作业物理环境设计 -微气候环境

三、人体对微气候条件的感受
1. 人体的热平衡 人体与外界环境之间的热交换可用热平衡方程表示：
S=M+C+R-E
S---人体单位时间贮热量（蓄热），KJ/s。 M---人体代谢产热量，即食物在人体内氧化产生的热量 C----空气对流产生的人体散（吸）热量。
人体从环境吸收热量（C >0）；散发热量（C < 0）
（2）低温适应初期，代谢增高，心率加快，心脏的每拨输出 量增加；当人体的核心温度下降时，心率减慢，心脏的每拨输出 量减少，这时表明：人体已不能适应低温作业环境。 （3）长期的低温环境作业将导致：内循环下降，身体机能减 退，冻伤等。 （4）低温对人体的影响，不仅与温度有关，而且还与湿度有 关、气流速度有关。 湿度大、温度低→衣服热阻值下降 →衣服起不到御寒作用 例如： 例如：出汗，衣服湿，感到很冷。 冬天，刮风（气流速度大） →感到更冷。 3. 低温对操作的影响 手部动作的准确性和灵活性下降。
4. 热辐射 物体在热力学温度大于0K时的辐射能量称为热辐射 热辐射。 热辐射 例如：太阳、熔炉、加热物体、红外辐射等。 例如 正辐射：周围物体向人体辐射，使人体受热。 正辐射 反之则称为负辐射 负辐射。 负辐射 热辐射强度：热辐射体单位时间、单位表面积上所辐射出 热辐射强度 的热量 测量热辐射的仪器：黑球温度计（辐射热与气温的综合反 测量热辐射的仪器 应）。图 黑球温度计： 黑球温度计： 它是表面镀黑的薄铜板制成的空心球，球体中心部分 插入一支水银温度计。 测量时，打开热辐射源，温度计指示的温度是辐射热 与气温的综合效应，再关闭热辐射源得一温度值，前后二 温度值的差值即为实际的辐射温度。
（2）热对流：取决于气流速度、面积、对流传热系数、服装 ）热对流： 热阻值、环境温度、皮肤温度等。 使用热对流降温的条件： 使用热对流降温的条件： a. 保持环境温度 < 36.50C; b. 皮肤表面气流速度大（少穿、穿薄）。 注意： 注意：当气流速度超过2m/s时，提高气流速度就不显著。 （3）蒸发散热： 蒸发散热： a. 在热环境下，增加气流速度，降湿、加快发汗，达 到散热的目的。 1Kg汗水 带走 2428 KJ热量。 b. 补充足够的水分和盐，防止虚脱（危及生命）。 高温作业每天需补充盐7g。 注意： 注意：工作单位在夏季要提供茶水、饮料等。 人体的出汗量最高限度为6升/日。
六、微气候环境的改善措施
高温作业环境的改善 高温环境下，作业者的反应及耐受时间受气温、湿度、 气流速度、热辐射、作业负荷、衣服的热阻等因素的影响， 可以从以下三个方面入手，改善高温作业环境。 1.在生产工艺和技术方面 1.在生产工艺和技术方面 （1）合理设计生产工艺过程 作业者远离热源（热源放在车间外部）； 热源在下风头； （2）屏蔽热源（主动保护） 屏蔽热源 设置挡板，如铝材屏风（屏蔽热辐射）、玻璃屏风 （屏蔽热辐射，但不影响观察），将人与热源隔离。
2. 高温作业环境对人生理和心理的影响 热应激效应： 热应激效应：高温环境下的作业者，新陈代谢加快，人体产热 增加，这时人体通过呼吸、出汗及体表血管的扩 张向体外散热，若产热仍大于散热，导致体内蓄 热增加、体温升高，呼吸和心率加快，皮肤血流 加快，称为热应激效应——这是一种生理反映。
高温环境对人生理和心理的影响： 高温环境对人生理和心理的影响： （1）长时间处于这种状态，会导致热循环机能失调， 造成中暑或热衰竭，引起全身倦怠、食欲不振、体重减轻、 头痛、失眠等。 （2）高温环境下作业者的知觉速度和准确性、反应速 度下降，出现烦躁不安、易于激动，对工作不满。
3.高温作业环境对人操作的影响 3.高温作业环境对人操作的影响 高温作业时，烦躁感增加，体表面血液循环增加，导致大 脑相对缺血，注意力下降，使生产率下降，诱发事故发生。 当温度达到27～320C时，使肌肉用力的工作效率下降；当 温度达到320C以上时，需注意力集中的工作和精密工作的效率 开始下降。 案例分析
微气候（温度、湿度、气流速度、 热辐射） 环境照明 环境噪声 环境色彩调节 空气污染
3.1 微气候环境设计
一. 微气候的要素
包括：气温、湿度、气流速度、热辐射四个要素。 1．气温（Air temperature） ．气温 空气的冷热程度称为气温。 它是评价工作环境气候条件的主要指标之一。 测量仪器： 用干泡温度计（寒暑表）测定（干泡温度）。 测量仪器 气温的度量有三种方式： 气温的度量有三种方式 摄氏温标（℃）、华氏温标(0F)、绝对温标（K）。 我国通常采用摄氏温标（℃）。 三种温标的换算关系为： 三种温标的换算关系为 t K = 273 + t℃ t 0F =9/5 t℃ + 32
（4）热传导： ）热传导： 取决于皮肤与物体的温差、接触面积、热传导系数等。 例如： 例如：宇航员主要通过接触热传导散热。穿水冷服、干冰服。 2.人体对微气候环境的主观感觉 人体对微气候环境的主观感觉是心理上的满意与否，也是 一种模糊评价，它是多种因素的综合反应，下面是四种量化标 准上的评价方法： （1）. 不适指数法 ） DI=0.72（干球温度+湿球温度）+40.6 上式主要用来评价人体对温度和湿度环境的综合感觉。 例如：美国人，当DI<70时，绝大多数人感到舒适。 例如： 当DI=75时，50%人感到不舒适。
2.湿度 湿度（Humidity） 湿度 表示空气的干湿程度。 种类：绝对湿度（A.H），相对湿度（R.H）。 种类 （1）绝对湿度 ）绝对湿度：每立方米空气中所含的水蒸气克数（水 蒸气的密度）称为绝对湿度（g/m3）。 绝对湿度直接测量很困难。 （2）相对湿度：在某温度、压力条件下，空气的水汽压强 相对湿度 与相同温度、压力条件下的饱和水蒸气压 强的百分比，成为该条件下的相对湿度。
（2）有效温度图 ） 为了综合反映人体对气温 、 湿度 、 气流速度 气温、 气温 湿度、 气流速度的感觉， 美国人杨格鲁和霍顿首先提出了有效温度（ET）的概念。
有效温度：指人体在微气候环境下，具有同等主诉温热 有效温度： 感觉的最低气流速度和气湿的等效温标。 杨氏有效温度图 有效温度也称实效温度 感觉温度，杨氏有效温度图 实效温度或感觉温度 实效温度 感觉温度 度量了在热辐射强度不高时，综合反应气温、湿度、气流 速度对人体所产生的主观热感觉。
范农调查了三个兵工厂，发现环境温度与事故有密切关系： 当环境温度为17～22.50C时，事故率最低 当环境温度上升到25.30C时，男性事故率上升140% 女性事故率上升108% 当环境温度下降11.40C时，男性事故率上升138% 女性事故率上升132%
（二）低温环境对人和操作的影响
低温环境条件通常是指低于允许温度下限的气温条件。 允许温度是指基本不影响人的工作效率、身心健康和安全 的温度范围，一般为舒适温度±3～5℃。 1.冷应激效应 当环境温度低于皮肤温度时，刺激皮肤引起神经冲动， 导致皮肤毛细血管收缩，使人体散热下降。当外界温度进一 步下降时，肌肉发抖，以增加产热，维持体温恒定，这种现 象称为冷应激效应。 2.低温环境对人体的影响 低温环境对人体的影响 （1）人体对低温的适应力远不如对热的适应力。低温时 人体的不适感迅速增加，机能迅速下降。 原因： 原因：低温时，脑代谢下降，导致神经兴奋下降，传导 能力下降，反应迟钝、奢睡状态。 例1：冬天天气寒冷，手脚不灵活。
二. 微气候要素之间的相互关系
气温、湿度、热辐射和气流速度对人体的影响可以互相 替代，某一条件的变化对人体的影响，可以由另一条件的相 应变化所补偿。 例如： 例如： 当室内气流速度在0.6m/s以下时，气流速度每增加 0.1m/s，相当于气温下降0.3℃。 当气流速度在0.6 m/s～1.0m/s之间时，气流速度每增加 0.1m/s，相当于气温下降0.15℃。 应用： 应用：热辐射+低气温，如热处理、铸造车间。 高温+高气流速度，如夏季。 结论： 结论： 构成微气候环境的若干条件的共同作用结果产生对 人体的影响，所以必须综合地评价微气候的若干条件。
四、微气候环境对人体的影响 （一）高温作业环境对人体的影响
1. 高温作业环境的类型
（1）高温、强热辐射作业： 高温、强热辐射作业： 高温 特点： 特点：气温高，热辐射强度大，相对湿度较低。 例如： 例如：冶金、铸造、热处理、制陶、砖瓦窑等。 （2）高温、高湿作业： 高温、高湿作业： 高温 特点： 特点：气温高、湿度大， 如果通风不良就会形成湿热环境。 例如： 例如：印染、造纸、矿井等。 （3）夏季露天作业： 夏季露天作业： 夏季露天作业 例如： 例如：农民在田间劳动、建筑、搬运等露天作业。
第三章 作业物理环境设计
影响工效的主要因素： 影响工效的主要因素：
物理因素：温度、湿度、气流速度、噪音、振动等。 物理因素
化学因素：刺激性、致敏性、致突变性等。 生理及生物因素：微生物、寄生虫、动物、植物等。 社会心理因素：体力因素、社会-心理因素等。
本章主要讲述物理环境因素： 本章主要讲述物理环境因素：
（3） 加权平均温标（WBGT） ） 加权平均温标（ ） 用干球温度、湿球温度、气流速度和热辐射四个因素的 综合指标作为微气候的衡量指标。 （1）当气流速度 气流速度小于1.5m/s的非人工通风条件时，采用下 气流速度 式计算： WBGT＝0.7WB（湿）十 0.2GT（干）十 0.1DBT（黑） （2）当气流速度 气流速度大于1.5m/s的人工通风条件时，采用下式 气流速度 计算： WBGT＝0.63WB（湿）十 0.2GT（干）十 0.17DBT（黑） 式中，WB —— 湿球温度（℃）； DBT —— 干球温度（℃）； GT —— 黑球温度（℃）。
R ---辐射散（吸）热量。 辐射散热（R< 0）；吸收热量（R>0）。 E----人体体液蒸发（如出汗、呼气）所散发的热量。 处于热平衡状态时，S＝0，人感到舒适； 当产热量大于散热量时，S＞0，人感到热； 当产热量小于散热量时，S＜0，人感到冷。
人体散热＝热辐射＋热对流＋蒸发+热交换 分析： 分析： （1）热辐射：取决于热辐射系数、人体面积、服装热阻值、 ）热辐射： 反射率、平均环境温度、皮肤温度等。 衣服是防止热辐射的天然屏障，浅色衣服 浅色衣服对可见光有 浅色衣服 较好的隔热辐射（反射）的作用，但对非可见光（如远红 外），衣服的颜色无显著的作用，这时取决于衣服的材料、 密实程度和厚度，以防止外界辐射人体及人体向外散热。 例如，冬天的衣服厚实，颜色深。 例如 为了防止热辐射，生产实际中通常采用： 为了防止热辐射，生产实际中通常采用： 反射式热屏障（冰冷式） 吸收式热屏障（风冷式）