Podstawy prawne oceny ryzyka w mikroklimacie gorącym

Podstawą oceny ryzyka występującego w mikroklimacie gorącym jest rozporządzenie ministra pracy i polityki społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU nr 217, poz. 1833) ze zm., z którego wynika m.in., że:

• kryterium zaklasyfikowania środowiska termicznego do obszaru mikroklimatu gorącego stanowi wartość wskaźnika PMV  (przewidywana ocena średnia, patrz [1] ) w zakresie powyżej +2,0


• obciążenie termiczne w mikroklimacie gorącym określa się za pomocą wskaźnika WBGT, wyrażonego w stopniach Celsjusza (°C).   WBGT (wet bub globe temperaturę) wskaźnik służący do oceny średniego wpływu oddziaływania ciepła na człowieka w okresie reprezentatywnym dla jego pracy, z pominięciem obciążeń termicznych bliskich strefom komfortu termicznego i występujących w ciągu krótkich (kilkuminutowych) okresów. Nazwa wskaźnika WBGT pochodzi od nazw mierników wykorzystywanych do jego określania: czujnika do pomiaru temperatury w stanie wilgotnym (wet bulb) oraz czujnika do pomiaru temperatury poczernionej kuli (globe temperaturę).


• wartości WBGT nie mogą przekraczać w ciągu 8-godzinnego dobowego wymiaru czasu pracy wartości dopuszczalnych podanych w tabeli 1. i w normie PN-EN 27243:2005

Tabela 1. Wartości dopuszczalne WBGT [2]
W rozporządzeniu odwołano się d o norm[3-5]. Jak wynika z przytoczonych zapisów, podstawą oceny ryzyka w mikroklimacie gorącym jest wskaźnik WBGT i PN-EN 27243:2005 [2].
_________________________

[1]  [I. Sudoł-Szopińska, A. Chojnacka Określanie warunków komfortu termicznego za pomocą wskaźników PMV i PPD, „Bezpieczeństwo Pracy” 5(428)2007, s. 19-23
[2]  PN-EN 27243:2005 Środowiska gorące. Wyznaczanie obciążenia termicznego działającego na człowieka podczas pracy, oparte na wskaźniku WBGT
[3]  PN-EN ISO 7726:2002 Ergonomia środowiska termicznego. Przyrządy do pomiaru wielkości fizycznych (oryg.)
[4]  PN-EN ISO 8996:2005 Ergonomia środowiska termicznego. Określanie tempa metabolizmu (oryg.)
[5]  PN-EN ISO 13731:2002 Ergonomia środowiska termicznego. Słownictwo i symbole (oryg.)

Ocena obciążenia termicznego pracowników za pomocą wskaźnika WBGT – aspekty praktyczne

Podstawą oceny ryzyka w mikroklimacie gorącym jest norma PN-EN 27243:2005: Środowiska gorące. Wyznaczanie obciążenia termicznego działającego na człowieka podczas pracy, oparte na wskaźniku WBGT. Prawidłowo przeprowadzona ocena obciążenia termicznego pracownika, opierająca się na postanowieniach tej normy, obejmuje trzy etapy. Etap pierwszy stanowi ogólna ocena warunków pracy, dokonywana na podstawie analizy warunków termicznych środowiska pracy i stopnia jej intensywności, wywiadu z pracownikiem służby bhp i pracownikami, a także pomiaru parametrów mikroklimatu tego środowiska. Etap drugi obejmuje określenie, ewentualnie pomiar wydatku energetycznego i izolacyjności cieplnej odzieży ochronnej oraz obliczenie wskaźnika WBGT. W trzecim etapie wartość obliczonego wskaźnika WBGT jest porównywana z wartościami odniesienia (tzn. dopuszczalnymi) WBGT. W artykule omówiono metodę pomiaru wskaźnika obciążenia termicznego WBGT na przykładzie pracy piekarza podczas zmiany roboczej oraz przedstawiono aparaturę badawczą i wszystkie parametry, które należy uwzględnić dokonując oceny ryzyka związanego z pracą w mikroklimacie gorącym.

Wstęp

Jednym z czynników warunkujących efektywną pracę jest komfort cieplny (termiczny) odczuwany przez pracownika [1, 2, 3]. Odczucie komfortu cieplnego ma miejsce w przypadku zrównoważenia ilości ciepła powstającego w organizmie, z ilością oddawaną do środowiska przez: promieniowanie, konwekcję, przewodzenie, nieznaczne pocenie i parowanie z układu oddechowego. W takich warunkach ustrój nie jest przeciążony termicznie [4], Zachwianie równowagi cieplnej powoduje dyskomfort, który jest przyczyną spadku efektywności pracy, jak również może prowadzić do wielu chorób. Liczne eksperymenty potwierdziły, że temperatura środowiska stanowi podstawowy czynnik wpływający na rodzaj i zakres zmian sprawności człowieka w warunkach stresu termicznego [3, 4, 5], Również dyskomfort termiczny - jak wykazały wyniki badań psychologicznych - wykazuje ujemny wpływ, zwłaszcza na jakość pracy. Potwierdzeniem potrzeby zwrócenia baczniejszej uwagi na problematykę dyskomfortu termicznego był opublikowany w grudniu 2005 r. dokument Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy pt. „Prognoza ekspertów nt. fizycznych czynników ryzyka w środowisku pracy". Podkreślono w nim niedostatek badań dotyczących wpływu dyskomfortu termicznego na ogólne samopoczucie pracownika, na jakość pracy i jej bezpieczeństwo [6],

Powszechnie stosowana metoda oceny obciążenia pracowników mikroklimatem gorącym opiera się na wskaźniku WBGT. Pomiar dokonywany w czasie 1 godziny jest zgodny z wytycznymi normy PN-EN 27243:2005, obejmuje bowiem czas reprezentatywny dla danego stanowiska pracy, w którym ważone są wartości WBGT w różnych przedziałach czasowych, odzwierciedlający  zmienne wielkości obciążeń mikroklimatem gorącym i różne wartości wydatku energetycznego w poszczególnych cyklach pracy na danym stanowisku. Wielkości te zostały opracowane na podstawie badań przeprowadzonych z udziałem młodych mężczyzn (np. wartości odniesienia WBGT ustalono w latach 50. na podstawie badań z udziałem żołnierzy Marine Corps Recruit Depot Parris Island stacjonujących w Południowej Karolinie). Należy wziąć pod uwagę, że przedstawione w normie wartości odniesienia WBGT zostały oszacowane dla osoby ubranej w odzież o izolacji termicznej równiej 0,6 clo. Jeśli więc izolacyjność stosowanej odzieży różni się znacznie od wartości podanych jako wartości odniesienia (np. odzież nieprzepuszczająca pary wodnej), będzie to wymagało obniżenia wartości odniesienia WBGT [6]. Jednocześnie, zastosowanie wymagań zawartych w tej normie zapobiega przekroczeniu temperatury wewnętrznej organizmu powyżej 38°C, ale nie gwarantuje zachowania innych kryteriów fizjologicznych, np. odpowiedniej częstotliwości skurczów serca lub ilości wydzielonego potu. W tym artykule zostanie omówiona metoda pomiaru wskaźnika obciążenia termicznego WBGT i jego wartości dopuszczalnych.

Warunki komfortu termicznego

Obciążenie termiczne organizmu zależy od różnicy między ciepłem wytwarzanym przez człowieka w wyniku pracy fizycznej a ciepłem odbieranym przez otaczające go środowisko. W warunkach komfortu termicznego ilość ciepła wytwarzana przez organizm jest równoważona przez ilość ciepła oddawaną do środowiska. Najważniejszymi parametrami  wpływającymi  na stan równowagi cieplnej są, z jednej strony, wydatek energetyczny, tzn. ilość ciepła wytworzona w wyniku przemian metabolicznych, zaś z drugiej - opór przewodzenia ciepła przez odzież, temperatura otaczającego powietrza, średnia temperatura promieniowania, względna prędkość przepływu powietrza oraz ciśnienie cząstkowe pary wodnej w otaczającym powietrzu [2]. W środowisku gorącym, skutkiem zachwiania równowagi spowodowanej utrudnionym oddawaniem ciepła do środowiska, jest gromadzenie w organizmie nadmiaru ciepła, co powoduje jego obciążenie termiczne. Termin „mikroklimat gorący" odnosi się do środowiska termicznego pomieszczeń, w których - zgodnie z definicją podawaną przez Główny Urząd Statystyczny* [Warunki pracy w 2004 r., GUS, Warszawa, 2005, s. 10] - temperatura powietrza oraz względna wilgotność powietrza przekraczają odpowiednio 30 °C i 65%, lub też osoby przebywające w pomieszczeniu narażone są na bezpośrednie oddziaływanie otwartego źródła promieniowania cieplnego (piece hutnicze, odlewnicze itp.). Zbierane na postawie tej definicji dane, zamieszczane w corocznych raportach GUS wskazują, iż od 2000 roku liczba osób pracujących w warunkach mikroklimatu gorącego systematycznie ulega zmniejszeniu (Tabela). Nadal jednak znaczna liczba pracowników jest narażona na duże obciążenie termiczne (tzw. stres termiczny). Może ono prowadzić do odwodnienia, oparzeń, a nawet hipertermii organizmu, skutkującej zaburzeniami czynności przewodu pokarmowego, ośrodkowego układu nerwowego, układu sercowo-naczyniowego, czy też objawiać się przykurczami mięśni szkieletowych [5].



Ocena obciążenia termicznego

Środowisko gorące (określane również jako dyskomfort gorący ogólny lub warunki stresu cieplnego), dla którego równanie bilansu cieplnego ma wartość    dodatnią (następuje akumulacja ciepła w organizmie), rozciąga się powyżej strefy komfortu cieplnego. Podstawą oceny ryzyka w mikroklimacie gorącym jest norma PN-EN 27243:2005: Środowiska gorące. Wyznaczanie obciążenia termicznego działającego na człowieka podczas pracy, oparte na wskaźniku WBGT [6].
Prawidłowo przeprowadzona ocena obciążenia termicznego pracownika, opierająca się na postanowieniach tej normy, obejmuje trzy etapy [5].

Etap I:
• ogólna ocena warunków termicznych pomieszczenia na podstawie analizy warunków termicznych pracy i stopnia jej intensywności, wywiadu z przedstawicielem służby bhp i pracownikami
• pomiar parametrów mikroklimatu środowiska.

Etap II:
• określenie, ewentualnie pomiar metabolicznej produkcji ciepła (wydatku energetycznego)
• określenie, ewentualnie pomiar izolacji cieplnej odzieży ochronnej
• obliczenie wskaźnika WBGT.

Etap III:
• porównanie obliczonego wskaźnika WBGT z wartościami odniesienia (dopuszczalnymi) WBGT
• przedstawienie wyniku przeprowadzonej oceny obciążenia termicznego na danym stanowisku pracy wraz z ewentualnymi wskazówkami odnośnie do koniecznych modyfikacji zmniejszających stres termiczny.

Wskaźnik WBGT jest powszechnie stosowany w krajach europejskich do wyznaczania obciążeń termicznych działających na człowieka w środowisku pracy.
Służy on do oceny średniego wpływu oddziaływania ciepła na człowieka w okresie reprezentatywnym dla jego pracy, z pominięciem obciążeń termicznych bliskim strefom komfortu termicznego i występujących w ciągu krótkich (kilkuminutowych) okresów [6]. W okresach, w których występuje krótkotrwałe (< 20 min) obciążenie termiczne lub obciążenie bliskie strefom komfortu cieplnego, zastosowanie znajdują inne normy, m.in.: PN-EN-08020:1994 Ergonomia. Środowiska gorące. Metoda oznaczania obciążenia termicznego w krótkotrwałym polu promieniowania podczerwonego [w przypadku pracowników ubranych w aluminizowaną odzież) czy PN-EN 12515:2002 Środowiska gorące. Analityczne określanie i interpretacja stresu cieplnego z wykorzystaniem obliczenia wymaganej ilości potu.

Pomiary i obliczenie wskaźnika WBGT

Wskaźnik obciążenia termicznego WBGT został opracowany przez Yaglou oraz Miranda. Termin „WBGT" pochodzi od nazw czujników wykorzystywanych do wyznaczenia wskaźnika [6], czyli czujnika do pomiaru temperatury wilgotnej naturalnej (Wet Bulb) oraz czujnika do pomiaru temperatury poczernionej kuli (Glob Temperature). Metodę pomiaru wartości WBGT można ująć, jak wspomniano wcześniej, w trzy etapy.

ETAP I

Przy określeniu wartości WBGT wymagane są pomiary: temperatury wilgotnej naturalnej temperatury poczernionej kuli t_g, a w przypadku badań na zewnątrz budynku również temperatury powietrza t_a. Wymienione parametry są mierzone za pomocą zestawu czujników przedstawionych na rys. 1. wówczas, kiedy występują maksymalne obciążenia termiczne, tzn. zazwyczaj latem, w połowie dnia.


Rys. 1. Zestaw czujników do pomiaru WBGT

Zmierzone wartości podstawiane są do odpowiedniego, w zależności od miejsca pomiaru, wzoru:

• w pomieszczeniach lub na zewnątrz budynku w przypadku braku nasłonecznienia:



• na zewnątrz budynków, przy nasłonecznieniu:



W przypadku środowiska niejednorodnego pomiary wykonuje się jednocześnie na trzech poziomach reprezentujących wysokość: głowy, brzucha i kostek nóg pracującego człowieka (rys. 2.), a następnie oblicza się wartość średnią ważoną WBGT ze wzoru nr 3.




Rys. 2. Zestaw czujników do pomiaru WBGT w środowisku
niejednorodnym

Jeżeli pracownik znajduje się w pozycji stojącej, pomiary przeprowadzane są na wysokości: 1,7; 1,1 i 0,1 m, licząc od podłoża, jeżeli zaś wykonuje on pracę w pozycji siedzącej, czujniki umieszcza się na wysokości 1,1; 0,6 i 0,1 m. Pomiary te powinny być wykonywane jednocześnie. Istnieje możliwość przeprowadzenia tylko jednego pomiaru, na wysokości brzucha, o ile w poprzednio przeprowadzonym badaniu na danym stanowisku pracy wykazano jednorodność tego środowiska (tj. niejednorodność < 5%). W przypadku określonego stanowiska pracy, zarówno parametry fizyczne środowiska, jak i stopień obciążenia pracą, tj. intensywność pracy wykonywanej w czasie całej zmiany roboczej, mogą ulegać zmianom. W takim przypadku należy wyznaczyć reprezentatywną wartość tych parametrów p. Wylicza się ją na podstawie ciągłych w czasie pomiarów określonego parametru (np. temperatury, wydatku energetycznego), a następnie oblicza się wartość średnią ważoną określonego parametru p za pomocą wzoru nr 4.



gdzie:
p₁, p₂ ... p_n - poziom parametru uzyskany w czasie t₁, t₂, … t_n
t₁ + t₂ + … + t_n = 1h

Pomiary każdego parametru wykonuje się, zgodnie z normą PN-EN 27243:2005, w czasie 1 godziny, zawierającej, w zależności od zmienności warunków środowiska i intensywności pracy, reprezentatywne dla  danego stanowiska cykle pracy, z których każdy obejmuje fazę pracy i odpoczynku (przy założeniu, że pracownik odpoczywa w tych samych warunkach, w jakich pracuje). Postępowanie takie jest zgodne z definicją NDN, ponieważ pozwala na określenie reprezentatywnego obciążenia mikroklimatem, „którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego na dobę i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy, określonego w kodeksie pracy, przez okres aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń".

Dla przykładu, na rysunku 3. zilustrowano zmienność parametru p (w tym przypadku WBGT) w czasie całej zmiany roboczej pracy piekarza Na podstawie wywiadu z piekarzem, dokonano podziału wykonywanej przez niego pracy w ciągu zmiany roboczej na trzy reprezentatywne cykle:

• cykl 1 - w pewnej odległości od pieca (temp. WBGT ok. 18°C)
• cykl 2 - przy piecu (temp. WBGT ok. 28 °C)
• cykl 3 - w pomieszczeniu sąsiadującym z piecem (temp. WBGT ok. 22 °C).

Pomiaru WBGT w odniesieniu do każdego z cyklu dokonano w czasie 20 minut, niezbędnym - ze względu na bezwładność czujnika - do uzyskania wyniku z poczernionej kuli. Na rysunku 3. linią ciągłą zaznaczono zmienność obliczonej wartości WBGT w czasie trzech przedstawionych cykli pracy. natomiast linią przerywaną oznaczono wartość średnią ważoną WBGT odnoszącą się do skumulowanego czasu równego 1 h.

ETAP II

W celu wyznaczenia obciążenia termicznego za pomocą wskaźnika WBGT (tj. wartości odniesienia WBGT, etap III), należy w dalszej kolejności oszacować wartość metabolizmu, czyli wydatku energetycznego ponoszonego przez przykładowego piekarza w każdym analizowanym cyklu pracy. Wielkość ta informuje o produkcji ciepła w organizmie pracownika podczas wykonywania pracy o określonym stopniu intensywności. W normie PN-EN 27243:2005 zostały określone w formie tabeli poszczególne klasy intensywności pracy wraz z odpowiadającymi im wartościami metabolizmu (W/m² oraz W).

Wykorzystując te wartości i dane z wywiadu z piekarzem, poszczególnym cyklom jego pracy przyporządkowano odpowiednie wartości poziomu metabolizmu (rys. 4.).

Kolejna tabela w normie PN-EN 27243:2005 zawiera wartości odniesienia WBGT, przyporządkowane do określonych klas metabolizmu. Do wyboru wartości odniesienia WBGT niezbędna jest dodatkowo informacja o zaaklimatyzowaniu lub braku aklimatyzacji danego pracownika do pracy w gorącu oraz o odczuwaniu lub nieodczuwaniu przepływu powietrza przez pracownika na stanowisku pracy. Fakt aklimatyzacji ma istotne znaczenie w odniesieniu do przyjmowanej wartości odniesienia WBGT, powoduje bo wiem zwiększenie wartości dopuszczalnych WBGT (rys. 5.):

-  o 1 °C dla pracowników wykonujących lekką pracę (spoczynek i swobodna pozycja siedząca lub pozycja stojąca)
-  o 2 °C dla osób pracujących z umiarkowanym natężeniem (długotrwała praca dłonią i ramieniem, pchanie lub ciągnięcie lekkich wózków lub taczek)
-  i aż o 3 - 5 °C dla pracowników wykonujących bardzo intensywną pracę.



Dla wartości metabolizmu, ustalonych na podstawie wizji lokalnej lub wywiadu z przedstawicielem służby bhp lub pracownikiem, albo zmierzonych bezpośrednio na stanowisku pracy za pomocą specjalistycznej aparatury, w normie PN-EN 27243 określono dopuszczalne wartości odniesienia WBGT, a więc takie, na które mogą być narażone prawie wszystkie osoby bez żadnych szkodliwych skutków, pod warunkiem, że nie wykazywały one uprzednio żadnych objawów chorobowych.

Jak wynika z hipotetycznej sytuacji, stanowiącej model do rozważań w przedstawionym przykładzie, piekarz wcale nie pracuje z największą intensywnością w warunkach największego obciążenia termicznego, największy wydatek energetyczny ponosi on w trzecim analizowanym cyklu, przy jednocześnie najniższej temperaturze WBGT, zaś największe obciążenie termiczne występuje w cyklu drugim, w którym nie pracuje on z dużą intensywnością (rys. 3. i 4.).






ETAP III

W ostatnim etapie analizy, obliczona (ze wzorów 1., 2., 3. Iub 4.) średnia ważona wartość WBGT na stanowisku pracy jest porównywana z odpowiednią dla danego wydatku energetycznego wartością odniesienia WBGT [1,6]. Ma to na celu określenie, czy zmierzona nadanym stanowisku pracy wartość WBGT (etap I), w odniesieniu do konkretnej osoby pracującej z określoną intensywnością (wydatkiem energetycznym, etap II), mieści się w bezpiecznym przedziale, tj. zapewniającym wartości NON poniżej dopuszczalnych, czy też wartość ta przekracza dopuszczalną wartość WBGT.

W przypadku przekroczenia wartości dopuszczalnych konieczne jest zastosowanie odpowiednich działań w celu zmniejszenia obciążenia. W takiej sytuacji równie ważne jak aklimatyzacja pracowników jest zapewnienie odpowiedniego cyklu praca odpoczynek, co może pozwolić na istotne obniżenie wartości WBGT. Podane w normie PN-EN 27243:2005 krzywe wartości odniesienia wskaźnika WBGT, ustalone dla różnych cykli praca odpoczynek, mogą ułatwić odpowiednią reorganizację pracy. Dokument ten dodatkowo określa rozwiązania mające na celu zmniejszenie obciążenia termicznego na stanowisku pracy. W praktyce, może odbywać się to przez zastosowanie procesów produkcyjnych emitujących mniejsze ilości ciepła, instalację podwieszonych, wentylowanych stropów oraz maszyn i urządzeń, które nie pogarszają parametrów środowiska powietrznego i nie stanowią źródeł emisji ciepła, automatyzację procesów technologicznych, izolowanie urządzeń będących źródłami ciepła(umieszczanie ich w oddzielnych pomieszczeniach lub na zewnątrz), chłodzenie, ekranowanie (ekrany wodne, osłony z materiałów izolacyjnych lub chłodzących, z płyt aluminiowych lub metalowych z folią aluminiową, szkła absorpcyjnego), ekranowanie z wymiennikami ciepła (chłodzenie wewnętrzne ekranu powietrzem lub wodą), miejscową wentylację nawiewną lub klimatyzację. W pomieszczeniach, w których nie ma możliwości zastosowania takich środków technicznych, stosuje się zmniejszenie czasu ekspozycji pracowników na działanie ciepła, odpowiednią odzież ochronną, odzież wentylowaną lub schładzaną, stwarza możliwości odpoczynku w klimatyzowanych pomieszczeniach. W czasie zmiany roboczej pracownicy muszą mieć zagwarantowane napoje. Uzupełnianie płynów zapobiega odwodnieniu organizmu, groźnemu dla układu krążenia.

Podsumowanie

WBGT jest wskaźnikiem łatwym do zastosowania na stanowisku pracy i umożliwia szybką ocenę obciążenia mikroklimatem gorącym. Niewątpliwie dokładniejszym wskaźnikiem obciążenia mikroklimatem gorącym będzie obliczenie niezbędnej ilości potu na podstawie równania bilansu wymiany ciepła między człowiekiem a środowiskiem [8], czy np. postępowanie wg normy PN-EN ISO 15265:2005 (U) [9] przedstawiającej 3-stopniową strategię dotyczącą oceny i interpretacji ryzyka dyskomfortu lub zaburzeń fizjologicznych występujących w określonych warunkach termicznych środowiska. Należy mieć tylko nadzieję, że potrzeba zapewnienia komfortu termicznego przestanie być postrzegana w kategoriach luksusu, a przyszłe działania w obszarze bhp będą koncentrowały się na tym tak przecież znanym od lat czynniku fizycznym w równym stopniu, jak nad nowymi zagrożeniami pojawiającymi się w środowisku pracy.

PIŚMIENNICTWO