Physikalische Einwirkungen

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1 Physikalische Einwirkungen Dipl.-Math. Peter Bröde Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund PG Physikalische Einwirkungen (Prof. B. Griefahn) Vorlesung Arbeitsmedizin für Studierende der Informatik und Statistik Physikalische Belastungen am Arbeitsplatz Wirkungen auf Wohlbefinden, Leistung, Gesundheit Klima Lärm Vibrationen Elektromagnetische Felder / Licht Leitlinien der DGAUM ( Heute: Bewertung von Klimawirkungen Beispiele aus der Forschung am IfADo Klima- und Lärm-Laboratorien P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 2 1

2 Klimabelastung am Arbeitsplatz Hitzearbeit jahreszeitl. im Freien Bergbau Eisen-Stahl-Industrie Glas-Industrie Großküchen Kurzzeitige Exposition Wartungsarbeiten (Lackierereien, Hoch- und Glüh-Öfen) Schwere körperliche Arbeit in Schutzkleidung Behinderter Wärme- und Feuchte-Transfer Feuerwehr, Rettungswesen Kältearbeit jahreszeitl. im Freien Nahrungsmittel-Industrie Kühlhäuser Fleischverarbeitung Brauereien Chemische Industrie P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 3 Kältearbeit (geschl. Räume, >1 h/tag) tief kalt sehr kalt kalt leicht kalt kühl [ C] Lufttemperatur P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 4 2

3 Arbeit in mäßiger Kälte (Griefahn 1995) P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 5 Thermoregulation Umgebungstemperatur ºC Körperkerntemperatur Fieber, Überwärmung: Temperatur > 38 º C 40 Behaglichkeitsbereich 20 Unterkühlung: Temperatur < 33 º C P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 6 3

4 Thermoregulation Umgebungstemperatur Physiologische Regelung Durchblutung der Peripherie Schweißproduktion Muskelzittern ºC Körperkerntemperatur Fieber, Überwärmung: Temperatur > 38 º C Unterkühlung: Temperatur < 33 º C P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 7 Autonome Thermoregulation bei Hitzebelastung Aufteilung des Blutes in verschiedene Körperbereiche (im Ruhezustand) Heiße 14 Umgebung Herzminutenvolumen (l/min) Neutrale bis kühle Umgebung Normothermie Haut Herz, Gehirn Muskeln Hyperthermie (t c 39 C) Innere Organe P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 8 4

5 Autonome Thermoregulation bei Kältebelastung Kälte nach Havenith, 2005 P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 9 Thermoregulation Umgebungstemperatur Verhaltensanpassung Geeignete Bekleidung Reduktion der Arbeitsschwere Arbeitspausen Kühlung Physiologische Regelung Schweißproduktion Verhaltensanpassung Geeignete Bekleidung Anpassung der Arbeitsschwere Heizung Physiologische Regelung Muskelzittern ºC Körperkerntemperatur Fieber, Überwärmung: Temperatur > 38 º C Unterkühlung: Temperatur < 33 º C P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 10 5

6 Wärmeaustausch-Mechanismen Luft-Temp., -Geschw., -Feuchte Atmung Infra-Rot Strahlung Schweiß-Evaporation Kleidung Solar oder andere Strahlung Direkte Strahlung M Konvektion Arbeits- Schwere Reflektierte Strahlung Infra-Rot Strahlung Wärmeleitung nach Havenith, 2003 P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 11 Bewertungs-Basis: Wärmebilanz M Prod Abg. Wärme-Speicherung = Wärme-Produktion Wärme-Abgabe = (Metabol. Rate Ext. Arbeit) (± Konduktion ± Strahlung ± Konvektion + Evaporation + Respiration) P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 12 6

7 Thermoregulation - Mechanismen Wärmeproduktion Wärmeabgabe Metabolismus, Muskelarbeit intern Wärmetransport zur Haut via Blutzirkulation extern Organismus/Umwelt Konduktion Konvektion Strahlung Evaporation Regulation Kälte Wärme autonom Verhalten Vasokonstriktion, Gänsehaut, Zittern Körperhaltung (red. Oberfläche) Vasodilatation, Schwitzen, Herzschlag-Frequenz Schatten, Zugluft Kleidung, Heizung, Kühlung P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 13 Klimabelastung Physikalische Einflussgrößen - Lufttemperatur - Luftfeuchtigkeit - Windgeschwindigkeit - Strahlungstemperatur Personenbezogene Größen Arbeitsschwere Bekleidung Akklimatisation Körperliche Leistungsfähigkeit Geschlecht Alter Übergewicht... P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 14 7

8 Physiologisch orientierte Klimabereiche kalt behaglich tolerierbar unerträglich + Wärmeabgabe 0 Wärmeproduktion Temperatur - P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 15 Hitzebeanspruchung - tolerierbar P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 16 8

9 Hitzebeanspruchung nicht tolerierbar P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 17 Extrem-Beispiel: Chemikalienschutzanzug ta=20 C, Mikroklima im Anzug entscheidend! Herzschlagfrequenz (min -1 ) Rektaltemperatur ( C) Versuchszeit (min) Laufbandarbeit Sitzen P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin

10 Akklimatisation T oe: Oesophagustemperatur (Temperatur gemessen in der Speiseröhre) Nummer des Versuchstags 30 min Umgebungstemperatur: 40º Celsius Physische Belastung: Hoch aus: Nielsen, B. et al. 1993, Journal of Applied Physiology, 460, P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 19 Akklimatisation T oe: Oesophagustemperatur (Temperatur gemessen in der Speiseröhre) ~ 1,4 º C Nummer des Versuchstags Umgebungstemperatur: 40º Celsius Physische Belastung: Hoch aus: Nielsen, B. et al. 1993, Journal of Applied Physiology, 460, P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 20 10

11 Bewertung von Klimawirkungen Klimabelastung 4 physikalische, 2(+) personenbzogene Größen Thermoregulatorisches Modell - Beanspruchung Wärmebilanzgleichung Erforderl. Schweißrate (Hitze) Erforderl. Bekleidungsisolation (Kälte) Kriterien / Grenzwerte >100 Bewertungsmodelle, -indizes (s. Skript), Spezielle Arbeitskleidung i.w. unberücksichtigt P. Bröde, PG "Physikalische Einwirkungen" (Prof. B. Griefahn), Arbeitsmedizin 21 11