспечиваются на отдельных рабочих местах. Это осуществляется путем создания оазисов и душей. Воздушный оазис – огороженный с боков щитами и открытый сверху объем в цехе, куда подается охлажденный воздух. Воздушный душ подает на рабочее место через воздухораспределитель воздух, имеющий заданные параметры.

При температуре в помещении выше 28°С и, интенсивности облучения 210 Вт/м2 необходимое охлаждение воздуха достигается введением в воздушную струю распыленной воды. Такой душ называют водо-воздушным.

Индивидуальная защита в горячих цехах достигается спецодеждой, выполненной из невоспламеняемого, стойкого против воздействия лучистой теплоты, прочного, мягкого и воздухопроницаемого материала. В зависимости от требований защиты костюм выполняется из сукна, брезента, синтетического волокну, химически обработанных с металлическим покрытием тканей. Под пневматический комбинезон подается воздух из шлангового прибора пли от сети сжатого воздуха.

Голову от перегревов и ожогов защищают шляпой из войлока, фетра или грубошерстного сукна. Костюм дополняет специальная, стойкая к повышенной температуре и облучению обувь и рукавицы.

Глаза от воздействия лучистой энергии защищают очками со светофильтрами, спектральное поглощение которых соответствует спектру лучистого потока. Очки крепятся к козырьку или полям головного убора.

На горячих производствах существенное значение имеет питьевой режим и режим отдыха. Для восстановления водного баланса в организме рабочих снабжают подсоленной (0,2% поваренной соли), газированной водой из расчета 4-5 л на человека в смену.

Такая вода хорошо утоляет жажду, так как при добавлении соли ткани организма лучше удерживают воду.

При работах с высокой концентрацией излучаемой теплоты в течение смены устраиваются перерывы, частота и длительность которых определяется условиями и тяжестью работы. Во время перерывов рабочие отдыхают в специально оборудованных местах отдыха-закрытых кабинах или огороженных местах, где обеспечивается заданный благоприятный микроклимат.

содержание   .. 

40 

41 

42 

43 

44 

45 

46 

47 

48 

49  50 
..

8.12.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ДЕЙСТВИЕ НА ЛЮДЕЙ

8.12.1. ВВЕДЕНИЕ

Человек, если он подходящим образом одет, способен переносить температуры
окружающей среды в сравнительно широком диапазоне. В Антарктиде температура
окружающей среды в своем минимуме может приближаться к –

90 °С, а самая высокая температура в ряде частей земли может достигать

+ 58 °С. Однако организм человека сам по себе может функционировать только в
относительно узком диапазоне температур, и поэтому людям в большинстве
климатических зон требуется носить определенные виды одежды.

Человеческое тело может подвергаться действию чрезмерного тепла или холода при
контакте с горячими или соответственно холодными веществами, находящимися в
твердом, жидком или газообразном состоянии и подводящими в человеческий организм
тепло или отводящими его. Однако этот раздел будет посвящен только пагубному
воздействию тепла, но не холода. Внимание будет уделяться главным образом
тепловому воздействию от пожара и последствиям

этого воздействия, но не ожогам, которые появляются при соприкосновении с
горячими жидкостями (основные механизмы при этом – теплопроводность и
конвекция).

Количество тепловой энергии, поглощаемой человеческим телом от источника
излучения, в принципе можно рассчитать, применяя законы физики. Но хотя
воздействие излучения на человеческое тело определяется в целом законами физики,
для предсказания этого воздействия необходимо также знать анатомию человека и
его физиологию; необходимые сведения из этих наук здесь будут приведены в самых
общих чертах и лишь в той мере, в какой они относятся к аспектам основных
химических опасностей. Из рассмотрения будут исключены вопросы, связанные с
ожогами, возникающими при соприкосновении с химическими продуктами коррозии,
неорганическими кислотами и щелочами.

8.12.2. СУЩНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЛЮДЕЙ ТЕПЛОВЫМ

ДЕЙСТВИЕМ

Ожоговое поражение человека описано в книге [Mason,1978]. Полное число смертей,
вызванных тепловым поражением (включая ожоги), в Великобритании в 1975 г.
составило 495 чел. с тенденцией к снижению смертности приблизительно на 20% по
сравнению с предыдущим десятилетием. В цитируемой работе отмечается, что эта
цифра – только половина от того числа смертей, что случились при пожарах, а
другую половину составляют несчастные случаи, которые произошли при пожарах от
удушья или вдыхания моноксида углерода и других отравляющих газов. На каждого
человека, погибшего от теплового поражения, приходится двадцать человек,
проходящих курс лечения в больницах в течение в среднем 5-6 нед, и 200 человек,
обращавшихся за помощью в отделения травматологии при больницах. Приблизительно
половина людей из числа обращавшихся за помощью не достигали десятилетнего
возраста. Две трети пострадавших взрослых мужчин получили ожоги на работе.

Мазон [Mason.1978] утверждает, что вряд ли фугасные бомбы могут вызвать ожоги.
Это не совсем так. Бомба массой 13,5 кг образует огневой шар диаметром около 9
м, который очень быстро диссипирует на открытом воздухе. Однако при взрыве в
ограниченном пространстве люди могут получить ожоги. Поражение от напалма –
средства, применяющегося в военных целях и состоящего из смеси жидкого горючего,
например бензина, и порошка-загустителя (алюминиевого мыла, изготовленного из
кокосового масла), нафтеновой и олеиновой кислот, может быть очень тяжелым. При
температурах свыше 1000°С образуются газы, и поэтому в ограниченных
пространствах существует вероятность смерти от удушья или отравления моноксидом
углерода. Удушье может произойти от вдыхания горячих газов, которые обжигают
дыхательные пути или разрушают альвеолы (воздушные мешочки в легких).

Очевидно, существует порог, ниже которого теплового поражения не возникает. Вода
в ванне обычно имеет температуру 36 – 42°С. Однако десятисекундное
соприкосновение с водой, имеющей температуру 60°С, приводит к частичной утрате
кожного покрова, а соприкосновение в течение 10 с с водой, нагретой до 70°С,
вызвывает полную потерю кожного покрова.

В районах с умеренным климатом воздействие солнечного излучения на человека для
большей части года незначительно. Однако бывает в году несколько дней, когда
солнечный свет может вызвать ожог кожи. По существу есть верхний предел
температурной чувствительности кожи, и когда он превышается, происходит
поражение; боль начинает ощущаться при температуре кожи около 44°С. Расчет
интенсивности излучения, вызывающего такую температуру, осложняется наличием у
человека механизмов охлаждения, таких, как выделение пота и кровотечение.
Реакция кожи зависит не только от интенсивности излучения, но и от
продолжительности его воздействия (см. разд. 8.12.4).

8.12.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Физические законы, определяющие параметры излучения, установлены со значительно
более высокой точностью, чем физиологические законы, и хорошо известны.

Тепловое излучение является частью спектра электромагнитных волн,
представленного на рис. 8.6. Испускание или поглощение теплового излучения –

Логарифм частоты (в герцах)

Рис. 8.6. Спектр электромагнитного излучения.

это обмен энергией и может быть определено количественно. Законы распространения
теплового излучения подобны законам распространения света. Например, тела,
отражающие свет, отражают и тепловое излучение. Однако существует значительное
различие в степени прозрачности тел для света и теплового излучения. Примером
этого может служить хорошо известный “парниковый эффект”.

Интенсивность излучения, обозначенная здесь символом 1^, количественно
определяется как мощность, излучаемая с единичной площади источника (размерность
– Дж/(м2 ∙ с)). Интенсивность теплового излучения тела является функцией его
абсолютной температуры ТА, возведенной в четвертую степень (ТА)4, и его
излучательной способности, представляющей собой долю излучения по отношению к
испускаемой “черным телом” или идеальным σтепла при той же температуре.
Противоположностью черного тела является зеркало, у которого излучательная
способность приближается к нулю.

Известное уравнение Стефана – Больцмана определяет обмен энергией при тепловом
излучении:

IR= σєе(Те)-4-σєа(Та)4

где єе,єа- излучательные способности двух тел; Те, Та – их абсолютные
температуры; σ= 5,67 ∙ 10-8 Дж/(м2 ∙ с ∙ К) – постоянная Стефана – Больцмана.

Очевидно, что в тех случаях, когда Те намного больше Та, значение члена с Та
становится все менее и менее существенным. Так, например, когда

Те = 1365К и Та = 273 К, Те/Та = 5. Таким образом, (Те/Та)4 =54= 625/1.

При таких обстоятельствах значение (Та)4 сглаживается неточностью определения
(Те)4 и (Та)4. Поэтому членом с (Тд)4 в дальнейшем будем пренебрегать.

Проходя через среду, излучение ослабляется. В нашем случае ослабляющая среда –
это атмосфера, состоящая из одноатомных (аргон, редкие газы), двухатомных
(кислород, азот) и трехатомных газов (диоксид углерода, водяной пар), аэрозолей,
таких, как туман (главным образом водяные капельки) и пыли. В рассматриваемом
диапазоне температур ни одноатомные, ни двухатомные газы существенно не
ослабляют тепловое излучение. Из трехатомных газов только диоксид углерода имеет
довольно постоянную концентрацию, составляющую около 0,03% (об.), а содержание
водяного пара, напротив, очень изменчиво и в качестве своей верхней границы
имеет давление насыщенных паров воды при атмосферных условиях (табл. 8.8).

ТАБЛИЦА 8.8. Объемная доля водяного пара

при насыщении в атмосфере

Из этого видно, что трудно найти какое-то типичное значение для ослабления,
обусловленного наличием водяного пара.

Некоторые крупные специалисты полагают, что ослабление теплового излучения при
прохождении им атмосферы играет существенную роль в оценке теплового действия
огневых шаров. Однако по данному вопросу опубликовано очень мало материалов,
хотя именно эта область гораздо более нуждается в теоретическом анализе и
лабораторных экспериментах, чем многие другие физические явления, связанные с
действием огневых шаров. Ниже будут даны ссылки на те работы, в которых есть
необходимые данные.

8.12.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

8.12.4.1. СТРОЕНИЕ КОЖИ

Кожа подразделяется на два слоя. Внешний слой (эпидермис) также делится на два
слоя. Через эпидермис проходят потовые железы, но в нем нет кровеносных сосудов
и нервных окончаний.

Нижний слой, или дерма, намного толще и содержит в себе кровеносные сосуды,
нервные окончания, сальные железы и корни волос. Эпидермис и дерма, вместе
взятые, имеют толщину около 1-2 мм.

Ниже этих двух слоев лежит подкожная ткань, которая содержит потовые железы и
крупные кровеносные сосуды. Последние дают возможность коже приспосабливаться к
местному нагреванию или охлаждению, но лишь в определенных пределах.

Степень повреждения кожи при воздействии высоких температур зависит от теплового
излучения. При слабом тепловом излучении будет повреждаться только эпидермис на
глубину 1 мм. Более интенсивный тепловой поток может привести к поражению не
только эпидермиса, но и дермы, а излучение еще большей интенсивности будет
воздействовать и на подкожный слой. Эти три уровня в общем-то и соответствуют
установленным категориям ожогов 1,2 и 3 -и степеней.

Возможность выживания получивших ожоги зависит от ряда факторов, таких, как
степень ожога, размер обожженной площади, выражаемый как доля от общей площади
поверхности кожи, возраст, перенесенные болезни и состояние здоровья до
происшествия. Вообще говоря, шансы выжить уменьшаются по мере того, как
увеличиваются процент обожженной площади и возраст жертвы. Патология и трактовка
ожогов находятся вне рамок данной книги. Краткое описание этих аспектов можно
найти в работе [Mason, 1978].

8.12.4.2. ТЕПЛОВАЯ ДОЗА

Очевидно, что существует порог, ниже которого даже при неограниченном времени
теплового облучения поражения не происходит. Большинство взрослых людей могут
выдерживать температуру воды в ванне до 40 – 42 °С, что может быть обоснованно
соотнесено с болевым температурным порогом кожи, равным 44 °С [Hymes.1982]. Выше
этого порога степень поражения является функцией энергии, падающей на единицу
площади поверхности кожи, и времени облучения.

содержание   .. 

40 

41 

42 

43 

44 

45 

46 

47 

48 

49  50 
..