На основе научного, системного подхода будут рассмотрено нормирование техногенных опасностей при проектировании и эксплуатации технических систем (машин, оборудования), технологических процессов и производственных помещений.

Техногенные опасности – это опасности, которые возникают в процессе функционирования технических объектов по причинам, связанным  с деятельностью человека, обслуживающего эти объекты.

 По природе воздействия на человека на рабочем месте техногенные опасности нормируются соответствующими ГОСТами и подразделяются на пять групп (см. табл. 1.2): механические, физические, химические, биологические и психофизиологические.

Группа механических факторов возникает из-за неисправностей и дефектов в технических системах, неправильного их использования. Неисправности машин и нарушения режимов работы технических систем приводят к возникновению травмоопасных ситуаций. Эта группа факторов действует спонтанно и кратковременно в ограниченном пространстве, и возникают при катастрофах и авариях, при взрывах и внезапных разрушениях  зданий и сооружений.

Группа физических факторов в свою очередь подразделяется на следующие подгруппы: температура поверхностей оборудования, материалов; температура, влажность, подвижность воздуха, его ионизация, запылённость и загазованность; уровни шума, вибрации, инфразвуковых колебаний, ультразвука, статического электричества, электромагнитных излучений, напряженности электрического и магнитных полей; опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека; естественная и искусственная освещенность; яркость света; прямая и отражённая блескость; пульсация светового потока; контрастность; уровень ультрафиолетовой и инфракрасной радиации (рис. 5).

 

Рис. 5. Параметры основных физических факторов техносферы

Группа химических факторов подразделяется по характеру воздействия на организм человека-оператора: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные и влияющие на репродуктивную функцию и по пути проникновения  в организм человека: через дыхательные пути, пищеварительную систему и кожный покров.

Группа биологических факторов включает биологические объекты, воздействие которых на работающих вызывает травмы или заболевания: микроорганизмы (бактерии, вирусы, спирохеты, грибы, простейшие и др.), микроорганизмы (растения и животные).

Группа психофизиологических факторов по характеру воздействия подразделяются на следующие подгруппы: физические перегрузки (статические и динамические), гиподинамию, нервно-психические перегрузки (умственное перенапряжение и перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Техногенные аварии чаще происходят в угольной, нефтегазовой, химической и металлургической отраслях промышленности, геологоразведке, на объектах котлонадзора, на транспорте, а также газового и подъёмно-транспортного хозяйства. Наибольшую опасность представляют аварии и катастрофы на объектах ядерной энергетики и химического производства.

Обеспечение нормального микроклимата и воздушной среды на производстве.
 Комфортное состояние производственной среды определяется оптимальными показателями микроклимата по ГОСТ 12.1.005-88 «ССПТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей среды», СанПиН 2.2.4.584-96 и соблюдением нормативных требований к освещению по СанПиН 23-05-95. Параметры микроклимата в рабочей зоне должны соответствовать оптимальным (зона наивысшего комфорта) или допустимым микроклиматическим условиям (некомфортная зона). В зоне наивысшего комфорта обеспечивается нормальное функционирование организма человека без напряжения механизмов терморегуляции. В некомфортной зоне (при допустимых микроклиматических условиях) возможно, некоторое напряжение системы терморегуляции без нарушения здоровья человека.

Параметры температуры, относительной влажности, объёмов обмена и скорости движения воздуха нормируются с учётом тяжести физического труда: лёгкая, средняя и тяжёлая работа. Для контроля параметров микроклимата используются приборы: термометры, термограф и парный термометр; актинометр при замерах напряженности излучений; психрометр или гидрограф при измерении относительной влажности; анемометр или кататермометр для замеров скорости движения воздуха. Вышеуказанные параметры микроклимата производственной среды обеспечиваются путём применения промышленной вентиляции и отопления.

Вентиляция – это организованный воздухообмен, обеспечивающий удаление загрязнённого воздуха и подачу вместо него свежего воздуха.

Вентиляция может быть естественной и механической, что зависит от способа перемещения воздуха. При естественной вентиляции перемещение воздушных масс осуществляется благодаря разности давлений снаружи и внутри здания. От величины объёма вентилируемого помещения различают общеобъёмную и местную вентиляцию. Общеобъёмная вентиляция обеспечивает удаление воздуха из всего объёма помещения. Местная вентиляция обеспечивает замену воздуха в месте его загрязнения. По способу действия различают вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также аварийную. Аварийная вентиляция предназначена для устранения загазованности помещения в аварийных ситуациях.

При механической вентиляции воздух подаётся в производственные помещения или удаляется из них по системам вентиляционных каналов с использованием специальных механических побудителей (вентиляторов). Системы механической вентиляции также подразделяются на общеобменные, местные, аварийные и системы кондиционирования. По сравнению с естественной вентиляцией механическая имеет некоторые преимущества: возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; имеет большой радиус действия; подвергать вводимый в помещение воздух предварительной очистке, увлажнению или осушке, охлаждению и подогреву; улавливать вредные выделения непосредственно на местах их образования; очищать загрязнённый воздух перед выбросом его в атмосферу.

В качестве недостатка механической вентиляции необходимо указать высокую стоимость её сооружения и эксплуатации, а также необходимость проведения мероприятий по снижению шума.

К вентиляции независимо от её типа предъявляются следующие общие требования: объём приточного воздуха должен равняться объёму вытяжного воздуха; элементы системы вентиляции должны быть правильно размещены в помещении; потоки воздуха не должны поднимать пыль и не должны вызывать переохлаждения работающих; шум от системы вентиляции не должен превышать ПДУ.

Потребный воздухообмен, то есть объём  воздуха помещения, заменяемый в единицу времени L (м/ч) определяется в соответствии со СНиП 2.04.05-86 расчётным путём из условий удаления из воздуха помещения избыточных вредных веществ, теплоты и влаги[10]:

1) при выделении в воздух помещения вредных веществ:

L = Lрз + [М - Lрз (Срз - Сп)] / (Сух - Сп),                         (4)

где Lрз – количество воздуха, удаляемого местной вентиляцией, м/ч; М – количество вредных веществ, поступающих в помещение, мг/м; Срз, Сп, Сух – соответственно концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом местной вентиляцией, подаваемом в помещение и уходящем из него, мг/м;

2) при удалении избыточной явной теплоты, повышающей температуру воздуха:

L = Lрз + [3,6Он – 1,2Lрз (Трз - Тп)] / 1,2(Тух - Тп),          (5)

где Он – избыточная явная теплота в помещении, Дж/с;

Трз, Тп, Тух – соответственно температура воздуха, удаляемого местной вентиляцией, подаваемого в помещение и уходящего из него, 0С;

3) при удалении избытка влаги:

L = Lрз + [W – 1,2Lрз (dрз - dп)] / 1,2(dух - dп),                 (6)

где W – избыток влаги в помещении, г/ч; dрз, dп, dух – соответственно влагосодержание воздуха, удаляемого местной вентиляцией, подаваемого в помещение и уходящего из него, г/кг.

При расчёте механической вентиляции, кроме определения конфигурации вентиляционной системы с учётом плана производственного помещения, устанавливается:

1. Величина проходного сечения воздуховодов  (F), скорость движения воздуха (V) в воздуховодах принимается  6-10 м/с:

F = L / (3600V),                                                               (7)

где – L – потребный воздухообмен, м/ч.

2. Потери давления в воздуховодах на участке воздуховода (Pобщ j):

Pобщ j = Pтр j + Pм j ,                                                                      (8)

где Pтр j – сопротивление на преодоление сил трения воздуха при перемещении по воздуховодам; Pм j – местное сопротивление воздуховодов.

Общие потери в сети воздуховодов (Pобщ) составят сумме потерь на всех участках воздуховодов (j).

3. Полное давление (Р), которое должно создаваться вентилятором, принимается Р =  Pобщ, а производительность вентилятора (G, м/ч) G = L.

4. Потребная мощность электродвигателя вентилятора (N):

N = G р К / (3,6 . 106 qб qр),                                                         (9)

где К – коэффициент запаса мощности электродвигателя (1,05-1,5);  р – потери полного давления в сети, Па; qб, qр – КПД вентилятора и передачи от электродвигателя к вентилятору.

Расчёт естественной вентиляции осуществляется в соответствии со СНиП 2.04.05-86 и заключается в определении площадей вентиляционных проёмов здания, он включает следующие этапы:

 

1. Устанавливается направление движения воздуха с учётом типовых рекомендаций и расчётная схема параметров (рис. 6).

 

2.      Определение скорости движения воздуха (v, м/с) в нижнем проёме:

v = [h(ун - ув)g / рн ],                                                      (10)

где h – расстояние между центрами нижнего и верхнего проёмов, м;

ун , ув – соответственно плотность наружного и внутреннего воздуха,  кг/м.

3. Определение площади (F1, м2) нижних вентиляционных проёмов:

F1 = L/(м1 v 1),                                                                            (11)

где м1 – коэффициент расхода воздуха через нижние проёмы, равный 0,15 – 0,65.

4. Определение потери давления (Н1, Па) в нижних проёмах:

Н1 = v 12 рн/2.                                                                      (12)

5. Определение избыточного давления (Н2, Па) в верхних проёмах:

Н2 = Нг – Н1,                                                                      (13)

где Нг – гравитационное давление воздуха, Па,

Нг = h(рн – рв)g,                                                                 (14)

6. Определение площади (F2, м2) верхних вентиляционных проёмов:

F2 = L/(м2 v 2) = L/.                                                  (15)

 где м2 -   расхода воздуха через верхние проёмы.

Система отопления в производственных помещения необходима там, где тепловые потери (Qп) превышают выделение теплоты от технологического оборудования (Q). Для обогрева помещений используют воздушные, водяные, паровые, электрические системы отопления.

Кондиционирование воздуха – это автоматическая обработка  воздуха с целью необходимого обеспечения метеорологических условий в помещении, включая температуру, влажность и другие параметры воздушной  окружающей среды.

По видам освещение подразделяется на искусственное, естественное и совмещённое. Освещение в помещениях регламентируется СНиП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном.

 Искусственное освещение создаётся электрическими источниками света (лампы накаливания и газоразрядные лампы) и применяется в темное время суток. Искусственное освещение бывает общим (равномерное освещение всего помещения), локализованным (расположение источников света с учётом размещения рабочих мест), комбинированным (сочетание двух первых видов). Кроме того, предусматривается аварийное освещение (используется при внезапном отключении рабочего освещения).

Естественное освещение в зависимости от расположения световых проёмов (фонарей) может быть верхним, боковым и комбинированным. По функциональному назначению этот вид освещения подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое, в свою очередь, может быть дежурным, охранным, эвакуационным, бактерицидным и др.

Совмещённое освещение используется  при выполнении работ наивысшей точности и когда недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

По конструктивному исполнению осветительные установки должны быть просты и удобны в эксплуатации, долговечны, отвечать требованиям технической эстетики и электробезопасности. Необходимо применять защитное заземление или зануление, ограничивать напряжение питания местных и переносных светильников, защищать элементы осветительных сетей от механических повреждений.

В производственных помещениях освещённость должна быть не менее 150 лк, в учебных кабинетах, аудиториях и лабораториях уровень освещённости на рабочих местах – не менее 300 лк, непосредственно на классной доске 500 лк. Аварийное освещение внутри здания должно быть не менее 2 лк. Минимальная норма освещения на полу основных проходов, на лестничных площадках, а также охранного освещения должна быть не менее 0,5 лк. Величина освещенности контролируется люксметром.

При расчёте искусственного производственного освещения необходимо выбрать тип источника света, систему освещения, вид светильника, определить число светильников и мощность ламп. Для расчёта равномерного освещения применяется метод коэффициента использования светового потока, а при расчёте освещённости общего локализованного и местного освещения применяют точечный метод[11].

В методе коэффициента использования расчёт светового потока (F, лм) источника производится по формуле:

F = Eн SZKз / (nqн),                                                                (16)

Eн – нормативная освещённость, лк;

S – площадь освещаемого помещения, м2 ;

 Z – коэффициент неравномерности освещения, обычно Z = 1,1…1,2;

Kз – коэффициент запаса, зависящий от технологического процесса и типа применяемого источника света, Kз = 1,3…1,8;

n – число светильников в помещении;

qн – коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока определяется  в зависимости от индекса помещения (i) и коэффициента отражения потока, стен и пола (р) по специальной таблице.

Индекс помещения рассчитывается по формуле:

i = АВ / [Н(А+В)],                                                                          (17)

где А и В – соответственно длина и ширина помещения в плане, м;

Н – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м.

При расчёте освещённости общего локализованного и местного освещения применяют точечный метод. В основу расчёта положено уравнение:

ЕА = I cos/ r2 (лк),                                                 (18)

ЕА – освещённость горизонтальной поверхности в расчётной точке А;

I - сила света в направлении от источника к расчётной точке А;

 - угол, образованный нормалью к освещаемой поверхности и падающим на поверхность лучём в точке А; r – расстояние от светильника до точки А, м.

Естественное освещение обеспечивается через световые проёмы  и зависит от многих объективных факторов: времени года и дня, географического положения, погоды и др. Основной характеристикой естественного освещения служит коэффициент естественного освещения (КЕО, обозначается через «е»), определяется как отношение естественной освещенности внутри здания (ЕВ) к одновременно измеренной наружной освещенности горизонтальной поверхности (ЕН):

е = ЕВ / ЕН,                                                                                    (19)

При определении потребных площадей световых проёмов используются зависимости:

а) для бокового освещения (площадь окон):

So = Sп eн hо K /  or1100,                                                           (20)

б) для верхнего освещения (площадь световых фонарей):

Sф = Sп eн hф /  or2100,                                                               (21)

где  Sп – площадь пола, м2; eн – нормированное значение КЕО;

hо,hф – соответственно световая характеристика окон и световых фонарей;

К – коэффициент затенения окон противоположными зданиями;

r1, r2 – коэффициенты, учитывающие повышение КЕО при боковом и верхнем освещении благодаря свету, отражённому от поверхностей помещения;

о – общий коэффициент светопропускания светопроёмов.

В производственной среде цветовое оформление оборудования и помещения используется как средство информации и ориентации, как фактор психологического комфорта и как композиционный элемент.

При выборе цвета, цветовом оформлении интерьера нужно руководствоваться указаниями по рациональной цветовой отделке поверхностей производственных помещений и технологического оборудования ГОСТ 26568-85 и ГОСТ 12.4.026-76 ССБТ.

Согласно  ГОСТ 12.4.026-76 «Цвета сигнальные», красный цвет должен использоваться для предупреждения о явной опасности, запрещении, жёлтый предупреждает об опасности, обращает внимание, зелёный цвет означает предписание, безопасность, синий информацию. В жёлтый цвет окрашиваются тележки электрокары, подъёмные механизмы жёлтыми полосами на чёрном фоне, противопожарное оборудование окрашивается в красный цвет. В различные цвета окрашиваются трубопроводы, баллоны: воздухопроводы в голубой, воздухопроводы для технической воды в чёрный, маслопроводы в коричневый, баллоны для кислорода в голубой, баллоны для углекислого газа в чёрный. Этим же ГОСТом введены знаки безопасности: запрещающие – красный круг с белой полосой; предупреждающие – жёлтый треугольник с нанесённой на ней опасностью; предписывающие – зелёный круг, внутри которого помещён белый квадрат с предписывающей информацией; указательные – синий прямоугольник с белым квадратом в середине.

Эргономика – (с греческого означает «эргон» - работа, «номос» - закон) научная дисциплина, изучающая функциональные  возможности человека в трудовых процессах, связанной с использованием машин с целью создания для него оптимальных условий труда в системе ЧМС. С целью обеспечения оптимальных условий труда необходим комплексный подход ко всей системе ЧМС, поэтому эргономичность техники является наиболее обобщенным показателем свойств среди других показателей техники.

Инженерная психология – научная дисциплина, исследующая закономерности информационного взаимодействия человека и техники для проектирования, создания и эксплуатации системы ЧМС. Инженерная психология изучает процессы приема, хранения, переработки реализации информации человеком. С учётом закономерностей психических, психофизиологических процессов и свойств человека она определяет требования к техническим системам (машинам) и построению систем ЧМС, а также требования к свойствам человека-оператора.

В числе обобщенных показателей деятельности оператора и систем ЧМС инженерная психология использует эффективность, надежность, точность, быстродействие.

Научную базу знаний эргономики составляют анатомия, физиология и психология, а анатомия, в свою очередь, составляет теоретическую основу антропометрии и биомеханики.

Антропометрия - осуществляет измерение человека, что позволяет получить данные, необходимые для правильного расположения органов управления и определения размеров рабочих пространств. Важным моментом при этом является определение границ колебаний размеров, в которых учитывается потребный объем выборки, выражаемый в перцентилях (сотая доля объёма измерений совокупности людей, которой соответствует определённое значение антропометрического признака). Так, 90-й перцентиль представляет результаты измерений, показывающих, что 90% измеряемой группы имеют определенные размеры меньше, а 10% больше средних для данной группы. Так на практике любая конструкция рассчитывается на 90% населения.

Биомеханика – занимается  изучением приложения сил телом  человека и даёт рекомендации по эффективному приложению силы: усилие должно создаваться массой тела, а не мышц; наиболее полно должны использоваться мышцы, передвигающие сустав вокруг его центрального участка.

Физиология в эргономике позволяет сформулировать закономерности процесса воспроизводства энергии организмом человека. Вырабатываемая энергия организмом оценивается по потреблению им кислорода (О2) через вдыхаемый  воздух. Психология вносит в эргономику теорию деятельности человека, основанную на информационной модели человека-оператора; теорию обучения и теорию организации, связанную с проектированием выполняемой работы.