人因工程第五章.ppt

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1、第五章 微气候,人因工程,目 录,第一节 微气候的若干条件及其相互关系第二节 人体对微气候条件的感受与评价第三节 微气候条件对人体的影响第四节 改善微气候条件的措施,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。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,空气的冷热程度叫做气温。气温常用干球温度计（寒暑表）测定，它所指示的温度叫干球温度。除干球温度外，半导体温度计、温差电偶温度计也可用于测量气温。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,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、为：t（）59（）32 t（）95（）32,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,空气的干湿程度叫做湿度。每m3空气内所含的水汽克数叫绝对湿度。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,由于人们对空气干湿程度的感受不与空气中水汽的绝对数值直接相关，而与空气中水汽距饱和状态的差距直接相关。因此定义某温度、压力条件下空气的水汽压强与相同温度、压力下饱和水汽压强的百分比为该温度、压力条件下的相对湿度。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,相对湿度在70以上称为高气湿，低于30为低气湿。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,物体在绝对温度大于0K时的辐射能量，称为热辐射。太阳及生产环境中的熔炉、开放

3、的火焰、熔化了的金属、被加热了的材料均能产生热辐射，它是一种红外辐射，红外辐射不能加热气体，但能使周围物体加热。同其它物体一样，人体也向外界辐射热量。当周围物体表面温度超过人体表面温度时，周围物体向人体辐射热能使人体受热，称为正辐射。相反，称为负辐射。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,热辐射单位时间、单位表面积上所辐射出的热量称为物体的热辐射强度（J（cm2min）。测量热辐射可用黑球温度计。黑球温度计是表面镀黑的薄铜板制成的空心球体，球体中心部分插入一支温度计。黑球在吸收辐射热后温度上升，它指示的温度叫黑球温度，是辐射热及气温的综合效应。若关闭热辐射源，黑球温度下降，其差值为实际辐射温

4、度。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,空气流动的速度叫做气流速度（m/s）。测定室内气流速度一般用热球微风仪。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。,第一节 微气候的若干条件及其相互关系,人体的热交换和平衡人体对微气候环境的主观感觉,第二节人体对微气候条件的感受与评价,人体的体温控制是一个完善的温度调节系统。人体本身也是一个热源。若人体的能量代谢为M，向体外做功为W，向体外散发的热量为H。当MHW时，人体处于热平衡状态，此时人体皮温在36.5左右，人感到舒适；当MHW时，人感到热；当MHW时，人感到冷。,一、人体

5、的热交换和平衡,人体的基本热平衡方程式为：SMWH式中 S人体内单位时间贮热量（即热流量，以下同）（W）；M人体内单位时间能量代谢量（W）；W人体单位时间所做的功（W）；H人体单位时间向体外散发的热量（W）。,一、人体的热交换和平衡,人体内单位时间蓄热量S可以通过体内平均温度求得 S1.15mCp(BT1-BT2)/t式中 m身体重量（kg）；Cp人体比热容常数（3.475kJ/(kgK)）；BT1初始体内平均温度()；BT2终末体内平均温度()；体内平均温度BT0.33皮温0.67直肠温度；t 经历的时间（h）。,一、人体的热交换和平衡,人体单位时间向体外散发的热量H，取决于辐射热交换、对流

6、热交换、蒸发热交换、导热热交换，即 HRCEK（kJs）式中 R单位时间辐射热交换量（kJs）；C单位时间对流热交换量（kJs）；E单位时间蒸发热交换量（kJs）；K单位时间传导热交换量（kJs）。,一、人体的热交换和平衡,人体单位时间的辐射热交换量，取决于热辐射常数、皮肤表面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度和皮温等。,一、人体的热交换和平衡,为了增加人体对流散热，一是要保持环境温度在36.5以下，二是增加皮肤表面的气流速度，从对流散热的角度出发，人应尽量少穿衣服，尽量穿薄质的衣服。需注意的是，气流速度对人体散热的影响不是线性关系。当气流速度大于2m/s时，再增加人体散热已不显著。,一、人

7、体的热交换和平衡,一、人体的热交换和平衡,人体单位时间蒸发热交换量，取决于皮肤表面积、服装热阻值、蒸发散热系数以及相对湿度等。在热环境中，增加气流速度，降低湿度，可以加快汗水蒸发，达到散热的目的。单位时间传导热交换量，取决于皮肤与物体温差和接触面积的大小以及物体的导热系数。,一、人体的热交换和平衡,人体对微气候环境的主观感觉，即心理上感到满意与否，是进行微气候环境评价的重要指标之一。由于构成微气候环境的若干条件的差异，人体对其感觉取决于它们之间的综合影响。,二、人体对微气候环境的主观感觉,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

8、湿度（）与气温t（）的关系为（）1887.2 t（）t26（）,二、人体对微气候环境的主观感觉,鲍生（JEBosen）提出了不舒适指数DI（Discomfort index），DI0.72（干球温度湿球温度）40.6，评价人体对温度、湿度环境的感觉。通过对美国人的实验表明：当DI70时，绝大多数人感到舒适；当DI75时，有一半人感到不舒适。,二、人体对微气候环境的主观感觉,为了综合反映人体对气温、湿度、气流速度和辐射热的感觉，提出了有效温度这一概念。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气湿的等效温标。,二、人体对微气候环境的主观感觉,杨格鲁（CPYaglou

9、）以干球温度、湿球温度、气流速度为参数，进行大量实验，绘制成有效温度图（图42）。例如，测得某一作业场所的干球温度为76（24.5），湿球温度为62（16.6），气流速度为100ft/min（约30.5m/min）；则从干球温度标尺的A点（76）到湿球温度标尺的B点（62）引一直线AB，AB与气流速度100ft/min的曲线交点，即为该环境条件的有效温度69（20.6）。,二、人体对微气候环境的主观感觉,二、人体对微气候环境的主观感觉,美国暖房换气学会经过大量实验研究总结出，夏秋与冬季人们感觉舒适的环境不同，大多数人冬季感觉舒适的微气候条件是相对湿度在3070之间，有效温度为16.821.7所

10、围成的区域（冬季快感域）；大多数人夏季感觉舒适的微气候条件是相对湿度在3070之间，有效温度为18.823.9所围成的区域（夏季快感域）（图43）。,二、人体对微气候环境的主观感觉,二、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，除与上述环境条件有关外还与服装、作业负荷等因素有关。一般认为，当作业负荷低于225W时，人的服装的热阻值每增加0.1clo，相当于环境温度增加0.6；当作业负荷高于225W时，服装的热阻值每增加0.1clo，相当于环境温度增加1.2；以工作负荷115W为界，每增加30W，相当于环境温度增加1.7。,二、人体对微气候环境的主观感觉,有的学者提出用干球温度、湿

11、球温度、气流速度和热辐射4个因素的综合指标WBGT作为微气候的衡量指标，即加权平均温标。当气流速度小于1.5m/s的非人工通风条件下时，采用下式计算 WBGT0.7WB0.2GT0.1DBT,二、人体对微气候环境的主观感觉,当气流速度大于1.5m/s的人工通风条件下时，采用下式计算 WBGT0.63WB0.2GT0.17DBT式中 WB湿球温度（）；GT黑球温度（）；DBT干球温度（）。,二、人体对微气候环境的主观感觉,二、人体对微气候环境的主观感觉,高温作业环境对人体的影响低温作业环境对人体的影响,第三节 微气候条件对人体的影响,凡具有下列情况之一者，可列为高温作业在有热源的生产场所中，每小

12、时散热量大于20千卡/（立方米.小时）。工作地的气温，在寒冷地区超过320C，在炎热地区超过350C。工作地的热辐射强度超过1卡/（平方厘米.分）时。工作地的气温在300C以上，相对湿度超过80%时。,一、高温作业环境对人体的影响,高温作业的基本类型有三种高温、强热辐射作业高温高湿作业夏季的露天作业,一、高温作业环境对人体的影响,一、高温作业环境对人体的影响,高温作业环境条件不仅引起人体不适，影响身体健康，而且还使生产效率降低。随温度提高和气流速度降低，作业明显降低（图44）。,一、高温作业环境对人体的影响,一、高温作业环境对人体的影响,脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效温度达到29.5时。脑

13、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，持续作业的时间就越短（图45）。,一、高温作业环境对人体的影响,一、高温作业环境对人体的影响,在强热辐射的高温作业环境条件下，人体的热平衡机能更易遭到破坏，这时进行较大强度作业，体内温度升高，循环系统负担增大，脉搏增加。当脉搏超过150次min时，持续作业很困难，应适当增加休息时间。以炼钢、热轧作业为例，当作业环境的湿球温度达到90时，连续作业时间不能超过15min，并随之休息30min以上才能恢复热平衡机能。,一、高温作业环境对人体的影响,高温作业环境条件下，人体的耐受度与人体“核心”温度有关。“核心”温度低于38，一般不会引起热疲

14、劳。常用直肠温度表示人体的“核心”温度。据研究，直肠温度人脑温度肝脏温度右心房温度0.6食管温度0.6口腔温度0.4。由于不能依靠观察直肠温度的变化确定人体对高温环境的耐受极限，就需要了解直肠温度与环境温度、作业负荷的关系。,一、高温作业环境对人体的影响,一、高温作业环境对人体的影响,图46表明，在一定温度范围内，人体“核心”温度能够保持一定的热平衡机能，而且其“核心”温度取决于作业的负荷（劳动强度）。“核心”温度tR与作业负荷W的关系为 tR37.00.0019M 式中 tR核心温度（）M作业负荷（W）。,一、高温作业环境对人体的影响,可以看出，在较低的劳动负荷（290W）条件下，环境有效温

15、度低于29时，人体“核心”温度保持在37.4；在中等劳动负荷（349W）条件下，环境有效温度低于27时，人体“核心”温度保持在37.7；在较高的劳动负荷（488W）条件下，环境有效温度低于26时，人体“核心”温度保持在37.9。,一、高温作业环境对人体的影响,在高温作业环境条件下工作，使作业者增加烦躁感，由于热环境下体表血液循环加快，导致大脑中枢相对缺血，使注意力降低，因此会诱发事故。,一、高温作业环境对人体的影响,Vernon调查了三个兵工厂，发现环境温度与事故频率存在着密切关系。环境温度为1722.5时的事故率最低，以其基数记为100；当环境温度升高到25.3时，男性作业者事故率增加到14

16、0，女性作业者事故率增加到108；当环境温度降低到11.4时，男性作业者事故率为138，女性作业者事故率为132。,一、高温作业环境对人体的影响,人体具有一定的冷适应能力，环境温度低于皮温时，刺激皮肤冷觉感受器发出神经冲动，引起皮肤毛细血管收缩，使人体散热量减少。外界温度进一步下降，肌肉因寒冷而剧烈收缩抖动，以增加产热量维持体温恒定的现象，称为冷应激效应。,二、低温作业环境对人体的影响,人体对低温的适应能力远远不如人体的热适应能力。气温降低时，人体的不舒适感迅速上升，机能迅速下降。在低温条件下，脑内高能磷酸化合物的代谢降低，并可导致神经兴奋性与传导能力减弱，出现痛觉迟钝和嗜睡状态。在低温适应初

17、期，代谢率增高，心率加快，心脏搏出量增加；当人体核心温度降低之后，心率也随之减慢，心脏搏出量减少。这实际上是人体已经不能适应低温环境的信号。,二、低温作业环境对人体的影响,低温环境对人体的影响，不但取决于温度，还取决于湿度、气流速度。随着湿度的增加，衣服的热阻值降低，使衣服起不到御寒的作用，随着气流速度的增加，人体通过空气对流散热量增加，而且温度越低，气流速度的影响越大，有效温度降低量越大。,二、低温作业环境对人体的影响,低温环境条件下，最先感到不适的是人体的末端手、脚、腿和胳膊，以及暴露部分耳、鼻、脸。低温环境条件，首先影响人体四肢的灵活性，在干球温度15.5时，作业几个小时后，手就会丧失柔

18、性和操作灵敏性。因此，低温环境也对生产效率和安全性产生不利影响。,二、低温作业环境对人体的影响,增加衣服的热阻值，是人体在低温环境下，抵御寒冷的重要手段。但是，衣服太厚会增加人体的不灵活程度。对于某些作业，行动不灵活是不允许的。因此，调节衣服适应低温条件，不总是奏效。,二、低温作业环境对人体的影响,高温作业环境的改善低温作业环境的改善,第四节 改善微气候条件的措施,作业者在高温环境中的反应及耐受时间受气温、湿度、气流速度、热辐射、作业负荷、衣服的热阻值等几个因素的影响。高温作业环境应该从生产工艺和技术、保健措施、生产组织措施等几个方面入手加以改善。,一、高温作业环境的改善,生产工艺和技术措施合

19、理设计生产工艺过程。工程技术人员、人机工程工作者和管理者在进行生产工艺设计时，要切实考虑到作业人员的舒适问题，应尽量将热源布置在车间外部，使作业人员远离热源，否则热源应设置在天窗下或夏季主导风向的下风头，或热源周围设置挡板，防止热量扩散。,一、高温作业环境的改善,生产工艺和技术措施屏蔽热源。在有大量热辐射的车间，应采用屏蔽辐射热的措施。屏蔽方法有三种：直接在热辐射源表面上铺上泡沫类物质；在人与热源中间设置屏风；给作业者穿上热反射服装（铝夹克）。最后一种方法对于中等以上负荷的作业者不适应，因为铝夹克的热阻值太大，不利于蒸发散热。,一、高温作业环境的改善,生产工艺和技术措施降低湿度。人体对高温环境

20、的不舒适反应，很大程度上受湿度的影响，当相对湿度超过50时，人体通过蒸发汗的散热功能显著降低。工作场所控制湿度的唯一方法是在通风口设置去湿器。,一、高温作业环境的改善,生产工艺和技术措施增加气流速度。通过门窗进行自然通风换气，可以增加空气的新鲜感，这对于工作效率的提高是积极的。纽约通风委员会通过实验证明，通风条件差，影响工作效率。气温越高，影响越大（表43）。,一、高温作业环境的改善,一、高温作业环境的改善,保健措施合理供给饮料和补充营养。高温作业时作业者出汗量大，应补充与出汗量相等的水分和盐分，否则会引起脱水和盐代谢紊乱。一般每人每天需补充35kg，盐20g。一般应以膳食供给的盐为主。水的补

21、充方法应以多次少饮为宜。另外还要注意补充适量的蛋白质和维生素A、B1、B2、C和钙等元素。,一、高温作业环境的改善,保健措施合理使用劳保用品。高温作业的工作服，应具有耐热、导热系数小、透气性好的特点。,一、高温作业环境的改善,保健措施进行职工适应性检查。每一个人的热适应能力有差别，有的人对高温条件反应敏感；有的人耐热能力强。因此，在就业前应进行职业适应性检查。凡有心血管器质性病变的人，高血压、溃疡病、肺、肝、肾等病患的人都不适应于高温作业。,一、高温作业环境的改善,生产组织措施合理安排作业负荷。在高温作业环境下，为了使机体维持热平衡机能，工人不得不放慢作业速度或增加休息次数，以此来减少人体产热

22、量。高温作业条件下，不应该采取强制生产节拍，而应由工人自己决定什么时候工作，什么时候休息。要通过技术措施，尽量减少高温条件下作业者的体力消耗。,一、高温作业环境的改善,生产组织措施职业适应。对于离开高温作业环境较长时间又重新从事高温作业者，应给予更长的休息时间，使其逐步适应高温环境。高温作业应采取集体作业，能及时发现热昏迷。训练高温作业者自我辨别热衰竭和热昏迷的能力，一旦出现头晕、恶心，及时离开高温现场。,一、高温作业环境的改善,做好采暖和保暖工作应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的规定，设置必要的采暖设备。调节后的温度要均匀恒定。有的作业需要和外界发生联系，外界

23、的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。,一、低温作业环境的改善,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，使衣服的热阻值减少，在休息时更感到寒冷。因此工作负荷的增加，应以不使作业者工作时出汗为限。对于大多数人，负荷量大约为175W。,一、低温作业环境的改善,个体保护低温作业车间或冬季室外作业者，应穿御寒服装，御寒服装应采用热阻值大、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。,二、低温作业环境的改善,采用热辐射取暖室外作业，若用提高外界温度的方法清除寒冷是不可能的；若采用个体防护方法，厚厚的衣服又影响作业者操作的灵活性，而且有些部位又不能被保护起来。这时采用热辐射的方法御寒最为有效。,二、低温作业环境的改善,微气候、相对湿度及其正负辐射的概念是 什么？人体单位时间向体外散热量取决于哪些因素？如何运用人体热平衡方程式评价人体对微气候的主观感觉？不舒适指数、有效温度和综合指标WBGT的概念是什么？什么是热应激效应和冷应激效应？高、低温作业环境对人体有哪些主要影响？如何改善作业环境？,本 章 习 题,谢谢大家！,