Κεφάλαιο 5. Θερμοκρασιακό Περιβάλλον

Κεφάλαιο 5 Θερμοκρασιακό Περιβάλλον

Θερμογένεση και θερμικές συναλλαγές Κατά την λειτουργία του οργανισμού, στο επίπεδο των κυττάρων, γίνονται συνεχώς καύσεις (μεταβολισμός), οι οποίες απελευθερώνουν ποσά θερμότητας. Τα μεγαλύτερα ποσά εκλύονται στο επίπεδο των μυϊκών ινών. Ο άνθρωπος διαθέτει μηχανισμούς αποβολής της παραγόμενης από αυτόν θερμότητας, οι οποίοι επιτρέπουν στη θερμοκρασία του σώματος να διατηρείται περίπου σταθερή, ανεξάρτητα από τις κλιματολογικές συνθήκες μέσα στις οποίες βρίσκεται, καθώς και από το είδος της εργασιακής δραστηριότητας που εκτελεί (ομοιόθερμο όν).

Η εξίσωση συναλλαγής θερμότητας μεταξύ σώματος και περιβάλλοντος

Συναλλαγή θερμότητας με αγωγή Γίνεται με την άμεση επαφή του ανθρωπίνου σώματος με ακίνητα αντικείμενα ή μέσα, ψυχρότερα ή θερμότερα από αυτό. Η με αγωγή συναλλασσόμενη θερμότητα υπολογίζεται από τον τύπο: Ρ = λ(t 1 - t 2 ) όπου: λ : είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του αντικειμένου ή του μέσου με το οποίο ο άνθρωπος έρχεται σε επαφή, t 1 : είναι η θερμοκρασία του μέσου, t 2 : είναι η θερμοκρασία στο επίπεδο της επιδερμίδας του ανθρώπου.

Συναλλαγή θερμότητας με μεταφορά Γίνεται με επαφή της επιδερμίδας με κινούμενα μέσα όπως ο αέρας ή τα υγρά. Διακρίνουμε την φυσική μεταφορά και την βεβιασμένη μεταφορά. Η με μεταφορά συναλλαγή θερμότητας υπολογίζεται από τον τύπο: C = S c x K c (t a - t p ) όπου: S c : η επιφάνεια του σώματος που εκτίθεται στο κινούμενο μέσο, K c : ο συντελεστής μεταφοράς που εξαρτάται από το είδος και την ταχύτητα του μέσου, t a : η θερμοκρασία του μέσου, t p : η μέση θερμοκρασία της επιφανείας του ανθρωπίνου σώματος που έρχεται σε επαφή με το μέσο.

Συναλλαγή θερμότητας με ακτινοβολία Γίνεται μεταξύ του ανθρωπίνου σώματος και των επιφανειών ή σωμάτων που το περιβάλλουν και εκπέμπουν ή δέχονται θερμική ακτινοβολία. Η με ακτινοβολία συναλλαγή θερμότητας υπολογίζεται από τον τύπο: όπου: R = S r x K r x e s (t s - t p ) S r : η επιφάνεια του ανθρωπίνου σώματος που μετέχει στη συναλλαγή θερμότητας με ακτινοβολία, K r : σταθερά που έχει την τιμή 7 kcal/h/m 2 / 0 C, e s : ο συντελεστής εκπομπής των επιφανειών που περικλείουν την πηγή της ακτινοβολίας και ο οποίος εξαρτάται από το φάσμα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, την απόλυτη θερμοκρασία της πηγής και τα χαρακτηριστικά του δέκτη, t s : η μέση θερμοκρασία των ακτινοβολούντων επιφανειών, t p : η μέση θερμοκρασία της επιδερμίδας.

Συναλλαγή θερμότητας με εξάτμιση Γίνεται κυρίως με τη βοήθεια του μηχανισμού της εφίδρωσης, ενώ δευτερεύοντα ρόλο παίζει και o αναπνευστικός βλεννογόνος. Η σημασία του ιδρώτα στην αποβολή θερμότητας από το ανθρώπινο σώμα είναι μεγάλη. Για την εξάτμιση 1 lt νερού χρειάζονται 580 kcal. Όταν το σώμα είναι ακίνητο, αποβάλλει περίπου 50 gr νερού την ώρα, ενώ όταν κινείται το ποσό αυτό μπορεί να πολλαπλασιαστεί επί 10, 20 ή και 100. Η εξάτμιση αποτελεί τον μοναδικό τρόπο αποβολής θερμότητας όταν το ανθρώπινο σώμα βρεθεί σε θερμό περιβάλλον με θερμοκρασία υψηλότερη της θερμοκρασίας του.

Θερμικός ισολογισμός για ενδεδυμένα άτομα Ο τρόπος αποβολής της παραγομένης από τον οργανισμό θερμότητας εξαρτάται α) συνθήκες εργασίας υγρασίας, ταχύτητας του αέρα β) Θερμοκρασία και το είδος των επιφανειών η αντικειμένων που είτε έρχονται σε άμεση επαφή με το ανθρώπινο σώμα είτε στο περιβάλλον

Μηχανισμοί θερμορύθμισης Όταν η εξίσωση συναλλαγής θερμότητας μεταξύ σώματος και περιβάλλοντος τείνει να απομακρυνθεί από το μηδέν, τίθενται σε λειτουργία οι μηχανισμοί θερμορύθμισης Όταν ο άνθρωπος βρεθεί σε ψυχρά περιβάλλοντα, τίθεται σε λειτουργία η συμπληρωματική θερμογένεση, όπου μία αθέλητη δραστηριότητα των μυών, που εκδηλώνεται με ρίγος, αυξάνει τον μεταβολισμό και επομένως και το ποσό της παραγόμενης από τον οργανισμό θερμικής ενέργειας. Ταυτόχρονα, τα αιμοφόρα αγγεία στην επιφάνεια του σώματος συστέλλονται, προκειμένου να μειωθεί η ροή του αίματος και η αποβολή ποσών θερμότητας του μεταβολισμού στο περιβάλλον. Αρνητική συνέπεια τα κρυοπαγήματα. Εάν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος συνεχίσει να πέφτει, οι μηχανισμοί θερμορύθμισης αστοχούν, και η θερμοκρασία του σώματος αρχίζει να μειώνεται, ενώ ο μεταβολισμός μειώνεται. Έχουμε τότε τη φάση της υποθερμίας, η οποία εάν συνεχιστεί μπορεί να επιφέρει και τον θάνατο.

Μηχανισμοί θερμορύθμισης (συνέχεια) Όταν ο άνθρωπος βρεθεί σε θερμά περιβάλλοντα, η δραστηριότητα των αδένων που εκκρίνουν τον ιδρώτα αυξάνεται. Ταυτόχρονα, τα αιμοφόρα αγγεία που βρίσκονται στην επιδερμίδα διαστέλλονται, προκειμένου μεγαλύτερα ποσά αίματος, να έρχονται σε επαφή με την εξωτερική επιφάνεια του σώματος. Οι μηχανισμοί αυτοί, θέτουν τον οργανισμό στη φάση της φυσικής θερμόλυσης, και προκαλούν αύξηση του μεταβολισμού. Όταν η εξωτερική θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, οι μηχανισμοί θερμορύθμισης αστοχούν και η θερμοκρασία του σώματος αυξάνεται. Ο οργανισμός εισέρχεται τότε στη φάση της υπερθερμίας, η οποία εάν συνεχιστεί μπορεί να επιφέρει και τον θάνατο (θερμοπληξία).

Φάσεις του οργανισμού και διακυμάνσεις του μεταβολισμού Φάσεις από τις οποίες περνά ο οργανισμός και διακυμάνσεις του μεταβολισμού, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, για άνθρωπο σε ανάπαυση

Όρια της θερμοκρασίας του σώματος 45 Ανώτατο όριο επιβίωσης Θερμοπληξία & Εγκεφαλικές Διαταραχές Διαταραγμένη θερμορύθμιση Θερμοκρασία σώματος [ 0 C] 40 35 Πυρετικές Καταστάσεις ή Έντονη Σωματική Δραστηριότητα Κανονική Κατάσταση Ψυχρό Περιβάλλον Αποτελεσματική θερμορύθμιση Διαταραγμένη θερμορύθμιση 30 Καρδιακή Αρρυθμία Αδυναμία θερμορύθμισης 25 Όρια της θερμοκρασίας του σώματος μέσα στα οποία οι μηχανισμοί θερμορύθμισης λειτουργούν αποτελεσματικά ή διαταραγμένα

Θερμορύθμιση και όρια θερμοκρασιακών συνθηκών Οι θερμοκρασιακές συνθήκες που ενεργοποιούν τους μηχανισμούς θερμορύθμισης δεν μπορούν να καθορισθούν με ακρίβεια, διότι εξαρτώνται από μια σειρά παραγόντων, οι κυριότεροι από τους οποίους είναι: - ο εγκλιματισμός του ατόμου, - ο βασικός μεταβολισμός του κάθε ανθρώπου, - οι εργασιακές δραστηριότητες που αναπτύσσει. Η ενεργοποίηση των μηχανισμών θερμορύθμισης, απαιτεί κάποιο χρονικό διάστημα, και επομένως η ξαφνική μετάβαση από ένα θερμό σε ένα ψυχρό περιβάλλον ή αντίστροφα, εγκυμονεί κινδύνους για τον οργανισμό.

Εργασία σε θερμό περιβάλλον Όταν ο άνθρωπος εργάζεται σε θερμό περιβάλλον, η παραγόμενη από τον οργανισμό θερμότητα αυξάνεται, ενώ η αποβολή της δυσχεραίνεται. Η έντονη σωματική εργασία σε περιβάλλοντα με υψηλή θερμοκρασία και σχετική υγρασία καθώς και έλλειψη κίνησης του αέρα, είναι ιδιαίτερα επιβαρυντική ή/και επικίνδυνη για τους εργαζομένους. Άτομα μεγάλης ηλικίας και εργαζόμενοι με αναπνευστικά ή καρδιοαγγειακά προβλήματα διατρέχουν αυξημένη επικινδυνότητα. Στα θερμά περιβάλλοντα, τα ρούχα ενώ μειώνουν την εισροή θερμότητας στον οργανισμό μέσω ακτινοβολίας, αγωγής και μεταφοράς, δυσχεραίνουν ταυτόχρονα τη δυνατότητα αποβολής θερμότητας από τον οργανισμό μέσω εξάτμισης.

Μέγιστος χρόνος ασφαλούς παραμονής σε περιβάλλοντα υψηλής θερμικής ακτινοβολίας για διαφορετικές ενδυμασίες

Επίπεδα εφίδρωσης σε κλίμα ερήμου για διαφορετικές ενδυμασίες και δραστηριότητες Βάδισμα στον ήλιο γυμνός Βάδισμα με κατάλληλα ενδύματα στον ήλιο, μεταφέροντας βάρος 15kg Βάδισμα με κατάλληλα ενδύματα στον ήλιο Καθισμένος στον ήλιο γυμνός Ξαπλωμένος στο έδαφος, με ενδύματα στον ήλιο Ξαπλωμένος σε κούνια, με ενδύματα στον ήλιο Βάδισμα με ενδύματα τη νύχτα Καθισμένος με ενδύματα στον ήλιο Καθισμένος με ενδύματα στη σκιά Καθισμένος με ενδύματα τη νύχτα 0 200 400 600 800 1000 1200 Εφίδρωση [gr/h]

Επίδραση του θερμοκρασιακού περιβάλλοντος στην απόδοση λήψης τηλεγραφικών σημάτων

Επίδραση του θερμοκρασιακού περιβάλλοντος και του εργοδηγού στην απόδοση εργασίας σε ορυχεία

Εργασία σε ψυχρό περιβάλλον Τα σχετικά ψυχρά περιβάλλοντα ευνοούν τη μυϊκή εργασία στην οποία συμμετέχει το σύνολο του σώματος. Όμως, στα περιβάλλοντα αυτά η νοητική εργασία ή η εργασία που εμπλέκει μέρος μόνο του σώματος, δυσχεραίνεται λόγω της μείωσης του ποσοστού της κυκλοφορίας του αίματος στον εγκέφαλο ή τα διάφορα μέλη του σώματος. Σε πολύ ψυχρά περιβάλλοντα, υπάρχει κίνδυνος κρυοπαγημάτων, ενώ η υγεία αλλά και αυτή ακόμα η ζωή των ανθρώπων τίθενται σε κίνδυνο. Μεγαλύτερο κίνδυνο διατρέχουν οι εργαζόμενοι μεγαλύτερης ηλικίας καθώς και αυτοί με αναπνευστικά και καρδιοαγγειακά προβλήματα, λόγω της λειτουργίας των μηχανισμών που συνοδεύουν τη συμπληρωματική θερμογένεση.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην επιδερμίδα του χεριού στην απόδοση εργασίας δακτυλογράφησης

Ψυχρό περιβάλλον και απόδοση Επίδραση του ψυχρού περιβάλλοντος στην απόδοση εκτέλεσης δύο εργασιών (οι εργασίες εκτελούντο με κατάλληλη ένδυση και χρήση γαντιών).

Εγκλιματισμός Εκτός από τους μηχανισμούς θερμορύθμισης, ο άνθρωπος έχει τη δυνατότητα να προσαρμόζεται και σε διαφορετικά θερμοκρασιακά περιβάλλοντα, όταν παραμείνει σ αυτά για ένα ικανό χρονικό διάστημα. Το φαινόμενο αυτό καλείται εγκλιματισμός. Ο εγκλιματισμός μεταβάλλει τα όρια στα οποία ενεργοποιούνται οι μηχανισμοί θερμορύθμισης, και κατά συνέπεια τα όρια αντοχής στο ψυχρό ή το θερμό κλίμα. Ο εγκλιματισμός εμφανίζεται είτε σε ψυχρό είτε σε θερμό κλίμα, όχι όμως ταυτόχρονα και στα δύο.

Εγκλιματισμός σε ψυχρά περιβάλλοντα. Ως ένδειξη του εγκλιματισμού χρησιμοποιήθηκε η μείωση της έντασης του ρίγους, που μετράται μετά από έκθεση 2 ωρών σε περιβάλλον θερμοκρασίας αέρος 13 0 C, σε γυμνούς ανθρώπους.

Μέτρηση παραγόντων διαμόρφωσης του θερμοκρασιακού περιβάλλοντος Προκειμένου να μελετηθεί ένα θερμοκρασιακό περιβάλλον πρέπει να μετρηθούν: η θερμοκρασία του αέρα, η θερμική ακτινοβολία, η σχετική υγρασία, η ταχύτητα του αέρα. Για κάθε έναν από τους παράγοντες αυτούς, που διαμορφώνουν το θερμοκρασιακό περιβάλλον, υπάρχουν ειδικά όργανα μέτρησης, τα οποία μετρούν είτε αποκλειστικά έναν παράγοντα, είτε η ένδειξή τους επηρεάζεται από περισσότερους του ενός παράγοντες.

Όργανα μέτρησης του θερμοκρασιακού περιβάλλοντος και παράγοντες από τους οποίους επηρεάζονται

Αισθητή θερμοκρασία Υπάρχει αρκετή διαφορά στην εκτίμηση του θερμοκρασιακού κλίματος από άνθρωπο σε άνθρωπο, αλλά και από τον ίδιο άνθρωπο, ανάλογα την κατάσταση στην οποία βρίσκεται τη στιγμή της εκτίμησης (αισθητή θερμοκρασία). Οι διαφορές στην αισθητή θερμοκρασία μπορεί να οφείλονται σε παράγοντες όπως ο βασικός μεταβολισμός, ο εγκλιματισμός, ή η διατροφή, και οι οποίοι διαφέρουν μεταξύ των ανθρώπων. Οι διαφορές στην αισθητή θερμοκρασία από τον ίδιο άνθρωπο, μπορεί να οφείλονται σε παράγοντες όπως το αν η εκτίμηση γίνεται πριν, κατά τη διάρκεια ή μετά από την εκτέλεση μίας σωματικής εργασίας, πρίν ή μετά τη λήψη γεύματος, κ.λπ.

Γνώμες για τη θερμοκρασία και την υγρασία του περιβάλλοντος Δείγμα: 409 Ελβετοί εργαζόμενοι σε χώρους γραφείων)

Διάγραμμα Yaglou για την εύρεση του ποσοστού των ατόμων που θα αισθάνονται άνετα σε διάφορα θερμοκρασιακά περιβάλλοντα. Ισχύει για κλειστούς χώρους, πρακτικά ακίνητο αέρα, και ενδεδυμένα άτομα που δεν εκτελούν έντονη σωματική εργασία.

Νομόγραμμα για την εύρεση αισθητής θερμοκρασίας Ισχύει για άνδρες γυμνούς από τη μέση και πάνω, οι οποίοι δεν εκτελούν έντονη σωματική εργασία.

Εκτίμηση επικινδυνότητας σε θερμά περιβάλλοντα

Πίνακας για την εύρεση του αναγκαίου χρόνου ανάπαυσης ανά ώρα εργασίας, ανάλογα με τον μετρούμενο δείκτη WBGT και την εκτελούμενη εργασία

Εύρεση του αναγκαίου χρόνου ανάπαυσης με βάση τον μεταβολισμό Αναγκαίος χρόνος ανάπαυσης ανά ώρα εργασίας, ανάλογα με τον μετρούμενο δείκτη WBGT και την παραγόμενη από τον εργαζόμενο θερμότητα λόγω μεταβολισμού, η οποία αποτελεί ένδειξη για τον σωματικό φόρτο της εργασίας. (πηγή: ISO 7243/1982)

Εκτίμηση επικινδυνότητας σε ψυχρά περιβάλλοντα

Προστασία έναντι του ψύχους ή της θερμότητας Η προστασία από τα θερμά ή τα ψυχρά περιβάλλοντα εργασίας, καθώς και οι άνετες συνθήκες θερμοκρασιακού περιβάλλοντος εξασφαλίζονται με: τον κατάλληλο σχεδιασμό των κτιρίων (προσανατολισμός, μόνωση, κατάλληλα ανοίγματα, κλπ.), τον κατάλληλο κλιματισμό του χώρου (φυσικός και τεχνητός κλιματισμός), την κατάλληλη μόνωση των πηγών θερμότητας ή ψύχους, τη χρήση σκιάστρων για εργασίες στο ύπαιθρο κατά τους θερμούς μήνες, την κατάλληλη ένδυση των εργαζομένων (φόρμες, γάντια, κλπ.), καθώς και με οργανωτικά μέτρα, όπως μείωση του χρόνου έκθεσης σε επιβαρυντικές για τους εργαζομένους θερμοκρασιακές συνθήκες, μείωση του χρόνου εργασίας, παροχή διαλειμμάτων, κλπ.

Άσκηση Σε ένα εργοτάξιο διάνοιξης καναλιών ύδρευσης, κατά τον μήνα Αύγουστο, έγιναν μετρήσεις θερμοκρασιακού κλίματος για το διάστημα 10.00 14.00, οι οποίες έδωσαν τα εξής αποτελέσματα: - μέση θερμοκρασία αέρα 32 0 C - μέση σχετική υγρασία 78% - μέση ένδειξη θερμομέτρου μαύρης σφαίρας 30 0 C - μέση ταχύτητα αέρα κοντά στο μηδέν. i. Επί πόσο χρόνο θα πρέπει οι εργαζόμενοι που σκάβουν τα κανάλια να εργάζονται και επί πόσο χρόνο να αναπαύονται κατά το διάστημα 10.00 14.00, ώστε να μην τίθεται σε κίνδυνο η υγεία τους; ii. Εκτός των διαλειμμάτων, ποιά άλλα μέτρα θα μπορούσαν να ληφθούν στην περίπτωση αυτή, ώστε και η απόδοση των εργαζομένων να παραμένει σταθερή και η υγεία τους να μην τίθεται σε κίνδυνο;