1、人因工程学,第五章 工作环境（微气候环境）,5 微气候环境,5.1 微气候的构成要素,气候是指的人们工作和生活的物理环境，微气候则指工作场所的这些气候的条件，主要包括：空气温度、空气湿度、空气流速和热辐射。这四个因素都会对人体的热平衡产生影响，这种影响可能是各要素对人的综合症，下面逐个对它们的影响进行分析与评价。,1 气温,空气的冷热程度称为气温。作业环境中的气温，取决于大气温度、太阳热辐射、作业场所热源和人体散热等因素。各种产热源通过传导、对流，使作业环境的空气加热，并通过辐射四周物体，形成第二热源，扩大了直接加热空气的面积，使气温升高。,温度通常用干球温度计测定，除此之外，较常见的温度计还
2、有半导体温度计、温差电偶温度计等。气温的标度有两种：摄氏温标（）和华氏温标（）。我国法定采用摄氏温标（）。两种温标的换算关系：,2 湿度,空气中的干湿程度称为湿度，湿度分为绝对湿度与相对湿度两种。在一定温度下每立方米空气中所含的水蒸气克数称为绝对湿度（A.H）。某气温、压力条件下空气的水蒸气压强f与相同温度、压力条件下的空气饱和水蒸气压强F的百分比，称为该温度、压力条件下的相对湿度（R.H），以下式表示：,=f/F100%,作业环境的气湿用空气相对湿度表示。相对湿度在80%以上称为高气湿；低于30%称为低气湿；高气湿主要是工作场所有水分蒸发和释放蒸汽所致。无风时环境温度为1618，则湿度以45
3、%60%为宜。,相对湿度可用通风干湿表或干湿球温度计测量。干湿球温度计中，湿球温度计指示的温度叫湿球温度，湿球温度略低于干球温度。根据干球、湿球温度可以从相应的表格中找到相应的相对湿度。 另外，用湿敏元件制成的温度计也可以直接测得相对湿度。,3 气流,气流主要是在温度差形成的热压力作用下产生的。气流速度常以m/s表示。在舒适温度范围内，一般气流速度为0.15m/s时，人即可感到空气新鲜。在室内即使温度适宜，由于空气流动速度很小，也会有沉闷感。 作业环境中的气流除受外界风力的影响外，主要与作业场所中的热源有关。热源使空气加热而上升，室外的冷空气进入室内，造成空气对流。室内外温差愈大，产生的气流愈
4、大。 气流可以用风速计、热球微风仪等测定。,电子（热球）微风仪,便携式风速仪,手持式风向风速仪,4 热辐射,热辐射是针对红外线及一部分可视线而言。太阳及作业环境中的各种加热炉、开放火焰、热光源，产生热量各种设备等热源都能产生大量的热辐射。当周围物体表面温度超过人体皮肤温度时，周围物体表面则向人体热辐射而使人体受热，称为正辐射。相反，当周围物体表面温度低于人体温度时，人体表面则向周围物体散热，称为负辐射。热辐射体单位时间、单位面积上所辐射出的热量成为物体的热辐射强度J/(2.min) ,测量热辐射可用黑球温度计，因为黑色吸收所有的辐射。,黑球温度计,在人类作业或起居环境中，气温、湿度、热辐射和气
5、流速度对人体的影响是可以相互替代的。某一参数的变化对人体的影响，可以由另一参数的相互变化所补偿。 我们把微气候参数以及对冷热感觉有显著影响的微气候参数的各种组合的综合指标，称之为微气候指标，其中重要的组合有：空气温度和周围表面温度；空气温度、周围表面温度和气流速度；空气温度、周围表面温度、气流速度和相对湿度；空气温度、气流速度和相对湿度；空气温度和相对湿度。,5.微气候各要素之间的相互关系,5.2 人体的整体热量平衡,在高温或低温环境下工作和生活，人为适应环境温度，人体将产生一定的生理功能的改变，保持体温相对稳定。人体温度的相对稳定取决于人体的产生热和散热过程的优质动态平衡，这种平衡称为人体热
6、平衡。,人体是一个开放的复杂的巨系统，人体和外界环境存在着各种复杂的关系。从工程的观点看，人体可以看作一个热机，人体的功能就是把食物的化学能转化为功和热量。人体必须同周围环境之间处于相对稳定的热平衡，人才能进行正常的生理行为活动，周围环境的温湿度对人体的皮肤温度和核心温度都有较大的影响。,S=MCRK-E-W,人体与周围环境的热交换可用下式表示：,M人体代谢产热量C人体与周围环境通过对流交换的热量，人体从环境中吸热为正值；散热为负值。R人体与周围环境通过辐射交换的热量，人体从外环境中吸收辐射热为正值，散出辐射为负值。K人体与周围环境通过热传导的热量，人体从环境中吸热为正值；散热为负值。E人体通
7、过皮肤表面汗液的蒸发散热量。W人体对外做功所消耗的热量。S人体的蓄热状态。,由上式可知，当人体产热与散热相等时，s=0，人体处于动平衡状态，当产热大于散热时，s取正值，人体热平衡破坏，体温升高；当产热小于散热时，s取负值，体温下降。人体热平衡状态如图所示。,5.3 人体对微气候环境的主观感受,对舒适温度，有两种不同的理解，一是指人的主观感到舒适的温度，另一种是指人体生理上的适宜温度。因此，对舒适温度的确定有两种不同的标准。通常以人主观感到舒适的温度作为舒适温度。,人在微环境中要感到舒适，首先是人与环境达到热平衡，即是人体蓄热为0。此外，影响人对温度感觉的因素还有劳动条件、服装、年龄、 性别、人
8、群密度等。,人体对微气候环境的主观感觉，即心理上是否感到满意、舒适，是进行微气候环境评价的重要指标之一,a.季节不同舒适温度也不同，夏季偏高，冬季偏低。85%以上的人感到舒适的夏季有效温度为20.5228；冬季为18.321.1。大体相当于相对湿度50%时，夏季温度为243，冬季为222。b.劳动强度不同，要求的舒适温度也不同。相对湿度为50%时，某些劳动的舒适温度指标如下：坐着在办公室、控制室、计算机室从事脑力劳动时为1824；坐着从事轻体力劳动（简单操纵或小零件分类等）时为1624；站着从事轻体力劳动（如车工、铣工等）时为1623；站着从事重体力劳动（如零件安装等）时为1421；从事极重体
9、力劳动时为1418。,c.衣着厚度不同，要求的舒适温度也不同。穿厚衣服对环境舒适温度要求较低。d.不同地区的人由于在冷、热环境中长期生活，对冷或热环境已习惯和适应，因此，习服不同，对舒适温度的要求也不同。热带人稍偏高，寒带人稍偏低。e.不同性别、年龄的人对舒适温度的要求不同。女性的舒适温度比男性高0.55；40岁以上的人比青年人高约0.55。,对于不同空气湿度，人的主观感觉状态,不同季节最适宜的气流速度,推荐的气流速度,环境允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率、身心健康和安全的温度范围。允许温度范围一般是舒适温度（35）。 对于受温度环境条件影响最明显的手部精细操作劳动（手部皮肤温度降至1
10、5.5以下时，手的作业效率即明显下降），环境温度采用舒适温度为宜。,微气候环境中各要素对人体的影响是综合起作用的，除了上述几种主要因素外，还有如人的新陈代谢和服装等多种因素；许多学者为寻求一种既能包括多种因素，且又简单而适合于现场的综合评价指标。下面介绍综合评价微气侯环境的方法或指标。,5.4 微气候环境的评价,1、不舒适指数,以人体对温度和湿度的感觉为例，舒伯特(SWShepperd) 和希尔(UHill)经过大量研究证明，最合适的湿度(H，%)与气温（t， ）的关系为H = 1887.2t 12.2t26 ）例如室温 t20时，湿度H=1887.2 2044，即44。,针对这个情况，JEB
11、osen提出了一个不舒适指数DI(Discomfort index)来综合表征人体对温度湿度环境的感觉。DI（td tw） 0.7240.6 式中，td为干球温度（）；tw为湿球温度（）。 通过计算各种作业场所、办公室及公共场所的不适指数，就可以掌握其环境特点及对人的影响。不舒适指数不足之处是没有考虑风速。,据实验研究表明，生活在不同国家、不同地区的人们感到舒适的气候条件也有所区别，当不舒适指数在70附近时，人感觉比较舒适。表所示为美国人和日本人对不同的不舒适指数的不适主诉率。不同国家对不适指数的不适主诉率,2 有效温度,有效温度是指根据人体在微气候环境下，具有同等主诉温热感觉的最低气流速度和
12、气流湿度的等效温标。它是根据人的主诉温度感受所制订的经验性温度指标。它以气流静止不动，相对湿度为100%的条件下使人产生某种热感觉的空气温度来代表不同风速，不同相对湿度，不同空气温度而使人产生同一热感觉为基础的。它用单一个温度值来度量。若已知干球温度、湿球温度和气流速度，便经过下图求得有效温度。,有效温度图,图为穿正常衣服进行轻劳动时的有效温度图。例如测得空调大楼某实验室的干球温度为30，湿球温度为25，风速为0.5ms；求在该环境中从事轻劳动的有效温度，在图3-6上，分别找出干球温度30和湿球温度25，通过连接这两点间虚线与风速为0.5ms曲线的交点，即可求出有效温度26.6。,有效温度对人
13、感觉及工作效率的影响,有效温度高时，人的判断力减退，如图所示。 当有效温度超过32时，作业者读取误差增加，到35左右时，误差会增加4倍以上。,图3-7 操作误差与有效温度,有效温度对人感觉及工作效率的影响,有效温度对人体热感觉的影响,* 热打击（出现威胁生命的突发事件，身体本身不能充分凉下来）,3. 三球温度指数（WBGT）,三球温度指数也称为湿球黑球温度(wet bulb globe temperature index，WBGT)，是综合考虑了干球温度、相对湿度、平均辐射温度和风速等4个环境因素的综合温标，也是综合评价人体接触作业环境热负荷的一个基本参量。这里热负荷（heat stress）
14、是指人体在热环境中作业时的受热程度，取决于体力劳动的产热量和环境与人体间热交换的特性。,3. 三球温度指数（WBGT）,WBGT指数计算要考虑不同的气候条件。室内外无太阳辐射时，采用自然湿球温度(WB)和黑球温度(GT)计算，室外有太阳辐射时要把干球温度(DT)考虑进去。其计算公式如下：室内外无太阳辐射时(室内、阴天或夜间)WBGT=0.7WB+0.3GT室外有太阳辐射时WBGT=0.7WB+0.2GT+0.1DT,该方法不直接测气流速度,在湿球温度上反应. 应该注意的是，在WBGT相同，但辐射热、湿度和空气流速不同时，人的生理反应不同。当湿度很高、空气流速很低时，使用WBGT方法较差。该种方
15、法比较直观，应用起来比较方便。,3. 三球温度指数（WBGT）,3. 三球温度指数（WBGT）,表3-6 允许接触高温的阈值/ ,美国工业卫生委员会推荐的各种不同的劳动休息制度的三球温度指数阈值,目前，我国也制定了运用WBGT指数对作业人员热负荷进行评价的标准（GBT 172441998）。该标准由中国国家技术监督局于1998年3月10日批准、1998年10月1日正式实施。,3. 三球温度指数（WBGT）,4.卡他度,卡他度是指由被加热36.5时的卡他温度计的液球，在单位时间、单位面积上所散发的热量，单位为mcal/cm2s。卡他度一般用来评价劳动条件舒适程度。卡他温度计是一种测定气温、湿度和
16、风速三者综合作用的仪器。卡他度H可通过测定卡他温度计的液柱由38降到35时所经过的时间（T）而求得。H = F/T 式中，H-卡他度（mcal/cm2s）；F-卡他计常数；T-由38降至35所经过的时间（s）。,卡他度分为干卡他度和湿卡他度两种。干卡他度包括对流和辐射的散热效应。湿卡他度则包括对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。一般H值越大，散热条件越好。,4.卡他度,表3-7 较舒适的卡他度,表3-8 不同卡他度下的人的感觉,5.5热环境对人的影响及防护,高温环境是指:有热源散热率大于84KJ/（m3h）；环境气温在寒冷地区和一般地区超过32，在炎热地区超过35；热辐射强度超过4.186J/
17、(cm3min)或工作地点温度在30以上，相对湿度超过80%。高温环境除了夏季以外，还有热带、沙漠以及一些高温作业的场所（如钢铁冶炼）等。,1、高温环境的定义,在高温环境下，皮肤温度随周围环境温度的升高而迅速升高，机体只能通过蒸发散热，大量出汗会导致失水，出汗过多也会导致水盐代谢障碍。高温环境还会使心脏输出量增大，使外周血管扩张，血流从内脏转移到皮肤和肌肉，从而影响内脏血液供应，进一步引起消化系统、泌尿系统、神经系统内分泌系统以致生化和免疫系统功能改变。,2、高温环境对人的健康的影响,长时间的高温环境暴露会引起热病，包括全身性的中暑、热衰竭、皮肤病和精神障碍等，当环境温度高于33.3时，环境热
18、病的危险性增高，发病率随最低气温增加而增加。当皮肤温度达到4144时即会感到灼痛，若温度继续升高即会产生烫伤，甚至死亡。,2 热环境的影响对工作绩效的影响,高温环境影响效率，人在2732下工作，其肌肉用力的工作效率下降，并且促使用力工作的疲劳加速。当温度高达32以上时，需要较大注意力的工作及精密工作的效率也开始受影响。高温作业环境条件下不仅引起人体不适，影响身体健康，随着温度提高和气流速度降低，作业效率明显降低。 脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效温度达到29.5时，脑力劳动的效率就开始降低，许多学者的实验都表明，有效温度越高，持续作业的时间越短。 另外，事故发生率与温度有关，据研究，意外事故
19、率最低的温度为20左右；温度高于28或降到10以下时，意外事故增加30。,3 热环境的改善建议,高温作业环境的改善应从生产工艺和技术、保健措施、生产组织措施等方面加以改善。 （一） 生产工艺和技术措施（1）合理设计生产工艺过程。(尽量将热源布置在车间外部)（2）屏蔽热源。(存在大量热辐射的车间采用屏蔽辐射热的措施.)（3）降低温度。(安装去湿器)（4）增加气流速度。(采用自然通风和机械通风),人对热的适应是必需的。最好分阶段进行。刚开始的时候，一个人最好只有50%的时间在高温下工作，随后每天增加10%的时间。当然病愈后或长时间的缺岗后返回工作岗位，这一过程应该重新进行。 热量负荷越高，高热环境
20、下的体力活动量越大，用来降温的时间应该越长，工作中的停顿越频繁。如果高温超过了人的忍受极限，工作日时间应该变短。,（二） 生产组织措施,如果需要喝大量的水，最好补充白开水，有时可以放点茶叶或咖啡。温热的饮料比冰凉饮料更容易被消化系统所吸收。人应该少量多次的喝水；每次不应该超过0.25升，建议每10-15分钟一杯。 建议不要喝冰饮料、水果汁和酒精饮料。牛奶和添加牛奶的饮料建议也不要喝，这些饮料不适宜于高温工作后饮用，因为它们对消化系统造成了更多的压力。饮用水应该尽量靠近工作地，人在需要饮水的时候可以很方便的得到。在热辐射很高的地方（例如爆破炉旁），工人们应该佩戴眼睛防护装置或防护屏，同时穿防护服
21、，以降低眼睛和皮肤灼伤的风险。,（三） 保健措施,5.6 冷环境对人的影响及防护,机体在低温度环境下，首先引起外周血管收缩以减少散热，骨骼肌发生不随意，持续收缩（寒颤）以增加产热，裸体而不活动的人在10环境下持续30min即发生寒颤。一般情况下，18以下温度可视为低温，10以下对人会产生不利影响。低温环境下人体代谢率增高，心血管系统发生相应变化：心率增高，心博出量增加，呼吸率和肺换气量增加。当环境温度低于9时，体心温度开始下降，人体的温度调节推动代偿能力。,1、冷环境对生理的影响,人较长时间在0以下的环境中停留，会引起局部组织冻伤发生冻疮或组织坏死。寒冷刺激还可使肢端温度下降，引起肢体疼痛、麻
22、木、鼻粘膜血管痉挛。当人体体温降至34以下时，症状即达到严重的程度，产生健忘、口吃和定向障碍；降至30时全身剧痛，意识模糊；降至27以下时，随意运动丧失，瞳孔反射，腱反射和皮肤反射全部消失，人濒临死亡。,2 冷环境对工作绩效的影响,许多研究证明，在冷环境中人的工作能力下降主要是由于生理原因，例如，手指麻木，关节不灵活等同时，衣服多且厚时也会影响人的活动。此外，低温反应表现在触觉辨别准确率下降，手的灵活程度下降，追踪操纵能力下降，视反应时变长，动作的精确度下降等。,3 冷环境的改善建议,做好采暖工作。应该按照工业企业设计卫生标准和工业企业采暖、通风和空气调节设计规范等的相关规定，设置必要的辅助性
23、采暖设备，比如空调、暖炉和其他热辐射源等。调节后的温度要均匀恒定。有的作业需要与外界发生联系，冷风吹在作业者身上很不舒适，应设置挡风板，减缓冷风的作用。,个体防护。低温作业车间或冬季室外作业者，应穿御寒服装，其应采用热阻值大、吸汗和透气性强的衣料。衣服的尺寸不宜过紧，潮湿的衣服应及时烘干。提高作业负荷。增加作业负荷，可以使作业者降低寒冷感。但由于作业时出汗，使衣服的热阻值降低，在休息室并会感到寒冷。因此工作负荷增加，以不使作业者过多流汗为限。,本节思考题,1、简述微气候的构成要素及其相互关系？ 2 、人体的基本热平衡方程式是什么？并解释其含义？ 3、影响人体热平衡的因素主要有哪些？ 4、高温作业环境对人体有什么影响 ？如何改善？ 5、低温作业环境对人体有什么影响 ？如何改善？,
