Pracownia Obciążeń Termicznych - Projekty
Wykaz Projektów
Streszczenie

Opracowanie modelu obciążenia cieplnego organizmu człowieka przebywającego w warunkach środowiskowych odpowiadających głęboko położonym oddziałom kopalni węgla i miedzi

Kierownik projektu: dr inż. Andrzej Sobolewski

Streszczenie projektu:

Celem projektu było opracowanie modelu obciążenia cieplnego organizmu człowieka przebywającego w warunkach środowiskowych odpowiadających głęboko położonym oddziałom kopalni węgla i miedzi. Ma on służyć do oceny obciążenia cieplnego organizmu człowieka w warunkach środowiska gorącego kopalni w zakresie zmienności temperatury 30÷50°C z występującą równocześnie wysoką wilgotnością względną powietrza otaczającego. 

Do oceny obciążenia cieplnego człowieka przebywającego i pracującego w środowisku gorącym wykorzystywana jest norma PN-EN ISO 7933:2005. Przyjęty w niej model wymiany ciepła między organizmem a otoczeniem oparty jest na równaniu bilansu cieplnego i posłużył do opracowania programu obliczeniowego PHS (Predicted Heat Strain). Jest on przeznaczony do oceny obciążeń cieplnych oddziałujących na człowieka pracującego w środowisku gorącym. Norma PN-EN ISO 7933 dopuszcza górną granicę ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu równą
4,5 kPa, natomiast na poziomie wydobycia w kopalniach głębokich w warunkach naturalnych ciśnienie pary wodnej może osiągać 8 kPa. Wykorzystanie programu komputerowego PHS do prognozy obciążeń w występujących i przewidywanych naturalnych warunkach klimatycznych kopalni głębokich wymaga uprzedniej weryfikacji wyników obliczeń z wynikami badań uzyskanych z udziałem ochotników w realnych lub sztucznie odtworzonych warunkach mikroklimatu kopalni. W ramach realizacji projektu przeprowadzono taką weryfikację. Wykorzystano do niej wyniki uzyskane podczas prac badawczych prowadzonych w CIOP-PIB w latach 2008–2016. Weryfikacji poddano wyniki otrzymane z badań przeprowadzonych w warunkach:

–      ta = 18oC, 23oC, 28oC, RH = 50%, V = 0,5 m/s przy obciążeniu uczestników badań mocą
        W = 0, 25, 50 W/m²

–      ta = 35oC, 42oC, RH = 80%, V = 0,5 m/s przy obciążeniu uczestników badań mocą
        W = 30W (14,3 W/m²)

–      ta = 32oC, 38oC, RH = 85%, V = 1 m/s przy obciążeniu uczestników badań mocą W = 29 W/m².

Przedmiotem porównania były funkcje empiryczne opisujące zmienności w czasie τ temperatury: powierzchni skóry człowieka tsk(τ) oraz wnętrza ciała człowieka tre(τ); tab(τ) z funkcjami zmienności w czasie wartości prognozowanych Tsk(τ); Tab(τ) otrzymanymi z symulacji numerycznej wykonanej za pomocą programu komputerowego PHS.

Weryfikacja wyników badań z wynikami symulacji odnosząca się do zmiennej diagnostycznej, za jaką uważana jest temperatura wnętrza ciała, wykazała przydatność programu PHS do oceny obciążeń cieplnych człowieka przebywającego w środowisku gorącym w warunkach ciśnienia cząstkowego pary wodnej przekraczającej wartość Pa = 4,5 kPa.

W wyniku przeprowadzonych symulacji numerycznych opracowano model obciążenia cieplnego organizmu mężczyzny o wymiarach: wysokość ciała 1,75 m; masa ciała 78 kg, reprezentującego 50 centyl populacji polskiej. Wyniki uzyskanych obliczeń przedstawiono w postaci:

  1. Modeli 3D zależności czasów ekspozycji bezpiecznej dla zdrowia człowieka przebywającego w środowisku gorącym od temperatury otoczenia zmieniającej się w zakresie 30°C ≤ ta ≤ 45°C
    i wilgotności względnej powietrza zmieniającej się w zakresie 50% ≤ RH ≤ 90%.
  2. Map izochron czasów ekspozycji bezpiecznej dla zdrowia człowieka przebywającego w środowisku gorącym w temperaturze otoczenia zmieniającej się w zakresie 30°C ≤ ta ≤ 45°C i wilgotności względnej powietrza zmieniającej się w zakresie 50% ≤ RH ≤ 90%.

Opracowanych dla:

‒      Kryterium nieprzekraczania temperatury wnętrza ciała 38; 38,5°C

‒      Metabolizmu człowieka M = 120; 140; 160; 180; 200 W/m²

‒      Obciążenia człowieka mocą W = 0; 13,5; 17,6; 25,9; 46,6 W/m²

‒      Prędkości przepływu powietrza V = V = 0,2; 0,5; 1; 2  m/s

‒      Izolacyjności cieplnej odzieży ochronnej Icl = 1 clo.

 

Projekt I.N.05. Izochrony czasów ekspozycji bezpiecznej dla zdrowia człowieka przebywającego w środowisku gorącym w temperaturze otoczenia zmieniającej się w zakresie 30°C ≤ ta ≤ 45°C i wilgotności względnej powietrza zmieniającej się w zakresie 50% ≤ RH ≤ 90%

W ramach realizacji projektu opracowano materiały szkoleniowe i informacyjne odnoszące się do modelu obciążenia cieplnego organizmu człowieka przebywającego w warunkach środowiskowych odpowiadających głęboko położonym oddziałom kopalni węgla i miedzi służące do określania czasu bezpiecznej ekspozycji w tym otoczeniu.

Wyniki projektu przedstawiono w 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu krajowym i 2 publikacjach w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym.



Jednostka: Pracownia Obciążeń Termicznych

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2018