Холодовой стресс определяется как термическая нагрузка на организм, при которой ожидаются большие, чем обычно, потери тепла и требуются компенсаторные терморегуляторные действия для поддержания термической нейтральности тела. Таким образом, нормальные тепловые потери относятся к тому, что люди обычно испытывают в условиях проживания в помещении (температура воздуха от 20 до 25ºC).

В отличие от условий в жару, одежда и активность являются положительными факторами в том смысле, что чем больше одежды, тем меньше потеря тепла, а больше активности означает более высокую внутреннюю выработку тепла и больший потенциал для компенсации потери тепла. Соответственно, методы оценки сосредоточены на определении необходимой защиты (одежды) при заданных уровнях активности, требуемых уровнях активности для данной защиты или значений «температуры» для заданных комбинаций этих двух факторов (Burton and Edholm, 1955; Holmér, 1988; Parsons, 1993).

Однако важно понимать, что существуют пределы того, сколько одежды можно носить и насколько высокий уровень активности может поддерживаться в течение продолжительных периодов времени. Одежда для защиты от холода имеет тенденцию быть громоздкой и ковыляющей. Требуется больше места для движения и перемещений. Уровень активности может определяться темпом работы, но желательно, чтобы он контролировался человеком. Для каждого человека существует определенная наивысшая скорость производства энергии, зависящая от физической работоспособности, которая может поддерживаться в течение длительных периодов времени. Таким образом, высокая физическая работоспособность может быть полезной при длительном экстремальном воздействии.

В данной статье рассматриваются методы оценки и контроля холодового стресса. Проблемы, связанные с организационными, психологическими, медицинскими и эргономическими аспектами, рассматриваются в другом месте.

Холодная работа

Холодная работа охватывает множество условий как в естественных, так и в искусственных условиях. Наиболее сильное воздействие холода связано с полетами в открытый космос. Однако холодные условия работы на поверхности земли охватывают диапазон температур более 100°С (таблица 1). Естественно, ожидается, что величина и тяжесть холодового стресса будут увеличиваться при понижении температуры окружающей среды.

Таблица 1. Температуры воздуха различных холодных производственных помещений

Источник: Изменено из Holmér 1993.

Из 1 таблицы видно, что во многих странах большое количество людей, работающих на открытом воздухе, испытывают более или менее сильный холодовой стресс. Кроме того, холодильные камеры работают во всех частях мира. Опросы в скандинавских странах показывают, что примерно 10% всего рабочего населения считают холод основным раздражающим фактором на рабочем месте.

Типы холодового стресса

Можно выделить следующие виды холодового стресса:

• охлаждение всего тела
• местное охлаждение, включая охлаждение конечностей, конвективное охлаждение кожи (охлаждение ветром), кондуктивное охлаждение кожи (контактное охлаждение) и охлаждение дыхательных путей.

Скорее всего, несколько, если не все из них, могут присутствовать одновременно.

Оценка холодового стресса включает установление риска одного или нескольких из упомянутых эффектов. Как правило, таблица 2 может использоваться в качестве первой грубой классификации. В целом холодовой стресс увеличивается, чем ниже уровень физической активности и чем меньше доступная защита.

Таблица 2. Схематическая классификация наклепа

Информацию, приведенную в таблице, следует интерпретировать как сигнал к действию. Другими словами, следует оценивать и при необходимости контролировать конкретный тип холодового стресса. При умеренных температурах преобладают проблемы, связанные с дискомфортом и потерей функций из-за локального охлаждения. При более низких температурах важным фактором является неизбежный риск обморожения как следствие других эффектов. Для многих эффектов еще не существует дискретных взаимосвязей между уровнем стресса и эффектом. Нельзя исключать, что конкретная проблема с холодом может сохраняться и за пределами диапазона температур, обозначенного в таблице.

Методы оценки

Методы оценки холодового стресса представлены в Техническом отчете ISO 11079 (ISO TR 11079, 1993). Другие стандарты, касающиеся определения метаболического производства тепла (ISO 8996, 1988), оценки тепловых характеристик одежды (ISO 9920, 1993) и физиологических измерений (ISO DIS 9886, 1989c), предоставляют дополнительную информацию, полезную для оценки холодового стресса.

На рис. 1 показана взаимосвязь между климатическими факторами, ожидаемым охлаждающим эффектом и рекомендуемым методом оценки. Более подробная информация о методах и сборе данных приводится ниже.

Рисунок 1. Оценка холодового стресса в связи с климатическими факторами и эффектами охлаждения.

Охлаждение всего тела

Риск охлаждения всего тела определяется путем анализа условий теплового баланса тела. Уровень изоляции одежды, необходимый для теплового баланса при определенных уровнях физиологической нагрузки, рассчитывается с помощью математического уравнения теплового баланса. Рассчитанное требуемое значение изоляции IREQ можно рассматривать как индекс холодового стресса. Значение указывает уровень защиты (выраженный в clo). Чем выше значение, тем выше риск теплового дисбаланса тела. Два уровня напряжения соответствуют низкому уровню (нейтральное или «комфортное» ощущение) и высокому уровню (ощущение от легкого холода до холода).

Использование IREQ включает три этапа оценки:

• определение IREQ для заданных условий воздействия
• сравнение IREQ с уровнем защиты, обеспечиваемым одеждой
• определение времени воздействия, если уровень защиты меньше значения IREQ

На рис. 2 показаны значения IREQ для низкой физиологической нагрузки (нейтральная тепловая чувствительность). Значения даны для разных уровней активности.

Рисунок 2. Значения IREQ, необходимые для поддержания низкого уровня физиологического напряжения (нейтральное тепловое ощущение) при различной температуре.

Методы оценки уровней активности описаны в ISO 7243 (таблица 3).

Таблица 3. Классификация уровней скорости метаболизма

Источник: ИСО 7243 1989а.

После определения IREQ для заданных условий значение сравнивается с уровнем защиты, обеспечиваемым одеждой. Степень защиты комплекта одежды определяется его результирующим коэффициентом теплоизоляции («кло-значением»). Это свойство измеряется в соответствии с проектом европейского стандарта prEN-342 (1992 г.). Его также можно получить из базовых значений изоляции, приведенных в таблицах (ISO 9920).

В Таблице 4 приведены примеры основных значений изоляции для типовых ансамблей. Значения должны быть скорректированы с учетом предполагаемого снижения, вызванного движением тела и вентиляцией. Как правило, поправки на уровень покоя не делаются. Значения уменьшаются на 10% для легкой работы и на 20% для более высоких уровней активности.

Таблица 4. Примеры основных значений изоляции (I^cl) одежды*

*Номинальный уровень защиты применим только к статическим условиям без ветра (покоя). Значения должны быть уменьшены с увеличением уровня активности.

Источник: Изменено из ISO/TR-11079 1993.

Уровень защиты, обеспечиваемый лучшими системами одежды, соответствует 3–4 кло. Если имеющаяся система одежды не обеспечивает достаточную теплоизоляцию, для фактических условий рассчитывается ограничение по времени. Этот срок зависит от разницы между требуемой изоляцией одежды и имеющейся одеждой. Поскольку полная защита от охлаждения больше не обеспечивается, срок рассчитывается на основе ожидаемого снижения теплосодержания тела. Точно так же можно рассчитать время восстановления для восстановления такого же количества тепла.

На рис. 3 приведены примеры временных ограничений для легких и средних работ с двумя уровнями утепления одежды. Временные ограничения для других комбинаций могут быть оценены интерполяцией. Рисунок 4 можно использовать в качестве ориентира для оценки времени воздействия при наличии наилучшей защитной одежды от холода.

Рис. 3. Сроки выполнения легких и умеренных работ с двумя уровнями утепления одежды.

Рисунок 4. Взвешенные по времени значения IREQ для прерывистого и непрерывного воздействия холода.

Прерывистое воздействие обычно включает периоды работы, прерываемые перерывами для разогрева или периодами работы в более теплой среде. В большинстве случаев замена одежды происходит незначительно или вообще не происходит (в основном по практическим причинам). Затем можно определить IREQ для комбинированного воздействия как средневзвешенное по времени значение. Период усреднения не должен превышать одного-двух часов. Взвешенные по времени значения IREQ для некоторых типов прерывистого воздействия приведены на рисунке 4.

Значения IREQ и сроки должны быть ориентировочными, а не нормативными. Они относятся к среднему человеку. Индивидуальные различия в характеристиках, требованиях и предпочтениях велики. Большая часть этих вариаций должна быть устранена путем выбора комплектов одежды с большой гибкостью, например, с точки зрения регулировки уровня защиты.

Охлаждение конечностей

Конечности, особенно пальцы рук и ног, подвержены охлаждению. Если не удается поддерживать достаточный приток тепла с теплой кровью, температура тканей постепенно падает. Кровоток конечности определяется энергетическими (необходимыми для деятельности мышц), а также терморегуляторными потребностями. При нарушении теплового баланса всего тела периферическая вазоконстрикция помогает снизить теплопотери ядра за счет периферических тканей. При высокой активности доступно больше тепла и легче поддерживать кровоток в конечностях.

Защита, обеспечиваемая ручной одеждой и обувью с точки зрения снижения потерь тепла, ограничена. Когда подвод тепла к конечности невелик (например, в состоянии покоя или низкой активности), теплоизоляция, необходимая для сохранения тепла рук и ног, очень велика (van Dilla, Day and Siple, 1949). Защита, обеспечиваемая перчатками и рукавицами, обеспечивает лишь замедление скорости охлаждения и, соответственно, более длительное время достижения критической температуры. При более высоких уровнях активности улучшенная защита позволяет согревать руки и ноги при более низких температурах окружающей среды.

Не существует стандартного метода оценки охлаждения конечностей. Тем не менее, ISO TR 11079 рекомендует 24ºC и 15ºC в качестве критических температур рук для уровней низкого и высокого стресса соответственно. Температура кончиков пальцев легко может быть на 5–10 °C ниже, чем средняя температура кожи рук или просто температура тыльной стороны ладони.

Информация, представленная на рисунке 5, полезна при определении приемлемого времени воздействия и необходимой защиты. Две кривые относятся к состояниям с вазоконстрикцией и без нее (высокий и низкий уровень активности). Кроме того, предполагается, что изоляция пальцев высокая (два кло) и используется соответствующая одежда.

Рисунок 5. Защита пальцев.

Аналогичный набор кривых должен применяться к пальцам ног. Однако для защиты ног может быть доступно больше clo, что приводит к увеличению времени воздействия. Тем не менее, из рисунков 3 и 5 следует, что охлаждение конечностей, скорее всего, более критично для времени воздействия, чем охлаждение всего тела.

Защита, обеспечиваемая ручной одеждой, оценивается с использованием методов, описанных в европейском стандарте EN-511 (1993 г.). Теплоизоляция всей одежды измеряется с помощью модели руки с электрическим подогревом. Скорость ветра 4 м/с используется для имитации реальных условий износа. Производительность приведена в четырех классах (таблица 5).

Таблица 5. Классификация термического сопротивления (I) к конвективному охлаждению одежды

Источник: На основе EN 511 (1993).

контактный холод

Контакт голых рук с холодными поверхностями может быстро снизить температуру кожи и вызвать обморожение. Проблемы могут возникнуть при температуре поверхности до 15ºC. В частности, металлические поверхности обладают превосходными проводящими свойствами и могут быстро охлаждать контактирующие участки кожи.

В настоящее время не существует стандартного метода общей оценки контактного охлаждения. Можно дать следующие рекомендации (ACGIH 1990; Chen, Nilsson and Holmér 1994; Enander 1987):

• Длительный контакт с металлическими поверхностями при температуре ниже 15ºC может ухудшить подвижность.
• Длительный контакт с металлическими поверхностями при температуре ниже 7ºC может вызвать онемение.
• Длительный контакт с металлическими поверхностями при температуре ниже 0ºC может вызвать обморожение или обморожение.
• Кратковременный контакт с металлическими поверхностями при температуре ниже –7ºC может вызвать обморожение или обморожение.
• Следует избегать любого контакта с жидкостями при минусовой температуре.

Другие материалы представляют собой аналогичную последовательность опасностей, но температура ниже для материалов с меньшей проводимостью (пластик, дерево, пенопласт).

Защита от контактного охлаждения, обеспечиваемая ручной одеждой, может быть определена с помощью европейского стандарта EN 511. Даны четыре класса производительности (таблица 6).

Таблица 6. Классификация контактной термостойкости одежды для рук (I)

Источник: На основе EN 511 (1993).

Конвективное охлаждение кожи

Индекс охлаждения ветром (WCI) представляет собой простой эмпирический метод оценки охлаждения незащищенной кожи (лица) (ISO TR 11079). Метод прогнозирует потерю тепла тканями на основе температуры воздуха и скорости ветра.

Ответы, связанные с разными значениями WCI, обозначены в таблице 7.

Таблица 7. Индекс охлаждения ветром (WCI), эквивалентная температура охлаждения (T_eq ) и время замораживания обнаженной плоти

Часто используемая интерпретация WCI — это эквивалентная температура охлаждения. Эта температура в безветренных условиях (1.8 м/с) представляет собой то же значение WCI, что и фактическое сочетание температуры и ветра. В таблице 8 приведены эквивалентные температуры охлаждения для комбинаций температуры воздуха и скорости ветра. Таблица применима к активным, хорошо одетым лицам. Риск присутствует, когда эквивалентная температура падает ниже –30ºC, а кожа может замерзнуть в течение 1–2 минут при температуре ниже –60ºC.

Таблица 8. Охлаждающая способность ветра на открытых участках тела, выраженная как эквивалентная температура охлаждения в почти безветренных условиях (скорость ветра 1.8 м/с)

Подчеркнутые значения представляют риск обморожения или обморожения.

Охлаждение дыхательных путей

Вдыхание холодного сухого воздуха может вызвать проблемы у чувствительных людей при температуре от +10 до 15ºC. Здоровые люди, выполняющие легкую и среднюю работу, не нуждаются в особой защите дыхательных путей при температуре до –30ºC. Очень тяжелая работа при длительном воздействии (например, спортивные соревнования на выносливость) не должна выполняться при температуре ниже –20ºC.

Аналогичные рекомендации относятся и к охлаждению глаза. На практике сильный дискомфорт и нарушение зрения, связанные с охлаждением глаз, обычно требуют использования очков или других средств защиты задолго до того, как воздействие станет опасным.

измерения

В зависимости от типа ожидаемого риска требуются различные наборы измерений (рис. 6). Процедуры сбора данных и точность измерений зависят от цели измерений. Должна быть получена соответствующая информация об изменении во времени климатических параметров, а также об уровне активности и/или одежде. Должны быть приняты простые процедуры взвешивания по времени (ISO 7726).

Рисунок 6. Отношение ожидаемого риска холодового стресса к требуемым процедурам измерения.

Профилактические меры для облегчения холодового стресса

Действия и меры по контролю и снижению холодового стресса подразумевают ряд соображений на этапах планирования и подготовки рабочих смен, а также во время работы, которые рассматриваются в других разделах этой главы и настоящей статьи. Энциклопедия.

Назад