СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЕПЛА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2003 года по МПК A61B5/05 

Изобретение относится к области медицины, а именно к гигиене труда и физиологии человека, и может быть использовано при оценке теплового состояния человека и его прогноза во времени при воздействии конкретного сочетания факторов рабочей среды и трудового процесса.

Известен способ определения содержания тепла в организме, основанный на измерении физиологических показателей организма человека, температуры тела и температуры кожи и последующем его расчете по уравнению
Q_тс=С•t_с.т.(кДж/кг),
где Q_тс - содержания тепла в организме;
С - теплоемкость тканей организма, равная 3,48 кДж/кг•^oС;
t_с.т. - средняя температура тела, которую рассчитывают из уравнения
t_c.т.=K•t_p+(l-K)•t_cк,
где t_p - ректальная температура тела;
t_ск - средневзвешенная температура кожи;
К - коэффициент смешивания (см. Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания. Методические рекомендации МЗ СССР 5168-90, М., 1989 г. - прототип).

Этот способ позволяет рассчитать содержание тепла в организме, но недостатком его является сложность определения ректальной температуры работника в производственных условиях, при этом не учитывается влияние отдельных факторов (температура, влажность, скорость движения воздуха, вид одежды, физическая активность и продолжительность воздействия на человека факторов среды) в содержании тепла в организме человека. Это затрудняет принятие адекватных мер в целях профилактики перегревания работника.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности определения содержания тепла в организме человека при воздействии на него комплекса факторов, обусловливающих его тепловую нагрузку в реальной производственной обстановке.

Техническим результатом изобретения является возможность определения содержания тепла в организме в реальной производственной обстановке путем измерения факторов внешней среды и трудового процесса, обусловливающих теплообмен человека с окружающей средой и его тепловое состояние.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе определения содержания тепла в организме человека предварительно определяют температуру воздуха, относительную влажность воздуха, скорость движения воздуха, интенсивность теплового облучения человека, а также скорость его движения, массу переносимого груза, продолжительность действия факторов окружающей человека среды, а затем определяют количество тепла в организме человека по формуле

где Q_тс - количество тепла в организме, τ - продолжительность действия факторов, Т_в - температура воздуха, f - относительная влажность воздуха, V_в - скорость движения воздуха, J - интенсивность теплового облучения, V_x - скорость движения человека, Р_r - масса переносимого груза, k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr - коэффициенты соответствующих индексу параметров, при этом коэффициенты k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr выбирают в зависимости от типа одежды человека.

Для обнаженного человека коэффициенты уравнения равны: k=113,3772, k_τ= 0,0094, k_Тв= 0,033, k_f= 0,0301, k_Vв= -0,8793, k_J=0,0045, k_Vx=1,2078, k_Рr= 0,0641.

Для 2-слойной хлопчатобумажной одежды коэффициенты уравнения равны: k= 120,3156, k_τ= 0,0089, k_Тв=0,2029, k_f=0,0162, k_Vв=0,6612, k_J=0,0036, k_Vx=l, 9449, k_Рr=0,0249.

Для 3-слойной хлопчатобумажной одежды, у которой верхний слой с защитной пропиткой, коэффициенты уравнения равны: k=120,1793, k_τ=0,0088, k_Тв=0,2515, k_f=-0,0154, k_Vв=-0,1982, k_J=0,0026, k_Vx=1,6374, k_Рr=-0,0138.

Для одежды с ограниченной паропроницаемостью коэффициенты уравнения равны: k= 115,1866, k_τ=0,0136, k_Тв=0,3184, k_f=0,041, k_Vв=-0,061, k_J=0,003, k_Vx=1,1226, k_Рr=0,0217.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемый способ неизвестен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ является простым и может быть применен в любых производственных условиях.

Таким образом, заявленный способ является доступным, а следовательно, практически применимым.

Предлагаемая совокупность приемов позволяет обеспечить повышение достоверности определения содержания тепла в организме человека при воздействии на него комплекса факторов окружающей среды, обусловливающих его тепловую нагрузку в реальной производственной обстановке.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В производственных условиях непосредственно на рабочем месте устанавливают датчики для измерения параметров рабочей среды.

Далее в процессе выполнения рабочими типичных операций определяют:
температуру (Тв) и влажность воздуха (f) - аспирационным психрометром Асмана,
скорость движения воздуха (Vв) - анемометром,
интенсивность теплового излучения (J) - радиометром,
скорость передвижения человека (Vx) - по часам,
массу переносимого груза (Pr) - взвешиванием на весах,
продолжительность действия комплекса факторов (τ) - по часам.

Затем измеренные величины и конкретную продолжительность их воздействия подставляют в уравнение

где Q_тс - количество тепла в организме (кДж/кг),
τ - продолжительность действия факторов (ч), Т_в - температура воздуха (^oС), f - относительная влажность воздуха (%), V_в - скорость движения воздуха (м/с), J - интенсивность теплового облучения (Вт/м²), V_x - скорость движения человека (м/с), Р_r - масса переносимого груза (кг), k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr - коэффициенты соответствующих индексу параметров, при этом величина коэффициентов k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr зависит от типа одежды человека.

Для обнаженного человека коэффициенты уравнения равны: k=113,3772, k_τ= 0,0094, k_Тв= 0,033, k_f= 0,0301, k_Vв= -0,8793, k_J=0,0045, k_Vx=1,2078, k_Рr= 0,0641.

Для 2-слойной хлопчатобумажной одежды коэффициенты уравнения равны: k= 120,3156, k_τ= 0,0089, k_Тв= 0,2029, k_f=0,0162, k_Vв=0,6612, k_J=0,0036, k_Vx= 1,9449, k_Рr=0,0249.

Для 3-слойной хлопчатобумажной одежды, у которой верхний слой с защитной пропиткой коэффициенты уравнения равны: k=120,1793, k_τ=0,0088, k_Тв=0,2515, k_f=-0,0154, k_Vв=-0,1982, k_J=0,0026, k_Vx=1,6374, k_Рr=-0,0138.

Для одежды с ограниченной паропроницаемостью коэффициенты уравнения равны: k= 115,1866, k_τ=0,0136, k_Тв=0,3184, k_f=0,041, k_Vв=-0,061, k_J=0,003, k_Vx=1,1226, k_Рr=0,0217.

Эти коэффициенты получены путем математико-статистического анализа результатов экспериментальных исследований по изучению взаимосвязи взаимодействующих факторов окружающей среды и трудового процесса на организм человека.

Из полученного значения количества тепла в организме человека (Q_тс) при необходимости вычитают нормативную величину (123,7кДж/кг) и делают вывод об уровне (оптимальный, допустимый, предельно допустимый с регламентацией времени пребывания, недопустимый) изменения содержания тепла в организме (см. см. "Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания". Методические рекомендации МЗ СССР 5168-90, М., 1989 г.).

Пример 1.

Рабочий В. работает в сборочном цехе в одежде, состоящей из хлопчатобумажного белья и хлопчатобумажной куртки и брюк или хлопчатобумажного комбинезона с защитной пропиткой (3-слойная хлопчатобумажная одежда). Он переносит детали массой Р_r=17 кг в течение τ=2 часов, передвигаясь со скоростью V_x=1 м/с. Температура воздуха в помещении Тв составляет 18^oС, скорость движения воздуха V_в= 0,2 м/с, влажность воздуха f=50%, тепловое излучение J=36 Вт/м².

Определяем величину коэффициентов k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr для 3-слойной хлопчатобумажной одежды из таблицы 1, подставляем измеренные величины и значения коэффициентов k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr в уравнение:

и определяем содержание тепла в организме по формуле:
Q_т.с.=120,1793+0,0088•120+0,2515•18-0,0154•50-0,1982•0,2+0,0026•36+1,6374•1-0,0138•17=126,45 кДж/кг.

Полученное содержание тепла в организме 126,45 кДж/кг превышает нормативное 123,7 кДж/кг (см. "Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания". Методические рекомендации МЗ СССР 5168-90, М., 1989 г.) на 2,75 кДж/кг, что превышает оптимальную его величину 0,87 кДж/кг, и допустимую 2,6 кДж/кг, но не выходит за пределы допустимой с ограничением времени пребывания до 3-х часов (от 2,6 до 4,0 кДж/кг). Следовательно, содержание тепла в организме рабочего по истечении 2-х часов работы в указанных условиях будет соответствовать предельно допустимому уровню (беспрерывная работа в указанных условиях не должна превышать 3 часа).

Пример 2.

Рабочий А. работает в том же сборочном же цехе в одежде, состоящей из 2-х слоев хлопчатобумажной одежды (тип одежды - 1). Он также переносит детали массой Р_r= 17 кг в течение τ=2 часов, передвигаясь со скоростью V_x=1 м/с. Температура воздуха в помещении Тв составляет 18^oС, скорость движения воздуха V_в=0,2 м/с, влажность воздуха f=50%, тепловое излучение J=36 Вт/м². Определяем величину коэффициентов k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr для 2-слойной хлопчатобумажной одежды из таблицы 1.

Подставляем измеренные величины и значения коэффициентов k, k_τ, k_Тв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr в уравнение

и определяем содержание тепла в организме по формуле:
Q_т.с.=120,3156+0,0089•120+0,2029•18-0,0162•50-0,6612•0,2+0,0036•36+1,9449•1-0,0249•17=125,77 кДж/кг
Полученное содержание тепла в организме Q_т.с.=125,77 кДж/кг превышает нормативную величину 123,7 кДж/кг (см. "Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания". Методические рекомендации МЗ СССР 5168-90, М. , 1989 г.) на 2,04 кДж/кг, что не выходит за пределы допустимого значения 2,6 кДж/кг, следовательно, накопление тепла в организме за 2 часа работы в тех же условиях, в одежде, состоящей из 2-х слоев хлопка, не превысит допустимый уровень.

Предлагаемый способ определения содержания тепла в организме человека по сравнению с прототипом обеспечивает достоверную оценку теплового состояния организма при воздействии на него комплекса факторов, обусловливающих его тепловую нагрузку в реальных производственных условиях.

Это дает возможность целенаправленно разрабатывать профилактические мероприятия по снижению неблагоприятного воздействия различных термических факторов среды (температуры воздуха, теплового излучения, скорости ветра, влажности) с учетом физической нагрузки на систему терморегуляции и другие функциональные системы организма человека, ответные реакции которых могут выражаться в ухудшении самочувствия, работоспособности и в ряде случаев здоровья.

Предлагаемый способ достаточно прост, выполним практически в любых условиях и может быть использован в производственных условиях как представителями службы охраны труда и здоровья работающих, так и санитарными врачами.

Изобретение относится к области медицины. В предложенном способе определения содержания тепла в организме человека предварительно измеряют температуру воздуха, относительную влажность воздуха, скорость движения воздуха, интенсивность теплового облучения окружающей человека среды, а также скорость движения человека, массу переносимого груза, продолжительность действия факторов окружающей человека среды, а затем определяют количество тепла в организме человека по формуле

где Q_тс - количество тепла в организме, τ - продолжительность действия факторов, Т_B температура воздуха, f - относительная влажность воздуха, V_B - скорость движения воздуха, J - интенсивность теплового облучения, V_х - скорость движения человека, Р_r - масса переносимого груза, k, k_τ, k_Tв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr - коэффициенты соответствующих индексу параметров, при этом коэффициенты k, k_τ, k_Tв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Рr выбирают в зависимости от типа одежды человека. Изобретение позволяет повысить достоверность определения содержания тепла в организме человека при воздействии на него комплекса факторов, обуславливающих его тепловую нагрузку в реальной производственной обстановке. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения содержания тепла в организме человека, отличающийся тем, что предварительно определяют температуру воздуха, относительную влажность воздуха, скорость движения воздуха, интенсивность теплового облучения окружающей человека среды, а также скорость движения человека, массу переносимого груза, продолжительность действия факторов окружающей человека среды, а затем определяют количество тепла в организме человека по формуле

где Q_ТС - количество тепла в организме;
τ - продолжительность действия факторов;
Т_в - температура воздуха;
f - относительная влажность воздуха;
V_в - скорость движения воздуха;
J - интенсивность теплового облучения, Вт/м²;
V_х - скорость движения человека, м/с;
Р_r - масса переносимого груза, кг;
k, k_τ, k_Tв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Pr - коэффициенты соответствующих индексу параметров,
при этом величину коэффициентов, k, k_τ, k_Tв, k_f, k_Vв, k_J, k_Vx, k_Pr выбирают в зависимости от типа одежды человека. 2. Способ определения содержания тепла в организме человека по п. 1, отличающийся тем, что для обнаженного человека коэффициенты уравнения равны k = 113,3772, k_τ = 0,0094, k_Тв= 0,033, k_f = 0,0301, k_Vв = 0,8793, k_J = 0,0045, k_Vx = 1,2078, k_Pr = 0,0641. 3. Способ определения содержания тепла в организме человека по п. 1, отличающийся тем, что для 2-х слойной хлопчатобумажной одежды коэффициенты уравнения равны k = 120,3156, k_τ= 0,0089, k_Тв = 0,2029, k_f = 0,0162, k_Vв = 0,6612, k_J = 0,0036, k_Vx = 1,9449, k_Рr = 0,0249. 4. Способ определения содержания тепла в организме человека по п. 1, отличающийся тем, что для 3-х слойной хлопчатобумажной одежды, у которой верхний слой с защитной пропиткой, коэффициенты уравнения равны k = 120,1793, k_τ= 0,0088, k_Тв = 0,2515, k_f = -0,0154, k_Vв = -0,1982, k_J = 0,0026, k_Vx = 1,6374, k_Рr = -0,0138. 5. Способ определения содержания тепла в организме человека по п. 1, отличающийся тем, что для одежды с ограниченной паропроницаемостью коэффициенты уравнения равны k = 115,1866, k_τ= 0,0136, k_Тв = 0,3184, k_f= 0,041, k_Vв = -0,061, k_J = 0,003, k_Vx = 1,1226, k_Рr = 0,0217.