6-8. Mikroklimat

dr Krzysztof Sołtyński , dr Anna Marszałek - Centralny Instytut Ochrony Pracy- Państwowy Instytut Badawczy

6-8.4. Środowisko zimne

Poniżej strefy komfortu cieplnego (PMV £ -2), w zakresie pola niskiej temperatury zarówno powietrza, jak i promieniowania, rozciąga się obszar warunków klimatycznych, dla których równanie bilansu cieplnego, obliczone wyłącznie na podstawie wymiany konwekcyjnej i przez promieniowanie, ma wartość ujemną. Warunki te będziemy określać dalej jako środowisko zimne, warunki stresu cieplnego lub, biorąc pod wagę obciążenie ustroju w tych warunkach, dyskomfort zimny ogólny.

Powstanie stresu termicznego zimnego może mieć również inne przyczyny. Nierównowagę bilansu cieplnego wywołuje na przykład obniżenie metabolizmu i zmiana szybkości przepływu powietrza, gdy jego temperatura jest niższa od średniej temperatury skóry.

Niezależnie od przyczyny powodującej powstanie stresu termicznego zimnego, odpowiedzią termoregulacyjną ze strony ustroju człowieka jest skurcz naczyń krwionośnych skóry, wywołujący zmniejszenie skórnego przepływu krwi i przewodnictwa cieplnego tkanek powierzchniowych oraz zwiększenie wytwarzania ciepła (fol.8) .



fol. nr 8

Oba te mechanizmy mają na celu utrzymanie homeostazy termicznej ustroju, a ich działanie powoduje wiele wtórnych zmian czynnościowych ze strony różnych narządów i układów. Należą do nich przede wszystkim zmiany w objętości i rozmieszczeniu płynów ustrojowych, w czynnościach nerek i inne.

Organizm, podporządkowany prawu zachowania stałej ciepłoty, nie może oczywiście sprostać każdym obciążeniom ze strony środowiska. Podobnie jak w przypadku środowiska gorącego, skutki działania środowiska zimnego należy ściśle wiązać z czasem jego oddziaływania, a temperatura skóry, spadek temperatury wnętrza ciała i ubytek ciepła są czułymi wskaźnikami ujemnego obciążenia termicznego organizmu i wyznaczają granice tolerancji niekorzystnego wpływu środowiska na organizm człowieka.

Zimny stres miejscowy jest oceniany za pomocą wskaźnika siły chłodzącej powietrza WCI (wind chill index). Oznaczenie wskaźnika WCI jest konieczne do oceny miejscowego chłodzenia ciała, np. powierzchni twarzy, rąk. Wraz ze wzrostem wartości tego wskaźnika rośnie niebezpieczeństwo (ryzyko) odmrożenia.

Środowisko zimne powoduje również chłodzenie całego ciała, czyli hipotermię, i dlatego w tym mikroklimacie należy stosować odzież ciepłochronną. Wymaganą ciepłochronność odzieży IREQ (required clothing insulation) określa się w jednostkach clo, w zależności od szybkości metabolicznej produkcji ciepła i parametrów środowiska zewnętrznego. Zastosowanie wymaganej ciepłochronności odzieży ma zapobiegać hipotermii i obniżeniu wewnętrznej temperatury ciała nie więcej niż o 1,0 °C, czyli do 36,0 °C [10, 11, 13, 17].

Na koniec warto zauważyć, że do oceny ryzyka związanego z obciążeniem cieplnym, do oznaczania najwyższego dopuszczalnego obciążenia organizmu (NDN) [14] środowiskiem zimnym i gorącym oraz do skorzystania z postanowień wszystkich normatywów higienicznych dotyczących oceny stresu zimnego [17], gorącego [16, 18], bądź wyznaczania strefy komfortu cieplnego [15], wymagana jest metaboliczna produkcja ciepła i wartość izolacyjności cieplnej odzieży, na równi z parametrami fizycznymi środowiska.

W szczególnych przypadkach, odzież ochronna (przewidziana do stosowania w temperaturze powietrza –50 oC) powinna wykazywać zgodność z dyrektywą (89/686/EWG) [1] oraz posiadać znak bezpieczeństwa (CE) uzyskany na podstawie testowania, zgodnie z normami Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego (CEN) dotyczącymi środków ochrony indywidualnej (odnosi się to między innymi do obowiązku oceny izolacyjności cieplnej odzieży na manekinie termicznym).

Izolacyjność cieplną odzieży wyznacza się w wyniku bezpośrednich pomiarów strat ciepła i temperatury na powierzchni manekina ubranego w badaną odzież. Podstawową zasadą konstrukcji manekinów termicznych, wykorzystywanych do badań izolacyjności cieplnej odzieży, jest ich zdolność do uzyskania i utrzymania temperatury powierzchniowej na poziomie temperatury skóry człowieka, w warunkach komfortu cieplnego, przy ustalonej aktywności.

Manekin umieszcza się w komorze klimatycznej w temperaturze niższej od komfortowej o ok. 20 °C i czeka na uzyskanie równowagi cieplnej z otoczeniem, czyli środowiskiem w komorze klimatycznej, scharakteryzowanym temperaturą powietrza (Ta). Gdy manekin uzyska równowagę cieplną z otoczeniem, tzn. gdy ustali się temperatura powierzchni manekina Tpm i jego straty ciepła H, wówczas określa się izolacyjność odzieży (IT) na podstawie zależności:

IT = Tpm - Ta /H (3)

Według postanowień normy PN-EN ISO 9920 (U) [20], manekin stosowany w badaniach izolacyjności cieplnej odzieży powinien mieć wymiary standardowego człowieka i powinien być umieszczany w komorze klimatycznej w pozycji stojącej

Stres zimna jest określany w dwóch zakresach jako chłodzenie ogólne, obejmujące całe ciało oraz chłodzenie lokalne dotyczące szczególnych części ciała tzn. kończyn i twarzy.
Środowisko zimne może powodować wychłodzenie całego ciała, czyli hipotermię, i dlatego w takim środowisku termicznym należy stosować odzież ciepłochronną.
Aby wyznaczyć poziom ogólnego chłodzenia ciała opracowano analityczną metodę, która jest określona w normie PN-EN ISO 11079:2008 [17]. Metoda ta jest oparta na obliczeniu wymiany ciepła między ciałem i otoczeniem. W celu utrzymania równowagi cielnej ciała metoda wyznacza wymaganą izolacyjność cieplną odzieży (IREQ), jaka powinna być zapewniona osobie eksponowanej na zimne środowisko o określonych parametrach.


Wymaganą izolacyjność odzieży IREQ (required clothing insulation) określa się w jednostkach clo, w zależności od szybkości metabolicznej produkcji ciepła i parametrów środowiska termicznego. Zastosowanie wymaganej izolacyjności odzieży ma zapobiegać hipotermii i obniżeniu wewnętrznej temperatury ciała nie więcej niż o 1,0 °C, czyli do 36,0 °C [10, 11,13,17]..
Lokalne chłodzenie każdej części ciała, w tym rąk, stóp i głowy, może wywołać dyskomfort, pogorszenie zdolności do pracy fizycznej i umysłowej lub uszkodzenia ciała. Aktualny stan wiedzy jest niewystarczający do opracowania pojedynczej metody oceny, dlatego zaproponowano kilka metod szczegółowych.
Środowisko termiczne w pomieszczeniach jest stosunkowo łatwe do modyfikacji za pomocą technik inżynieryjnych. Osoba wykonująca lekką, stacjonarną pracę jest wrażliwa na nieprzyjemne efekty lokalnego chłodzenia, powodowane przez przeciąg lub radiacyjne straty ciepła w kierunku zimnych powierzchni. W takich przypadkach szczególnie ważna jest ocena dyskomfortu cieplnego.


Zimne środowisko na otwartej przestrzeni jest wyznaczane przez stan pogody i klimat, a także środki ochronne, do których należą odzież ciepłochronna i kontrola ekspozycji.


Wyróżniamy następujące typy lokalnego chłodzenia:

- chłodzenie konwekcyjne (chłodzenie wiatrem);
- chłodzenie przez przewodzenie;
- chłodzenie kończyn oraz
- chłodzenie dróg oddechowych.


Wszystkie typy lokalnego stresu zimna mogą wystąpić równocześnie lub niezależnie od siebie.


Na otwartej przestrzeni ruch powietrza wywoduje efekt chłodzenia skóry. Ten efekt może być wyrażony za pomocą temperatury chłodzenia wiatrem (wind chill temperature, tWC).

Kontakt z zimnymi powierzchniami wywołuje natychmiastowa wymianę ciepła między skórą i zimną powierzchnią. Ryzyko powstania nieprzyjemnego chłodzenia tkanki lub uszkodzeń spowodowanych chłodem może być ocenione zgodnie z normą PN-EN ISO 13732-3:2009 [22]..


Zapobieganie chłodzeniu kończyn lub jego zmniejszenie przez zastosowanie odpowiednich ochron tzn. rękawic lub obuwia. Metoda określająca izolacyjność cieplną rękawic jest opisana w normie PN-EN 511:2006 [23]..

Wdychanie powietrza o niskiej temperaturze powoduje wychłodzenie błon ścian dróg oddechowych i może być szkodliwe dla tkanki. Chłodzenie takie jest silniejsze, gdy wdychane są duże porcje powietrza, np. podczas wykonywania ciężkiej pracy fizycznej. Norma PN-EN ISO 11079:2008 podaje zalecenia odnoszące się do zabezpieczania organizmu przed skutkami wdychania zimnego powietrza.