ГОСТ Р 57794-2017 (ИСО 7933:2004). Национальный стандарт Российской Федерации. Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация теплового стресса с использованием расчета прогнозируемой тепловой нагрузки

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 18.10.2017 № 1448-ст)

Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 октября 2017 г. № 1448-ст

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЭРГОНОМИКА ТЕРМАЛЬНОЙ СРЕДЫ

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСЧЕТА ПРОГНОЗИРУЕМОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

Ergonomics of the thermal environment. Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain

(ISO 7933:2004, MOD)

ГОСТ Р 57794-2017 (ИСО 7933:2004)

Группа Т201

ОКС 13.180

Дата введения 1 декабря 2018 года

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 201 «Эргономика, психология труда и инженерная психология»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 октября 2017 г. № 1448-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 7933:2004 «Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация теплового стресса с использованием расчета прогнозируемой тепловой нагрузки» (ISO 7933:2004 «Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain») путем внесения отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 159.

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Одни стандарты из этой серии устанавливают методы оценки или измерения параметров, влияющих на терморегуляцию организма человека в конкретной термальной среде, другие стандарты определяют, как эти параметры должны быть интегрированы с целью прогнозирования степени дискомфорта и риска для здоровья в этих средах. Настоящий стандарт устанавливает метод, который должны применять специалисты по охране труда при рассмотрении данного вопроса и последующем сборе информации, необходимой для контроля или предотвращения данной проблемы.

Метод вычисления и интерпретации теплового баланса основан на последних научных данных. В своей существующей форме данный метод не применяют в случаях, когда предусматривается применение специальной защитной одежды (со светоотражающими элементами, воздухопроницаемой, водоотталкивающей, со средствами индивидуальной защиты).

Кроме того, специалисты по охране труда несут ответственность за оценку риска, которому подвергается человек, учитывая особенности, отличающие его от среднестатистического субъекта (человека). В ГОСТ Р ИСО 9886 приведены физиологические параметры, которые должны быть использованы при мониторинге показателей конкретного субъекта.

В отличие от ISO 7933:2004 в раздел 2 настоящего стандарта не включены стандарты <1>, которые нецелесообразно применять в соответствии с требованиями национальной стандартизации.

<1> ISO 7726 Ergonomics of the thermal environment — Instruments for measuring physical quantities; ISO 9920 Ergonomics of the thermal environment — Estimation of thermal insulation and water vapour resistance of a clothing ensemble.

1 Область применения

В настоящем стандарте установлен метод аналитической оценки и интерпретации теплового стресса, который испытывает субъект в горячей среде. В стандарте описан метод прогнозирования интенсивности потоотделения и внутренней температуры тела человека в конкретных условиях труда.

Различные термины, использованные в данной модели прогнозирования, в частности для вычисления теплового баланса, показывают влияние различных физических параметров окружающей среды на тепловую нагрузку, которую испытывает субъект. Таким образом, настоящий стандарт позволяет определить, какой параметр или группа параметров должны быть изменены и до какой степени, чтобы уменьшить риск физиологического напряжения.

Главными целями настоящего стандарта являются:

a) оценка теплового стресса в условиях, которые обычно вызывают чрезмерное повышение температуры тела или обезвоживание у среднестатистического субъекта;

b) определение времени пребывания в горячей среде, при котором физиологическое напряжение не превышает приемлемого значения (без ущерба здоровью и жизни субъекта). В контексте данного метода прогнозирования время пребывания в горячей среде называют максимально допустимым временем пребывания в горячей среде.

Настоящий стандарт не позволяет прогнозировать физиологическую реакцию отдельных субъектов, в стандарте рассмотрена только реакция среднестатистических субъектов с хорошим здоровьем, годных для работы, которую они выполняют. Настоящий стандарт предназначен для использования специалистами по эргономике, промышленной гигиене и другими для оценки условий труда.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ИСО 7243 Термальная среда. Расчет тепловой нагрузки на работающего человека, основанный на показателе WBGT (температура влажного шарика психрометра)

ГОСТ Р ИСО 8996 Эргономика термальной среды. Определение скорости обмена веществ

ГОСТ Р ИСО 9886 Эргономика термальной среды. Оценка температурной нагрузки на основе физиологических измерений

ГОСТ Р ИСО 13732-1 Эргономика термальной среды. Методы оценки реакции человека при контакте с поверхностями. Часть 1. Горячие поверхности

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте использованы обозначения, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Обозначения и единицы измерения

4 Основные принципы модели прогнозирования тепловой нагрузки

Модель прогнозирования тепловой нагрузки основана на принципах вычисления теплового баланса тела, исходя из:

a) параметров термальной среды:

• температуры воздуха ta;
• средней температуры излучения tr;
• парциального давления пара pa;
• скорости движения воздуха va;

b) средних характеристик субъектов, находящихся под воздействием термальной среды:

• скорости обмена веществ M, вычисленной на основе ГОСТ Р ИСО 8996;
• теплоизоляционных свойств одежды.

В разделе 5 приведены принципы вычисления тепловых потоков, определяющих уравнение теплового баланса, а также интенсивности потоотделения, необходимой для поддержания теплового равновесия организма. Математические выражения для вычисления этих показателей приведены в приложении A.

В разделе 6 представлен метод интерпретации, который позволяет определить прогнозируемую интенсивность потоотделения, прогнозируемую ректальную температуру, а также максимально допустимое время пребывания в горячей среде и режим труда и отдыха для достижения прогнозируемой интенсивности потоотделения. Принцип определения базируется на двух критериях: максимальном повышении внутренней температуры тела и максимальном снижении количества жидкости в организме. Максимальные значения этих критериев приведены в приложении A.

Точность прогнозируемой оценки интенсивности потоотделения и оценки времени пребывания в горячей среде является функцией параметров модели (см. формулы, приведенные в приложении A) и принятых максимальных значений, а также функцией точности оценок и результатов измерений физических параметров, скорости обмена веществ и теплоизоляционных свойств одежды.

5 Основные этапы вычислений

5.1 Общее уравнение теплового баланса

5.1.1 Общие положения

Уравнение теплового баланса человека может быть представлено следующим образом:

M — W = Cres + Eres + K + C + R + E + S. (1)

Это уравнение показывает, что внутренняя выработка теплоты в организме, которая соответствует скорости обмена веществ (M) минус эффективная механическая энергия (W), равна сумме плотностей дыхательных тепловых потоков за счет конвекции (Cres) и испарения (Eres), плотностей тепловых потоков за счет теплопроводности (K), конвекции (C), излучения (R), испарения (E) применительно к поверхности кожи, и показателя накопления тепла в организме (S).

Переменные уравнения (1) последовательно рассмотрены с точки зрения принципов вычисления (формулы приведены в приложении A).

5.1.2 Скорость обмена веществ M

Методы определения скорости обмена веществ установлены в ГОСТ Р ИСО 8996.

Показатели для оценки скорости обмена веществ приведены в приложении C.

5.1.3 Эффективная механическая энергия W

В большинстве случаев в условиях производства эффективная механическая энергия мала и ею можно пренебречь.

5.1.4 Плотность дыхательного теплового потока за счет конвекции Cres

В большинстве случаев для расчета плотности дыхательного теплового потока за счет конвекции может быть использована следующая формула

C_{res} = 0,072c_{p} \cdot V \cdot \frac{t_{ex} - t_{a}}{A_{Du}} , (2)

5.1.5 Плотность дыхательного теплового потока за счет испарения Eres

В большинстве случаев для расчета плотности дыхательного теплового потока за счет испарения может быть использована следующая формула

E_{res} = 0,072c_{e} \cdot V \cdot \frac{W_{ex} - W_{a}}{A_{Du}} . (3)

5.1.6 Плотность теплового потока за счет теплопроводности K

Поскольку в настоящем стандарте рассмотрен риск обезвоживания и гипертермии всего организма, тепловой поток за счет теплопроводности при контакте кожи человека с твердой поверхностью может быть количественно приравнен к потерям тепла за счет конвекции и излучения, которые могли бы произойти, если бы человек не контактировал с твердой поверхностью. В этом случае плотность теплового потока за счет теплопроводности напрямую не учитывают.

В ГОСТ Р ИСО 13732-1 приведены методы оценки риска возникновения ожогов и болевых ощущений в случае контакта кожи тела с горячей поверхностью.

5.1.7 Плотность теплового потока за счет конвекции применительно к поверхности кожи C

Для расчета плотности теплового потока за счет конвекции может быть использована следующая формула

C = hcdyn·fcl·(tsk — ta), (4)

где при расчете динамического коэффициента теплоотдачи за счет конвекции между одеждой и наружным воздухом hcdyn учитывают свойства одежды, движения человека и скорость движения воздуха.

В приложении D приведены некоторые показатели для оценки теплоизоляционных свойств одежды.

5.1.8 Плотность теплового потока за счет излучения применительно к поверхности кожи R

Для расчета плотности теплового потока за счет излучения может быть использована следующая формула

R = hr·fcl·(tsk — tr), (5)

где при расчете коэффициента теплоотдачи за счет излучения между одеждой и наружным воздухом hr учитывают свойства одежды, движения человека и скорость движения воздуха.

5.1.9 Плотность теплового потока за счет испарения с поверхности кожи E

Максимальная плотность теплового потока за счет испарения с поверхности кожи Emax, это плотность, которая может быть достигнута в случае полного увлажнения кожи. В этих условиях

E_{max} = \frac{p_{sk,s} - p_{a}}{R_{tdyn}} , (6)

где при расчете суммарного сопротивления испарению влаги одежды и ограничивающего слоя воздуха Rtdyn учитывают свойства одежды, движения человека и скорость движения воздуха.

В случае частичного увлажнения кожи для расчета плотности теплового потока за счет испарения E (Вт/м2) используют следующую формулу

E = w·Emax. (7)

5.1.10 Накопление тепла в результате повышения внутренней температуры тела, связанного со скоростью обмена веществ dSeq

Даже в нейтральной среде внутренняя температура тела повышается до значения в устойчивом состоянии tcr,eq как функция скорости обмена веществ, связанная с максимальными аэробными возможностями человека.

Внутренняя температура тела достигает значения в устойчивом состоянии как экспоненциальная функция времени. Накопление тепла, связанное с этим повышением dSeq, не способствует появлению пота, и, следовательно, эту величину следует вычесть из обеих частей уравнения теплового баланса.

5.1.11 Накопление тепла S

Накопление тепла в организме вычисляют как алгебраическую сумму плотностей тепловых потоков, определенных ранее.

5.2 Вычисление требуемой плотности теплового потока за счет испарения, требуемой увлажненности кожи и требуемой интенсивности потоотделения

С учетом гипотезы, выдвинутой относительно теплового потока за счет теплопроводности, общее уравнение теплового баланса (1) может быть представлено следующим образом:

E + S = M — W - Cres — Eres — C - R. (8)

Требуемая плотность теплового потока за счет испарения Eres является уровнем плотности теплового потока за счет испарения, требуемым для сохранения теплового равновесия организма, при котором показатель накопления тепла равен нулю. Требуемую плотность теплового потока за счет испарения вычисляют по формуле

Ereq = M — W - Cres — Eres — C - R — dSeq. (9)

Требуемую увлажненность кожи wreq определяют отношением требуемой плотности теплового потока за счет испарения к максимальной плотности теплового потока за счет испарения применительно к поверхности кожи:

w_{req} = \frac{E_{req}}{E_{max}} . (10)

Вычисление требуемой интенсивности потоотделения выполняют на основе требуемой плотности теплового потока за счет испарения, но с учетом доли потоотделения, которое происходит в результате сильных колебаний уровня увлажнения кожи в зависимости от окружающей среды. Требуемую интенсивность потоотделения вычисляют по формуле

Sw_{req} = \frac{E_{req}}{r_{req}} . (11)

Примечание - Интенсивность потоотделения (Вт/м2) представляет собой эквивалент уровня потоотделения в горячей среде, выраженный в граммах пота на квадратный метр поверхности кожи за час. 1 Вт/м2 соответствует потоку 1,47 г/(м2·ч) или 2,67 г/ч для среднестатистического субъекта (1,8 м2 поверхности тела).

6 Интерпретация требуемой интенсивности потоотделения

6.1 Основы метода интерпретации

Интерпретация значений, полученных рекомендуемым аналитическим методом, основана на двух критериях стресса:

• максимальной увлажненности кожи wmax;
• максимальной интенсивности потоотделения Swmax;

и на двух критериях нагрузки:

• максимальной ректальной температуре tre,max;
• максимальной потере воды Dmax.

Требуемая интенсивность потоотделения Swreq не может превышать максимальной интенсивности потоотделения Swmax субъекта. Требуемая увлажненность кожи wreq не может превышать максимальной увлажненности кожи wmax субъекта. Эти два максимальных значения являются функцией акклиматизации субъекта.

В случае невозможности поддержания теплового баланса повышение ректальной температуры должно быть ограничено максимальным значением tre,max для того, чтобы вероятность какого-либо патологического влияния была крайне низкой.

Кроме того, независимо от теплового баланса потеря воды должна быть ограничена максимальным значением Dmax соответствующим сохранению гидроминерального равновесия организма.

В приложении B приведены опорные значения для критериев стресса (wmax и Swmax) и нагрузки (tre,max и Dmax). Различные значения приведены для акклиматизированных и неакклиматизированных субъектов и в соответствии с желаемой степенью защиты (с 50 или 95% субъектов, находящихся под воздействием термальной среды).

6.2 Анализ условий труда

Плотность тепловых потоков в момент времени ti вычисляют на основе состояния организма в предшествующий вычислению момент времени, как функцию климатических и метаболических условий, существовавших за это время.

• Сначала вычисляют требуемую плотность теплового потока за счет испарения (Eres), требуемую увлажненность кожи (wreq) и требуемую интенсивность потоотделения (Swreq).
• Далее вычисляют прогнозируемую плотность теплового потока за счет испарения (Ep), прогнозируемую увлажненность кожи (wp) и прогнозируемую интенсивность потоотделения (Swp) с учетом максимальных значений (wmax и Swmax), а также экспоненциальной зависимости скорости реакции от температуры тела.
• Скорость накопления тепла в организме оценивают по разности между требуемой и прогнозируемой плотностью теплового потока за счет испарения. Это тепло способствует повышению или снижению температуры поверхности кожи и тела. Затем оценивают эти два параметра, а также ректальную температуру.
• На основе полученных значений вычисляют плотности тепловых потоков в следующий момент времени.

В этом случае значения Swp и tre вычисляют несколько раз.

Эта процедура позволяет рассматривать не только постоянные условия труда, но также любые условия с климатическими параметрами или характеристиками рабочей нагрузки, изменяющимися во времени.

6.3 Определение максимально допустимого времени пребывания в горячей среде (Dlim)

Максимально допустимое время пребывания в горячей среде (Dlim) может быть получено, когда или ректальная температура, или накопленная (суммарная) потеря воды достигают соответствующего максимального значения.

В условиях труда, для которых:

• максимальная плотность теплового потока за счет испарения с поверхности кожи Emax является отрицательной, что приводит к конденсации водяных паров на коже;
• вычисленное допустимое время пребывания в горячей среде составляет менее 30 мин, когда начало потоотделения является основным моментом при определении потери воды от испарения с поверхности кожи субъекта,

должны быть приняты специальные меры предосторожности, а также особенно необходимы постоянные и отдельные наблюдения за физиологическими показателями работников. Условия проведения таких наблюдений и методы измерений установлены в ГОСТ Р ИСО 9886.

6.4 Организация работы в горячей среде

Настоящий стандарт позволяет сравнить различные способы организации работ и планирования времени отдыха при необходимости.

Компьютерная программа на языке Quick-BASIC приведена в приложении E. Данная программа позволяет выполнить расчет и интерпретацию любой комбинации последовательностей, когда известны скорость обмена веществ, параметры термоизоляции одежды и климатические условия.

В приложении F приведены некоторые данные (входные данные и результаты) для использования при валидации компьютерной программы, разработанной на основе модели, представленной в приложении A.

Приложение A (обязательное)

ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

A.1 Диапазоны валидности (применимости) модели

Числовые значения и уравнения, приведенные в данном приложении, соответствуют результатам последних научных исследований. Некоторые из них могут быть откорректированы при появлении новых результатов исследований.

На базе данных восьми научно-исследовательских институтов была проведена валидация алгоритмов на основе данных 747 лабораторных экспериментов и 366 экспериментов в условиях эксплуатации. В таблице A.1 приведены диапазоны условий, в которых может быть проведена валидация модели прогнозирования тепловой нагрузки. Если один или несколько параметров находятся за пределами указанного диапазона, рекомендуется использовать данную модель с осторожностью и обратить особое внимание на людей, подвергаемых воздействию данной среды.

Таблица A.1

Диапазоны валидности модели прогнозирования тепловой нагрузки

A.2 Определение плотности дыхательного теплового потока за счет конвекции

Оценка плотности дыхательного теплового потока за счет конвекции может быть вычислена с помощью следующего эмпирического выражения:

Cres = 0,00152M(28,56 + 0,885ta + 0,641pa). (A.1)

A.3 Определение плотности дыхательного теплового потока за счет испарения

Оценка плотности дыхательного теплового потока за счет испарения может быть вычислена с помощью следующего эмпирического выражения:

Eres = 0,00127M(59,34 + 0,53ta — 11,63pa). (A.2)

A.4 Определение средней температуры кожи в устойчивом состоянии

В климатических условиях, для которых применим настоящий стандарт, оценка средней температуры кожи в устойчивом состоянии может быть рассчитана с помощью следующей эмпирической функции:

Для значений Icl от 0,2 до 0,6 проводят экстраполяцию среднего значения температуры кожи в устойчивом состоянии между этими двумя значениями:

tsk,eq = tsk,eq nu + 2,5(tsk,eq cl -

• tsk,eq nu)(Icl — 0,2). (A.3)

A.5 Определение температуры кожи

Температура кожи tsk,i на момент времени ti может быть определена:

• по температуре кожи tsk,i-1 на момент времени ti-1 с добавлением времени;
• по средней температуре кожи в устойчивом состоянии tsk,eq, прогнозируемой, исходя из сложившихся условий в течение последнего времени, с использованием уравнений, приведенных в (A.4).

Временная константа реакции кожи на температуру, равная 3 мин, использована в следующем уравнении

tsk,i = 0,7165tsk,i-1 + 0,2835tsk,eq. (A.4)

A.6 Определение накопления тепла в организме в зависимости от скорости обмена веществ Seq

В нейтральной среде внутренняя температура тела повышается со временем в процессе тренировки как функция скорости обмена веществ, связанная с максимальными аэробными возможностями человека.

Для среднестатистического субъекта можно предположить, что данная равновесная внутренняя температура тела повышается в зависимости от скорости обмена веществ в соответствии со следующим выражением:

tcr,eq = 0,0036(M — 55) + 36,8. (A.5)

Внутренняя температура тела достигает равновесной внутренней температуры тела в соответствии с системой первого порядка с временной константой, равной 10 мин:

t_{cr} = 36,8 + (t_{cr,eq} - 36,8)(1 - exp \frac{- t}{10}) . (A.6)

Данное выражение может быть преобразовано следующим образом:

tcr,eqi = tcr,eqi-1·k + tcr,eq·(1 — k), (A.7)

где k = exp(\frac{- incr}{10}) .

Накопление тепла в организме, связанное с повышением внутренней температуры тела, вычисляют следующим образом:

dS_{eq} = c_{sp}(t_{cr,eqi} - t_{cr,eqi - 1})(1 - \alpha) . (A.8)

A.7 Определение характеристик статической термоизоляции одежды

Для обнаженного субъекта в статических условиях без движений воздуха и тела теплообмен (C + R) может быть вычислен следующим образом:

C + R = \frac{t_{sk} - t_{a}}{I_{totst}} , (A.9)

где статическое тепловое сопротивление для обнаженного субъекта может быть равно 0,111 м2 К/Вт.

Для одетого субъекта статическое тепловое сопротивление (Itot st) может быть вычислено следующим образом:

I_{totst} = I_{clst} + \frac{I_{ast}}{f_{cl}} . (A.10)

где отношение площади поверхности тела, покрытого одеждой, к площади поверхности обнаженного тела вычисляют по формуле

fcl = 1 + 1,97 Icl st. (A.11)

A.8 Определение характеристик динамической термоизоляции одежды

Физическая активность и вентиляция изменяют характеристики термоизоляции одежды и смежного слоя воздуха. Поскольку ветер и движения тела снижают термоизоляцию, она должна быть скорректирована. Поправочный коэффициент для статической термоизоляции одежды и наружного слоя воздуха может быть вычислен с использованием следующих выражений:

Itot dyn = Corr,tot·Itot st; (A.12)

Ia dyn = Corr,la·Ia st; (A.13)

C_{orr,tot} = C_{orr,cl} = e^{(0,043 - 0,398v_{ar} + 0,066v_{ar}^{2} - 0,378v_{w} + 0,094v_{w}^{2})} . (A.14)

Для обнаженного человека или смежного слоя воздуха (Icl >= 0,6 кло)

C_{orr,tot} = C_{orr,l_{a}} = e^{( - 0,472v_{ar} + 0,047v_{ar}^{2} - 0,342v_{w} + 0,117v_{w}^{2})} (A.15)

и для 0 <= Icl <= 0,6 кло

Corr,tot = (0,6 — Icl)Corr,la + Icl·Corr,cl, (A.16)

где var ограничено 3 м/с, а vw ограничено 1,5 м/с.

Если скорость перемещения человека не определена или он стоит, значение vw вычисляют по формуле

vw = 0,0052(M — 58) для vw <= 0,7 м/с. (A.17)

В результате значение Icl dyn может быть получено по формуле

I_{cldyn} = I_{totdyn} - \frac{I_{adyn}}{f_{cl}} . (A.18)

A.9 Определение теплообмена за счет конвекции и излучения

Оценка сухого теплообмена, не учитывающая испарения, может быть получена с использованием следующих уравнений

C + R = fcl·[hcdyn·(tcl — ta) + hr·(tcl — tr)]. (A.19)

Это уравнение определяет теплообмен между поверхностью одежды и окружающей средой.

C + R = (\frac{t_{sk} - t_{cl}}{I_{cldyn}}) . (A.20)

Это уравнение определяет теплообмен между кожей и поверхностью одежды.

Оценка динамического теплообмена за счет конвекции hcdyn может быть вычислена как наибольшее значение:

2,38|tsk — ta|0,25; (A.21)

3,5 + 5,2 var; (A.22)

8,7 var0,6. (A.23)

Оценка теплообмена за счет излучения hr может быть вычислена с использованием уравнения

h_{r} = 5,67 \cdot 10^{- 8}\epsilon \cdot \frac{A_{r}}{A_{Du}} \cdot \frac{(t_{cl} + 273)^{4} - (t_{r} + 273)^{4}}{t_{cl} - t_{r}} . (A.24)

Доля поверхности кожи, учитываемая при теплообмене за счет излучения \frac{A_{r}}{A_{Du}} , равна 0,67 для субъекта в согнутом положении, 0,70 для субъекта в положении сидя и 0,77 для субъекта в положении стоя.

При использовании светоотражающей одежды hr должен быть скорректирован с учетом коэффициента Fcl,R, полученного по формуле

Fcl,R = (1 — Ap)0,97 + Ap·Fr. (A.25)

Оба выражения для (C + R) используют интерактивным образом для получения tcl.

A.10 Определение максимальной плотности теплового потока при испарении на поверхности кожи Emax

Максимальную плотность теплового потока при испарении на поверхности кожи вычисляют по формуле

E_{max} = \frac{p_{sk,s} - p_{a}}{R_{tdyn}} . (A.26)

Сопротивление испарению Rtdyn вычисляют с использованием следующего уравнения

R_{tdyn} = \frac{I_{totdyn}}{\frac{i_{mdyn}}{16,7}} , (A.27)

где индекс динамической влагопроницаемости одежды imdyn равен индексу статической влагопроницаемости одежды imst, скорректированному с учетом влияния движений воздуха и тела

imdyn = imst·Corr,E, (A.28)

где Corr,E = 2,6 Corr,tot2 — 6,5 Corr,tot + 4,9. (A.29)

В данном случае imdyn ограничен значением 0,9.

A.11 Определение прогнозируемой интенсивности потоотделения (Swp) и прогнозируемой плотности теплового потока при испарении (Ep)

На рисунке A.1 приведена схема определения прогнозируемой интенсивности потоотделения (Swp) и прогнозируемой плотности теплового потока при испарении (Ep).

Рисунок A.1 — Схема определения прогнозируемой интенсивности потоотделения (Swp) и прогнозируемой плотности теплового потока при испарении (Ep)

Данная схема требует следующих пояснений:

R1: когда требуемая плотность теплового потока при испарении Ereq больше максимальной скорости испарения, предполагают, что кожа становится полностью влажной: wreq больше 1. Далее под wreq подразумевают толщину слоя воды на коже, а не эквивалентную часть кожи, которая покрывается испариной. Когда теоретическая wreq больше 1, эффективность испарения становится меньше.

Для wreq <= 1 эффективность испарения определяют по формуле r_{req} = \frac{1 - w_{req}^{2}}{2} .

Для wreq >= 1 эффективность испарения определяют по формуле r_{req} = \frac{2 - w_{req}^{2}}{2} .

При этом эффективность испарения составляет минимум 5%. Данное значение получают при теоретической увлажненности кожи, равной 1,684.

R2: реакция интенсивности потоотделения может быть представлена в виде системы первого порядка с временной константой, равной 10 мин. Поэтому прогнозируемая интенсивность потоотделения на момент времени ti(Swp,i) равна доле kSw прогнозируемой интенсивности потоотделения на момент времени ti-1(Swp,i-1) с добавлением времени плюс доля (1 — kSw) требуемой интенсивности потоотделения при существующих условиях за прошедший период (Swreq), где kSw определяют по формуле

kSw = exp(-incr/10).

R3: как указано выше, для вычисления прогнозируемой интенсивности потоотделения допускают, что требуемая увлажненность кожи теоретически больше 1. Поскольку потери тепла при испарении ограничены поверхностью слоя воды, то есть поверхностью тела, прогнозируемая увлажненность кожи не может быть больше 1. Это происходит, когда прогнозируемая интенсивность потоотделения превышает максимальную плотность теплового потока при испарении более чем в два раза.

A.12 Вычисление ректальной температуры

Накопление тепла в организме за прошедший период на момент времени ti вычисляют по формуле

S = Ereq — Ep + Seq. (A.30)

Накопление тепла в организме приводит к повышению внутренней температуры тела с учетом повышения температуры кожи. Долю массы тела при средней внутренней температуре тела вычисляют по формуле

(1 - \alpha) = 0,7 + 0,09(t_{cr} - 36,8) . (A.31)

Доля массы тела ограничена

0,7 при tcr < 36,8 °C;

0,9 при tcr > 39,0 °C.

На рисунке A.2 приведено распределение температуры в теле на моменты времени ti-1 и ti. Исходя из этого, температуру тела на момент времени ti можно вычислить следующим образом:

t_{cr,i} = \frac{1}{1 - \frac{\alpha}{2}} [\frac{dS_{i}}{c_{p}W_{b}} + t_{cr,i - 1} - \frac{t_{cr,i - 1} - t_{sk,i - 1}}{2} \alpha_{i - 1} - t_{sk,i} \frac{\alpha_{i}}{2}]. (A.32)

Рисунок A.2 — Распределение температуры в теле на моменты времени ti-1 и ti

Ректальную температуру вычисляют в соответствии со следующим выражением

t_{re,i} = t_{re,i - 1} + \frac{2t_{cr,i} - 1,962t_{re,i - 1} - 1,31}{9} . (A.33)

Приложение B (справочное)

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДОПУСТИМОГО ВРЕМЕНИ ПРЕБЫВАНИЯ В ГОРЯЧЕЙ СРЕДЕ

B.1 Введение

К физиологическим критериям, используемым для определения максимально допустимого времени пребывания в горячей среде, относят:

• акклиматизированность или неакклиматизированность субъекта;
• максимальную увлажненность кожи wmax;
• максимальную интенсивность потоотделения Swmax;
• рассмотрение процентилей трудоспособного населения уровней 50% («среднестатистический» или «медианный» субъект) и 95% (основная совокупность субъектов, подверженных воздействию термальной среды);
• максимальную потерю воды Dmax;
• максимальную ректальную температуру.

B.2 Акклиматизированность и неакклиматизированность субъектов

Акклиматизированные субъекты могут потеть более обильно, более равномерно по поверхности тела и потеют раньше, чем неакклиматизированные субъекты. При работе в горячей среде это приводит к снижению уровня запаса тепла в организме (внутренней температуры тела) и сердечно-сосудистой недостаточности (низкому пульсу). Кроме того, известно, что акклиматизированные субъекты теряют меньше соли через потоотделение и поэтому способны выдержать большую потерю воды.

Эти физиологические различия между акклиматизированными и неакклиматизированными субъектами имеют важное значение при определении wmax, Swmax.

B.3 Максимальная увлажненность кожи wmax

Максимальная увлажненность кожи имеет значение 0,85 для неакклиматизированных субъектов и 1,0 для акклиматизированных работников.

B.4 Максимальная интенсивность потоотделения Swmax

Максимальная интенсивность потоотделения может быть вычислена с использованием следующих соотношений:

Swmax = 2,6(M — 32) ADu,

где Swmax — максимальная интенсивность потоотделения, г/ч, из диапазона от 650 до 1000 г/ч.

или

Swmax = (M — 32) ADu,

где Swmax — максимальная интенсивность потоотделения, Вт/м2, из диапазона от 250 до 400 Вт/м2.

Для акклиматизированных субъектов максимальная интенсивность потоотделения в среднем на 25% больше, чем для субъектов без акклиматизации.

B.5 Максимальное значение обезвоживания и потери воды

Обезвоживание на 3% вызывает увеличение частоты сердечных сокращений и снижение чувствительности потоотделения и поэтому принято в качестве максимального значения обезвоживания на производстве (не в армии или у спортсменов). При продолжительности пребывания в горячей среде от 4 до 8 ч коэффициент регидратации составляет 60% у 50% субъектов, независимо от общего количества выделенного пота, и более 40% в 95% случаев.

На основе этих значений установлена максимально допустимая потеря воды, равная:

• 7,5% массы тела для 50% субъектов (Dmax50);
• 5% массы тела для 95% субъектов (Dmax95).

Поэтому при регулярном потреблении воды (DRINK = 1) максимально допустимое время пребывания в горячей среде может быть вычислено на основе максимальной потери жидкости, равной 7,5% массы тела для 50% субъектов и 5% массы тела для 95% субъектов.

Если не предусмотрено обеспечение питьевой водой (DRINK = 0), общая потеря жидкости в организме должна быть не более 3%.

B.6 Максимальное значение ректальной температуры

В соответствии с рекомендациями ВОЗ (технический доклад № 412, 1969) <1>: «Обычно на основе ректальной температуры вычисляют время, свыше которого необходимо прервать кратковременное воздействие высокой температуры в лаборатории и не рекомендуется увеличение внутренней температуры тела свыше 38 °C при длительном ежедневном выполнении тяжелых работ».

<1> Факторы, влияющие на здоровье в условиях работы при высоких температурах. Доклад научной группы ВОЗ. Серия технических докладов ВОЗ, № 412. Женева, Швейцария, 1969.

Если средняя ректальная температура у группы работников в горячей среде равна 38 °C, можно полагать, что вероятность достижения более высокой ректальной температуры для конкретного субъекта ограничена следующими значениями:

• 42,0 °C менее чем 10-7 (не более чем один раз в 40 лет, среди 1000 работников) (250 дней в году);
• 39,2 °C менее чем 10-4 (не более одного случая на 10 000 смен).

Приложение C (справочное)

СКОРОСТЬ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Методы определения скорости обмена веществ установлены в ГОСТ Р ИСО 8996. В таблицах C.1, C.2 и C.3 представлены три способа (от простого к более точному) определения скорости обмена веществ для различных видов деятельности.

Таблица C.1

Классификация скорости обмена веществ (Вт/м2) по видам деятельности (изменено в соответствии с ГОСТ Р ИСО 7243). Приведенные значения установлены для непрерывной работы со средней продолжительностью 60 мин

Таблица C.2

Скорость обмена веществ (Вт/м2) в зависимости от задействованной части тела и интенсивности работы этой части тела

Таблица C.3

Скорость обмена веществ для типичных видов деятельности

Приложение D (справочное)

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОДЕЖДЫ

D.1 Общие положения

Должны быть рассмотрены следующие теплоизоляционные свойства одежды:

• термоизоляция;
• отражения теплового излучения;
• проницаемость водяного пара.

D.2 Термоизоляция

Значения коэффициента термоизоляции выражают в кло. В таблице D.1 приведены значения базового коэффициента термоизоляции некоторых комплектов одежды.

Таблица D.1

Значения базового коэффициента термоизоляции некоторых комплектов одежды

D.3 Отражение теплового излучения

В таблице D.2 приведены значения коэффициента отражения (Fr) для различных материалов с алюминиевым покрытием для отражения теплового излучения.

Таблица D.2

Значения коэффициента отражения (Fr) для различных материалов

Снижение происходит только для части тела, покрытой светоотражающей одеждой. В таблице D.3 приведены данные для определения Ap для части поверхности тела, покрытой светоотражающей одеждой.

Таблица D.3

Отношение площади части тела к общей поверхности тела

D.4 Проницаемость водяного пара

На сопротивление одежды испарению влаги сильно влияет способность материалов пропускать водяные пары при определенном давлении, поэтому сопротивление испарению может быть определено с помощью индекса статической влагопроницаемости (imst). Поскольку настоящий стандарт не распространяется на специальную одежду, среднее значение imst может быть принято равным 0,38.

Приложение E (справочное)

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ В СООТВЕТСТВИИ С МОДЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

E.1 Общие положения

Соответствие между обозначениями, приведенными в таблице 1, и обозначениями, используемыми в компьютерной программе, представлено в таблице E.1.

Электронную версию данной программы для проведения расчетов в соответствии с моделью прогнозирования тепловой нагрузки можно получить по следующей ссылке: http://www.md.ucl.ac.be/hytr/new/Download/iso7933n.txt.

Таблица E.1

Соответствие между обозначениями, приведенными в таблице 1, и обозначениями, используемыми в компьютерной программе

E.2 Программа

Приложение F (обязательное)

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ В СООТВЕТСТВИИ С МОДЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

В данном приложении приведены входные данные и результаты вычислений для десяти различных условий труда. Эти данные должны быть использованы для проверки каждой версии программы, подготовленной в соответствии с приложением E, на корректность результатов с точностью вычислений до 0,1 °C для прогнозируемой ректальной температуры и 1% для потери воды.

Приведенные десять различных условий труда были выбраны для тестирования всех компонентов программы.

Приложение ДА (справочное)

СВЕДЕНИЯ О СООТВЕТСТВИИ ССЫЛОЧНЫХ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ МЕЖДУНАРОДНЫМ СТАНДАРТАМ, ИСПОЛЬЗОВАННЫМ В КАЧЕСТВЕ ССЫЛОЧНЫХ В ПРИМЕНЕННОМ МЕЖДУНАРОДНОМ СТАНДАРТЕ

Таблица ДА.1