6-8. Mikroklimat

Powyżej strefy komfortu cieplnego, w zakresie pola wysokiej temperatury powietrza i promieniowania, rozciąga się obszar warunków klimatycznych, dla których równanie bilansu cieplnego, obliczone wyłącznie na podstawie wymiany konwekcyjnej i przez promieniowanie, ma wartość dodatnią. Warunki te będą dalej określane jako środowisko gorące, warunki stresu cieplnego lub, biorąc pod uwagę obciążenie ustroju w tych warunkach, dyskomfort gorący ogólny.

Na stanowiskach pracy w gorącym środowisku istniej możliwość dotknięcia gorącej powierzchni. W normie PN-EN ISO 13732-1:2009 [22] można znaleźć dane dotyczące progów oparzenia, metody oceny ryzyka oparzenia, wytyczne dotyczące środków ochronnych oraz wytyczne dotyczące ustalania granicznych wartości temperatury.

Istnieją również inne przyczyny powstania stresu termicznego gorącego. Brak równowagi bilansu cieplnego może być wywołany, na przykład, zwiększeniem metabolicznej produkcji ciepła, zwiększeniem wilgotności powietrza i zmianą szybkości przepływu powietrza, gdy jego temperatura jest wyższa od średniej temperatury skóry.

Niezależnie od przyczyny powodującej powstanie stresu cieplnego, odpowiedzią termoregulacyjną ze strony organizmu człowieka jest zwiększony dopływ krwi do skóry i rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, a w konsekwencji zwiększenie się temperatury skóry. Gdy temperatura otoczenia przekracza 28 ÷ 32 °C zostaje uruchomiony drugi mechanizm termoregulacyjny - wydzielanie potu. Te zasadnicze dostosowanie fizjologiczne ustroju, obserwowane w środowisku gorącym, zilustrowano na slajdach  6-8. slajd 2 i  6-8. slajd 3.

6-8. slajd 2 

6-8. slajd 3

Wzrost temperatury skóry zwiększa wymianę ciepła pomiędzy organizmem a środowiskiem drogą konwekcji i promieniowania, a odparowywanie potu jest najbardziej efektywnym mechanizmem rozpraszania ciepła, zwłaszcza w warunkach, gdy temperatura powietrza otoczenia jest większa od średniej ważonej temperatury skóry.

W środowisku gorącym ilość ciepła wytwarzanego w organizmie i pobieranego z otoczenia, początkowo ulega rozproszeniu w stopniu umożliwiającym utrzymanie temperatury wewnętrznej na stałym poziomie, lecz zostają włączone mechanizmy termoregulacyjne związane z intensywnym przenoszeniem ciepła przez krew z wnętrza ciała do skóry. W przypadku wysokiego obciążenia środowiskiem gorącym i/lub podczas wykonywania wysiłku ilość zgromadzonego ciepła nie może już zostać rozproszona w wyniku działania mechanizmów termoregulacyjnych i wówczas temperatura wewnętrzna osoby eksponowanej zaczyna się stopniowo podnosić [4,7].

Sprawność mechanizmów termoregulacyjnych, utrzymujących stałą ciepłotę ciała zależy od ogólnego stanu zdrowia człowieka, przede wszystkim zaś od jego wydolności fizycznej, aklimatyzacji, sprawności pocenia, a w tym od czynników zależnych od wieku, płci, masy ciała i poziomu wytrenowania [2].

Organizm, podporządkowany prawu zachowania stałej ciepłoty, nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom pracy i środowiska. Wzrost częstości skurczów serca, który musi zrównoważyć zmniejszenie ciśnienia żylnego, związanego ze zwiększonym przemieszczaniem krwi od wnętrza ku powierzchni ciała w wyniku rozszerzenia naczyń krwionośnych skóry, nie powinien przekroczyć pewnego poziomu, bezpiecznego dla osoby eksponowanej na działanie środowisk termicznych, który jest zależny od wieku i poziomu zabezpieczenia medycznego osoby eksponowanej [9,17]. Ilość wydzielonego potu nie może wzrastać nieograniczenie - przyjmuje się, że maksymalna ilość potu w ciągu 1 godziny pracy nie powinna przekroczyć 1000 gramów u osoby nie zaaklimatyzowanej i o 25 % więcej u zaaklimatyzowanej. Wreszcie, temperatura wnętrza ciała może wzrosnąć zaledwie o 1 °C, tzn. może osiągnąć 38 °C, w warunkach na stanowisku pracy [16,17].

Warunek zachowania homeotermii narzuca konieczność ograniczenia czasu przebywania człowieka w gorącym środowisku pracy. Wzrost częstości skurczów serca, maksymalna szybkość wydzielania potu oraz wzrost temperatury wewnętrznej są czułymi wskaźnikami obciążenia cieplnego organizmu i wyznaczają granice tolerancji niekorzystnego wpływu środowiska termicznego i pracy na organizm człowieka.

Współzależność między funkcją przenoszenia tlenu a funkcją przenoszenia ciepła w gorącym środowisku pracy powoduje u człowieka zmiany aktywności psychosensomotorycznej. Obserwuje się spadek wydolności pracy i wskaźnika dokładności wykonywania zadań (błąd, przeoczenie). Wynika stąd konieczność klasyfikacji stanowisk pracy zarówno ze względu na stopień uciążliwości fizycznej i termicznej, jak również wymagań dotyczących precyzji wykonywanej pracy. Szczególnie wymagające - z tego punktu widzenia - stanowiska pracy są dostępne tylko dla osób zaaklimatyzowanych, i wytrenowanych, którzy mają duże zdolności adaptacyjne do gorącego środowiska.

Fizjologiczna przewodność cieplna jest definiowana za pomocą zależności:

   (6)

w której:

h_i - fizjologiczna przewodność cieplna, W·m²·K^-1
h - przewodność cieplna tkanki, W·m^-2·K^-1
C_fl - pojemność cieplna krwi, J·l^-1·K^-1
Q_sk - stopień ukrwienia skóry, l·s^-1·m^-2

W środowisku gorącym ilość ciepła wytwarzanego w organizmie i pobieranego z otoczenia, początkowo ulega rozproszeniu w stopniu umożliwiającym utrzymanie temperatury wewnętrznej na stałym poziomie, lecz zostają włączone mechanizmy termoregulacyjne związane z intensywnym przenoszeniem ciepła przez krew z wnętrza ciała do skóry. W przypadku wysokiego obciążenia środowiskiem gorącym i/lub podczas wykonywania wysiłku ilość zgromadzonego ciepła nie może już zostać rozproszona w wyniku działania mechanizmów termoregulacyjnych i wówczas temperatura wewnętrzna osoby eksponowanej zaczyna się stopniowo podnosić.

Widać wyraźnie, że wzrost fizjologicznej przewodności cieplnej praktycznie może być zapewniony przez zwiększenie ukrwienia skóry, wynikające z redystrybucji przepływu przez nią krwi, kosztem obszarów wewnętrznych ciała [9].

Celem obu tych mechanizmów jest utrzymanie homeostazy termicznej w ustroju, a ich działanie powoduje wiele wtórnych zmian czynnościowych ze strony serca oraz różnych narządów i układów. Są to przede wszystkim zmiany w rozmieszczeniu krwi w ustroju, odwodnienie i utrata soli mineralnych. Ponadto, wzrost temperatury ciała wpływa na czynność ośrodkowego układu nerwowego.

Organizm podporządkowany prawu zachowania stałej ciepłoty nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom pracy i środowiska. Działanie środowiska cieplnego należy więc ściśle wiązać z czasem.

Na podstawie aktualnego stanu wiedzy [7, 8, 10, 12, 14, 15, 16] możemy ocenić nie tylko wielkość obciążenia termicznego i jego najwyższą wartość dopuszczalną (NDN), [12] lecz również wyznaczyć czas ekspozycji dopuszczalnej, określić ryzyko oraz podać warunki i wymagany czas odnowy biologicznej organizmu.

W praktyce przemysłowej do tego celu szeroko wykorzystywany jest wskaźnik WBGT (wet bulb globe temperature) opisany w normie PN-EN ISO 7243:2018 [14]. Uwzględnione są przy tym czynniki, które wpływają na obciążenie termiczne: parametry mikroklimatu, obciążenie wysiłkiem fizycznym (wielkość produkcji ciepła metabolicznego) oraz zaaklimatyzowanie bądź niezaaklimatyzowanie do środowiska gorącego.

Jeżeli odzież używana w gorącym środowisku nie jest standardową odzieżą roboczą (przepuszczalną dla powietrza i pary wodnej, o wskaźniku izolacyjności termicznej l_cl = 0,6 Clo), to wartości odniesienia powinny być zmodyfikowane ze względu na specyficzne własności odzieży i rozważanego środowiska. W aktualnej normie [14] doprecyzowano w/w modyfikację ze względu na odzież, poprzez wprowadzenie do wartości wskaźnika WBGT wartości CAV (clothing adjustment value), co zaznaczono jako WBGT_eff  (wskaźnik WBGT efektywny).