人因工程之劳动环境与微气候

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第二节 人体与微气候条件的感受与评价
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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。
f 100%
F
式中，f为某温度、压力条件下，空气的水汽压强，F为相同 温度、压力条件下的饱和水蒸气压强。
生产环境中的湿度通常用相对湿度表示。
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➢测量湿度的仪器：通风干湿表或干湿球温度计。图示
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湿球温度比干球温度略低一些，根据干球、湿球温度，查
表5-1（P84）即可得出相对பைடு நூலகம்度。
包括下列4个重要参数： 气温 湿度 气流速度 热辐射条件
微气候环境直接影响人的情绪、疲劳程度、健康、舒适感 觉和工作效率。
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3一、空气温度（气温） （Air temperature）
空气的冷热程度叫做气温。气温通常由干球温度 计（寒暑表）测定，称为干球温度。气温的标度分摄 氏温标（℃）和华氏温标（℉）。我国法定采用摄氏 温标（℃），而美国则常采用华氏温标（℉），两种 温标的换算关系为
23.9 21.1~23.9
（4） 加权平均温标 (wet bulb globe temperature Northeastern University index，WBGT)
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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）当气流速度小于1.5m/s的非人工通风条件时，采用下 式计算：
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WBGT指数评价标准
平均能 量代谢 率等级
0 1 2 3 4
好 ≤33 ≤30 ≤28 ≤26 ≤25
WBGT指数/℃
中
差
≤34
≤35
≤31
≤32
≤29
≤30
≤27
≤28
≤26
≤27
很差 >35 >32 >30 >28 >27
注：表中“好”级的WBGT指数值是以最高肛温不超过38℃为限。
第三节 微气候环境对人的影响
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微气候对人体生理产生很大的影响，特别是在温
度、湿度及空气对流异常的气候条件下，会对人产生
很大影响。本节主要介绍人体在冷热环境中人体的各
种生理和病理反应及其对作业的影响。
一、高温作业环境对人的影响 二、低温环境条件对人的影响
（一）高温作业环境对人体的影响
定义：一般将热源散热量大于84kJ/（m2·h）的环 境叫高温作业环境。
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1. 高温作业环境的类型
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（1）高温、强热辐射作业： 特点：气温高，热辐射强度大，相对湿度较低。 例如：冶金、铸造、热处理、制陶、砖瓦窑等。
（2）高温、高湿作业： 特点：气温高、湿度大， 如果通风不良就会形成湿热环境。 例如：印染、造纸、矿井等。
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。
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7 四、气流速度（风速）
气流速度：空气的流动速度（m/s）。 人类作业或生活起居场所中的气流速度除风力影
响外，主要是由于冷热空气对流所致。冷热温差越 大，产生的气流也越大。
衣服是防止热辐射的天然屏障，浅色衣服对可见光有较 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。
（2）对流热交换量：取决于气流速度、面积、对流传N热orthe系aster数n Un、iversity 服装热阻值、环境温度、皮肤温度等。
变化所补偿。
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：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：
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。
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）最合适的湿度与温度的关系
（2） 不适指数法
（3）有效温度图
（4） 加权平均温标（WBGT）
（1).最合适的湿度与温度的关系
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15 以人体对温度和湿度的感觉为例，舒伯特 (S．W．Shepperd)
人体可以看成是一个能够基本保持恒温（36.5℃） 的温度自动调节器。
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人体单位时间向外散发的热量，取决于人体外表面与周围环 境的四种热交换方式，即辐射热交换、对流热交换、蒸发热
11 交换和传导热交换。
人体的热平衡方程为
Qs ＝ Qm － W ± Qc ± Qr － Qe ± Qk Qs-人体的热积蓄或热债变化率（J/m2 • h） ； W -人体为维持生理活动及肌肉活动所做的功（J/m2 • h） ； Qm-人体的新陈代谢产热率（J/m2 • h）； Qc-为人体外表面与周围环境的对流换热率（J/m2 • h） ； Qr-人体外表面向周围环境的传导换热率（J/m2 • h） ； Qk-人体外表面向周围环境的辐射热传递率（J/m2 • h） ；
（3）夏季露天作业： 例如：农民在田间劳动、建筑、搬运等露天作业。
2. 高温作业环境对人生理和心理的影响
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热应激效应：高温环境下的作业者，新陈代谢加快，人体产热
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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。
第5章 劳动环境与微气候
本章内容
微气候要素及其相互关系 人体与微气候环条件的感受与评价 微气候环境对人的影响 改善微气候环境的措施
第一节 微气候要素及其相互关系
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2 微气候又称生产环境的气候条件，是指生产环境局部的气 温、湿度、气流速度以及工作现场中的设备、产品、零件 和原料的热辐射条件。
WBGT＝0.7WB（湿）十 0.2GT（干）十 0.1DBT（黑）
（2）当气流速度大于1.5m/s的人工通风条件时，采用下 式计算：
WBGT＝0.63WB（湿）十 0.2GT（干）十 0.17DBT（黑） 式中，WB —— 湿球温度（℃）；
DT —— 干球温度（℃）； GT —— 黑球温度（℃）。
例如：太阳、熔炉、加热物体、红外辐射等。 6 正辐射：周围物体向人体辐射，使人体受热。
反之则称为负辐射。
热辐射强度：热辐射体单位时间、单位表面积上所辐射出 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 应）。图
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。
用湿敏元件制成的湿度计可直接测出空气的相对湿度。
例如：当 7时0%，为高湿度（高气湿）环境，主要是水蒸发引 起的。如纺织、酿造、印染、造纸、隧道作业等。
当 时 3，0%为低气湿环境。如冬季高温车间。
三. 热辐射
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物体在绝对温度大于0K时的辐射能量称为热辐射。
二.湿度（Humidity） 表示空气的干湿程度。
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4 ➢ 种类：绝对湿度、相对湿度。
（1）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，空气的水气压强 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。
13 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：当气流速度超过2m/s时，提高气流速度就不显著。
（3）蒸发热交换量： 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。
气流速度的大小对人体散热速度产生直接影响， 因此它是评价微气候条件的主要因素之一。
测定气流速度的仪器
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测定室内气流速度一般用热球微风仪（测量范围：
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0.05－1m/s）。 现在各种便携式电子（热球）微风仪
（如图5-2、图5-4所示）、手持式风向风速仪（如图5-
3所示）和智能热风式风速仪都已经诞生，大大方便了 测试工作。
图5-2 电子（热球）微风仪
图5-3 手持式风向风速仪 图5-4便携式风速仪
五. 微气候要素之间的相互关系
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气温、湿度、热辐射和气流速度对人体的影响可以互相替 9 代，某一条件的变化对人体的影响，可以由另一条件的相应
杨氏有效温度图
有效温度也称实效温度或感觉温度，杨氏有效温度图 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。
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有效温度对人感觉及工作效率的影响
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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。
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。
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（4）传导热交换量：取决于皮肤与物体的温差、接触面积、 热传导系数等。
14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
和希尔(U．Hill)经过大量研究证明，最合适的湿度(H，%) 与气温（t，℃）的关系为
H = 188－7.2t 12.2℃＜t＜26℃ ）
例如室温 t＝20℃时，湿度H=188－7.2 × 20＝44，即 44％。
（2）. 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。
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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（GB／T 17244—1998）。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。
该标准以工人8小时工作日平均能量代谢率（单位： kJ／min·m2）为基础进行劳动强度的等级划分，然后 给出了不同劳动强度下，人体各种感觉状态（好，中、 差、很差）的WBGT指数值。
Qe-人体汗液蒸发和呼出水蒸气的蒸发热传递率（J/m2 • h）
人体的热平衡是动态的：
当Qs = 0时，人感到舒适；
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当Qs > 0时，人感到热；
当Qs < 0时，人感到冷。
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（1）热辐射交换量：取决于热辐射系数、人体面积、服装热 阻值、反射率、平均环境温度、皮肤温度等。
例如：美国人当DI<70时，绝大多数人感到舒适。 当DI=75时，50%人感到不舒适。
（3）有效温度图
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为了综合反映人体对气温、湿度、气流速度的感觉， 16 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 感觉的最低气流速度和气湿的等效温标。
操作误差与有效温度
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不同作业种类的有效温度
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人体对微气候环境的主观感觉，与人体的作业种类、作 业负荷及着装等因素有关。
不同作业的有效温度
作业种类
脑力作业
轻作业
体力作业
舒适温度/℃ 15.5~18.3 12.7~18.9 10～16.9
不舒适温度/℃
26.7