Ze souboru ergonomických norem je část, která se zabývá ergonomií tepelného prostředí. Jde o normy, které mohou být užívány integrujícím způsobem umožňujícím zkoumat expozici horkého, mírného a chladného prostředí v reakcích člověka.
Část III. Ergonomické normy aplikované v hodnocení tepelného prostředí / tepelné zátěže
1. Tepelné ukazatelé (indexy)
Mnoho základních a aplikovaných výzkumů lidské reakce se týkalo vývoje tepelných ukazatelů nebo tzv. indexů (v normách se používají oba pojmy). Zásadou je, že příslušné faktory popisující tepelné prostředí jsou kombinovány tak, aby poskytly jedinou hodnotu ukazatele, kde tato hodnota je stejně proměnlivá jako jsou proměnlivé lidské reakce a proto může být použita k předvídání účinků prostředí. Pak „ideální“ ukazatel dvou různých tepelných prostředí se stejnou hodnotou tepelného ukazatele, má vyvolat stejné reakce lidských subjektů.
Metody pro stanovení tepelného prostředí uváděné v ergonomických normách, které používají různé ukazatele, jsou podloženy mezinárodními zkušenostmi. Například pro horké prostředí může být brán ukazatel teploty mokrého a kulového teploměru - WBGT, jako přímý ukazatel tepelné zátěže (dle ČSN ISO 7243) a požadovaná úroveň ukazatele pocení SWreq (dle ČSN EN ISO 7933). Pro mírné prostředí je používán ukazatel předpokládané volby tepelného komfortu PMV nebo diskomfortu PPD (dle ČSN EN ISO 7730). Pro chladné prostředí je používán ukazatel požadovaného tepelného odporu oděvu IREQ (podle ČSN EN ISO 11079) a stanovení tepelné izolace oděvu Icl (dle ČSN EN ISO 9920).
2. Přístup k hodnocení tepelného prostředí podle ukazatelů
2.1 Podmínky horkého prostředí
Stanovení tepelné zátěže podle ukazatele WBGT (podle ČSN ISO 7243) Tepelná zátěž osoby, která je vystavena horkému prostředí (např. ve sklárnách), je závislá zejména na produkci tepla v těle v důsledku fyzické činnosti a na podmínkách prostředí, které ovlivňuje přenos tepla mezi tělem a okolním ovzduší. Výsledkem metabolických výměn, k nímž dochází při činnosti, je tepelná zátěž stanovená podle ukazatele WBGT.
Ukazatel WBGT, měřený teplotou mokrého a kulového teploměru, je jedním z empirických ukazatelů pro vyjádření tepelné zátěže, které je pracovník vystaven.
Pro průmyslové prostředí bez slunečního záření platí vztah:
WBGT = 0,7 tnw + 0,3 tg
kde: tnw - teplota přirozeně větraného mokrého teploměru (°C)
tg - výsledná teplota kulového teploměru (°C)
Získané údaje (z měření na pracovišti) pro výpočet WBGT se porovnají s referenčními hodnotami uvedenými v tabulce 3 a podle výsledků bude možno rozhodnout o přijatelnosti či nepřijatelnosti tepelné zátěže na uvažovaném pracovišti.
Tabulka 3 Referenční hodnoty tepelné zátěže WBGT a průměrného metabolizmu
| Třída "M" | Průměrný metabolismus - M | Referenční hodnota WBGT | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pro jednotku plochy povrchu těla W. m-2 |
Pro plochu povrchu těla 1,8 m2 W |
Osoba na teplo aklimatizovaná °C |
Osoba na teplo neaklimatizovaná °C |
|||
| 0 | M <= 65 | M <= 117 | 33 | 32 | ||
| 1 | 65 < M <= 130 | 117 < M <= 234 | 30 | 29 | ||
| 2 | 130 < M <= 200 | 234 < M <= 360 | 28 | 26 | ||
| 3 | 200 < M <= 260 | 360 < M <= 468 | Bez pocitu pohybu vzduchu 25 |
Pociťovaný pohyb vzduchu 26 |
Bez pocitu pohybu vzduchu 22 |
Pociťovaný pohyb vzduchu 23 |
| 4 | M > 260 | M > 468 | 23 | 25 | 18 | 20 |
- Označení „M“ v tabulce je zkrácený název pro metabolizmus.
- Uvedené hodnoty byly stanoveny pro osoby s maximální rektální teplotou 38°C.
- Aklimatizace je stav, který je výsledkem fyziologického procesu adaptace zvyšující toleranci jednotlivce na dané prostředí po dostatečnou dobu. Ve srovnání s neaklimatizovaným jednotlivcem, vykazuje aklimatizovaný jedinec menší fyzickou námahu při stejné tepelné zátěži.
Teplota mokrého teploměru - je hodnota udávaná teplotním čidlem (v rozsahu měření 5 °C až 40 °C) pokrytým vlhkou punčoškou a přirozeně větraným, tj. umístěným v uvažovaném prostředí bez nuceného větrání.
Teplota přirozeně větraného mokrého teploměru se tedy liší od termodynamické teploty měřené psychrometrem.
Teplota kulového teploměru - je hodnota udávaná čidlem (až do 120 °C) umístěným ve středu koule.
2.2 Podmínky mírného tepelného prostředí
Stanovení ukazatele PMV a PPD podle
ČSN EN ISO 7730
Mírné teplotní podmínky vyžadují minimální nároky na mechanismus termoregulace těla.
Šetření se obvykle týkají tepelného komfortu, který je definován jako „podmínky“, které zřetelně vyjadřují uspokojení s tepelným prostředím.
Ukazatel se má používat jen pro hodnoty PMV mezi -2 a +2, je-li šest hlavních parametrů uvnitř daného rozmezí uvedené v tabulce 4. Pocit zimy a horka je pro dlouhodobý stav na pracovišti považován za nepřijatelný, hodnocen jako diskomfort.
Přípustné hodnoty metabolizmu (M), tepelné izolace oděvu (Icl) a fyzikálních parametrů ovzduší pro pocity v rozsahu stupnice -2 až +2
M - 46 W.m-2 až 232 W.m-2 (0,8 met až 4 met)
1 met = 58,2 W.m-2
Icl - 0 m2.°C.W-1 až 0,310 m2.°C.W-1
(0 clo až 2 clo) 1 clo = 0,155 m2.°C.W-1
ta - 10 °C až 30 °C (teplota vzduchu)
tr - 10 °C až 40 °C (střední radiační teplota)
var - 0 m.s-1 až 1 m.s-1 (relativní rychlost proudění vzduchu)
pa - 0 až 2700 Pa (parciální tlak vodní páry)
Předmětem zkoumání je předvídání celkového tepelného pocitu osob vystavených mírnému tepelnému prostředí. To umožňuje analytické stanovení a interpretaci tepelného komfortu pomocí ukazatele PMV, který předpovídá střední tepelný pocit na základě odevzdaných hlasů velké skupiny osob, které hodnotí svůj pocit pomocí sedmibodové (popř. pětistupňové) stupnice tepelných pocitů. PPD je ukazatel stanovující kvantitativní předpověď procenta osob nespokojených s tepelným prostředím, které pociťují jako příliš chladné nebo příliš teplé.
Hodnoty PMV lze stanovit podle tabulek (přílohy E normativní v ČSN EN ISO 7730) pro různé kombinace činností, oděvu, operativní teploty a relativní rychlosti proudění vzduchu.
Sedmistupňová stupnice tepelných pocitů
Je-li určena hodnota PMV, vypočítá se PPD pomocí následující rovnice:
PPD = 100 - 95 x exp [- (0,0333 53 x PMV2 + 0,217 x PMV2)]
Například pro PMV = 1, lze výpočtem podle rovnice zjistit, že PPD je 26 %.
Stanovit PMV na pracovišti s mírnými tepelnými podmínkami.
Vstupní údaje: Počet pracovníků n = 39.
Použita rozhodovací stupnice teplotního pocitu s rozsahem N = 5 stupňů, mezi - 2 a 2.
Řešení:
| i | Pořadové číslo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| xi | Pětistupňová stupnice tepelného pocitu | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 |
| yi | Počet odpovědí na vnímání tepelného pocitu | 8 | 12 | 10 | 2 | 7 |
| zi | Váhové rozložení tepelného pocitu | -16 | -12 | 0 | 2 | 14 |
Vážený průměr PMV:
Závěr:
PPD, pro PMV = 0,307, je 7 %. Tento stav na pracovišti tvoří 7 % nespokojených, což jsou asi 3 pracovníci.
Pro podmínky tepelného komfortu musí být odstraněn místní tepelný diskomfort a to změnou proudění vzduchu, asymetrie radiační teploty a teploty podlahy. Pokud jde o jednotlivce, mohou metody subjektivního hodnocení přímo uvádět informace týkající se tepelného komfortu či diskomfortu.
Vyrovnaný tepelný pocit člověka závisí hlavně na tepelné rovnováze, kterou ovlivňuje tělesná činnost člověka a oděv, a také parametry fyzikálního prostředí. V mírném teplotním prostředí se termoregulační systém člověka automaticky pokusí měnit teplotu kůže a vylučováním potu udržovat tepelnou rovnováhu.
2.3 Podmínky chladného prostředí
Stanovení ukazatele IREQ podle ČSN EN ISO 11079 a tepelné izolace oděvu Icl podle ČSN EN ISO 9920 Pro chladné podmínky na pracovišti je velmi důležitá volba tepelných vlastností oděvu, aby se vyvážila změna teploty okolního ovzduší. Vycházíme-li z rovnice tepelné rovnováhy, pak mezi určujícími faktory jsou tepelné vlastnosti oděvu, tělesná tepelná produkce a fyzikální charakteristiky prostředí.
Ukazatel IREQ, je výsledná tepelná izolace oděvu potřebná pro uchování tělesné tepelné rovnováhy ve stanovených úrovních fyziologické zátěže, jež se vypočítá podle rovnice:
kde:
tsk - střední teplota kůže (°C)
tcl - povrchová teplota oděvu (°C)
R - tepelný tok sdílený sáláním (W.m-2)
C - tepelný tok sdílený prouděním (W.m-2)
V normě ČSN EN ISO 9920 je tepelná izolace (odpor vůči úbytku suchého tělesného tepla) oděvu označována jako základní indikátor oděvu Icl, což je izolace mezi pokožkou lidského těla a povrchem oděvu.
kde je:
H - úbytek suchého tepla na čtvereční metr povrchu pokožky (W.m-2)
tsk - průměrná teplota pokožky (°C)
tcl - průměrná povrchová teplot oblečené osoby (°C)
Pro IREQ a Icl je jednotkou clo, (1 clo = 0,155 m2.°C. W-1). Hodnoty udávající tepelnou izolaci pro typické oděvní komplety jsou normativně uváděny v tabulkách v ČSN EN ISO 9920 (ukázka viz tabulka 5). Pro třívrstvý oděv to odpovídá 1 clo, pro dvouvrstvý 0,75 clo.
Pro posouzení tepelné rovnováhy je IREQ porovnáván s tepelnou izolací - Icl, ochranou poskytovanou pracovním oděvem. Je-li daná tepelná izolace menší než potřebná (Icl < IREQ) vzniká riziko tělesného ochlazení, což pochopitelně ovlivní časové omezení doby práce v chladném prostředí. Naopak v případě (Icl > IREQ) bude docházet k tělesnému přehřátí.
Přílohy v ČSN EN ISO 11079 obsahují všeobecné zásady pro hodnocení různých faktorů ovlivňujících práci člověka na pracovišti. Za tímto účelem je zde řazena soustava obrázků (grafů), jejichž aplikace předpokládá odborné zkušenosti uživatele.
Pracovník na pracovišti vykonává práci s intenzitou (metabolismem) M = 145 W.m-2 při -15°C a rychlosti vzduchu va = 0,4 m.s-1.
Stanovit IREQ jako potřebnou izolaci oděvu s výběrem oděvního kompletu.
Řešení:
A) Určení hodnoty IREQ podle tabulky E1.
Tabulka E1 - IREQ jako funkce operativní teploty pro M = 145 W.m-2
| t0 (°C) | -50 | -40 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 |
| IREQ (clo) | 4,5 | 3,9 | 3,2 | 2,7 | 2,0 | 1,4 | 0,9 |
Z tabulky pro t0 = -15C (mezi -10 a -20 °C) je IREQ = 2,35 clo (zaokrouhleno na 2,4 clo).
Tabulka E1 je sestavena podle obrázku E1 uvedeného v příloze E normy ČSN EN ISO 11079.
B) Volba oděvního kompletu.
Podle tabulky 5 byl vybrán oděvní komplet s izolačním odporem 2,55 clo.
- Tabulka 5 byla sestavena podle ČSN EN ISO 9920, přílohy A, pro teplé oblečení.
- Konečná volba oděvu a jeho úprava má být provedena osobou podle jejich zkušeností, potřeb a preferencí.
Tabulka 5 Tepelný odpor typických kombinací ošacení
| Pracovní oděv | lcl | |
|---|---|---|
| clo | m2.°C/W | |
| Spodky, pracovní kombinéza, ponožky, boty | 0,70 | 0,110 |
| Spodky, košile, kalhoty, pracovní plášť, ponožky, boty | 0,90 | 0,140 |
| Spodní prádlo s krátkým rukávem a nohavicemi, košile, kalhoty, pracovní blůza, ponožky, boty | 1,0 | 0,155 |
| Spodní prádlo s krátkými rukávy a nohavicemi, pracovní kombinéza, oteplený kabátek a kalhoty, ponožky, boty | 1,40 | 0,220 |
| Spodní prádlo s krátkými rukávy a nohavicemi, košile, kalhoty, pracovní blůza, oteplený kabátek a kalhoty, ponožky, boty | 1,55 | 0,225 |
| Spodní prádlo s krátkými rukávy a nohavicemi, košile, kalhoty, pracovní blůza, vatovaný svrchní plášť a vatovaná kombinéza, ponožky, boty | 1,85 | 0,285 |
| Spodní prádlo s krátkými nohavicemi a rukávy, košile, kalhoty, pracovní blůza, vatovaný svrchní plášť, vatovaná kombinéza, ponožky, boty, čepice, rukavice | 2,00 | 0,310 |
| Spodní prádlo s dlouhými nohavicemi a rukávy, oteplený kabátek a kalhoty, prošívaná bunda, vatovaná kombinéza, ponožky, boty, čepice, rukavice | 2,55 | 0,395 |
| Denní běžné oblečení | lcl | |
|---|---|---|
| clo | m2.°C/W | |
| Kalhoty, tričko, lehké ponožky, sandály | 0,30 | 0,050 |
| Kalhoty, spodnička, punčochy, lehké šaty s rukávy, sandály | 0,45 | 0,070 |
| Kalhoty, punčochy, košile s krátkými rukávy, sukně, sandály | 0,55 | 0,085 |
| Spodní prádlo, košile, kalhoty, ponožky, boty | 0,70 | 0,110 |
| Kalhoty, spodnička, košile, sukně, silné podkolenky, boty | 0,80 | 0,120 |
| Spodky, nátělník, košile, kalhoty, svetr s véčkem, ponožky, boty | 0,95 | 0,145 |
| Kalhotky, košile, kalhoty, sako, ponožky, boty | 1,00 | 0,155 |
| Kalhotky, punčochy, blůzka, dlouhá sukně, sako, boty | 1,10 | 0,170 |
| Spodní prádlo, nátělník, košile, kalhoty, sako, ponožky, boty | 1,10 | 0,170 |
| Spodní prádlo s dlouhými rukávy a nohavicemi, košile, kalhoty, svetr s véčkem, sako, ponožky, boty | 1,30 | 0,200 |
| Spodní prádlo s krátkými rukávy a nohavicemi, košile, kalhoty, vesta, sako, svrchník, ponožky, boty | 1,50 | 0,230 |
3. Závěr
Pojednáním článku, k problematice řešení vlivu tepelných podmínek na člověka a projevu tepelné zátěže v pracovním procesu, byla snaha poskytnout v potřebné míře poznatky vycházející jak z platné legislativy a ergonomických norem tak z fyziologie termoregulačních procesů. Protože teplota, jež se řadí mezi jedny z rizikových faktorů na pracovišti, má i své specifické projevy. Obecně jsou to tepelně vlhkostní podmínky měnící se jak podle povahy ročního období, technologie výrobního procesu, způsobů větrání (klimatizace) tak mají diferencovanou odezvu v individuálních pocitech pracovníků na venkovním nebo nevenkovním pracovišti. Charakteristický vliv tepelně vlhkostních podmínek na pracovišti se zohledňujícími požadavky pracovníků přináší v praxi řadu problémů.
Je tedy zřejmé, že jde o řešení ne jednoduchého pracovního problému, kdy bude mnohdy obtížné vytvořit pro každého člověka vyhovující tepelné podmínky na pracovišti. Proto jsou legislativně stanoveny přípustné limity pro tepelnou zátěž. K jejich udržení se realizují nezbytná režimová opatření, tedy střídání doby výkonu práce, a bezpečnostních přestávek nebo poskytování ochranného nápoje. Také subjektivně pociťované tepelné podmínky (podle ergonomických norem) jsou ukazatelem komfortu či diskomfortu. Jakým způsobem a přijetím vhodného opatření se budou zajišťovat přijatelné tepelné podmínky na pracovišti, bude záviset na kompromisním nalezení řešení a dohodě mezi zaměstnavatelem a zaměstnanci.
Rozhodujícím kritériem pro posuzování stávajících mikroklimatických podmínek a tepelné zátěže bude mít jejich projev na tepelný komfort a zdravotní stav ve skupině lidí na společném pracovišti.
Literatura a normy
- Malý, S., Král, M., Hanáková, E. ABC Ergonomie. 1. vyd., Professional Publishing, Výzkumný ústav bezpečnosti práce, v.v.i., Praha, 2010, 386 s.
- Manuál prevence v lékařské praxi, V. Prevence nepříznivého působení faktorů pracovního prostředí a pracovních procesů. Státní zdravotní ústav, Praha, 1997, 144 s.
- ČSN EN ISO 13731 (833545) Ergonomie tepelného prostředí - Slovník a značky.
- ČSN EN ISO 15743 (833547) Ergonomie tepelného prostředí - Chladná pracoviště - Posuzování a řízení rizika.
- ČSN ISO 11399 (833550) Ergonomie tepelného prostředí - Zásady a používání příslušných mezinárodních norem.
- ČSN EN ISO 7726 (833551) Ergonomie tepelného prostředí - Přístroje pro měření fyzikálních veličin.
- ČSN EN ISO 12894 (833552) Ergonomie tepelného prostředí - Zdravotnický dohled nad osobami vystavenými extrémně horkému nebo chladnému prostředí.
- ČSN EN ISO 9920 (833553) Ergonomie tepelného prostředí - Hodnocení tepelné izolace oděvu a odporu oděvu proti odpařování.
- ČSN EN ISO 15265 (833554) Ergonomie tepelného prostředí - Strategie posuzování rizika pro prevenci tepelného stresu nebo diskomfortu v tepelném pracovním prostředí.
- ČSN EN ISO 11079 (833556) Ergonomie tepelného prostředí - Stanovení a interpretace stresu z chladu pomocí potřebné izolace oděvu (IREQ) a místních účinků chladu.
- ČSN ISO 10551 (833558) Ergonomie tepelného prostředí - Stanovení vlivů tepelného prostředí použitím subjektivně určených stupnic.
- ČSN EN ISO 9886 (833559 Ergonomie tepelného prostředí - Hodnocení tepelné zátěže podle fyziologických měření.
- ČSN EN ISO 8996 (833560) Ergonomie tepelného prostředí - Určování metabolizmu.
- ČSN ISO 7243 (833561) Horká prostředí - Stanovení tepelné zátěže pracovníka podle ukazatele WBGT (teploty mokrého a kulového teploměru).
- ČSN EN ISO 7933 (833562) Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného stresu pomocí výpočtu předpovídané tepelné zátěže.
- ČSN EN ISO 7730 (833563) Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu.