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高温高湿环境下影响人体热耐受力因素的实验研究天津大学环境学院孙丽婧朱能摘要：本文从高温高湿环境影响人体生理机能的机理出发，通过对大量实验数据的分析，揭示了高温高湿环境下某些因素对人体热耐受力产生影响的程度，包括：新陈代谢率、温湿度、WBGT。结合实验数据，提出对高温高湿环境的有效控制策略。关键词：高温高湿环境热耐受力新陈代谢率温湿度WBGT1引语恶劣工作环境下工作的劳动者的权益日益受到广泛的关注。为保护高温高湿环境下工作的劳动者，国家出台了一系列作业安全实施办法，如《工作场所有害因素职业接触限值》条款[1]。然而，如何评价劳动者是否达到忍耐极限，高温、高湿环境下各环境参数对人体耐受力的影响程度，以及如何减小高温、高湿环境下作业对人体产生的危害，如何安全、科学的延长工人的作业时间仍值得深入的研究。2高温高湿环境人体耐受力试验介绍针对以上问题，本文主要从人体耐受力的影响因素入手，进行了环境仓实验研究。实验中主要通过变化环境舱温度、湿度等参数来检测人体在不同环境参数下的热耐力。环境舱的温度可控制在30、32、34、36、38、40℃，湿度可控制在40%、60%、80%。舱内环境温度测量高度立位作业为1.5m高；坐位作业为1.1m高[2]。考虑到作业人员实际受热可能不均匀，本实验同时测量了踝部、腹和头部的空气温度参数，其测点布置分别为：立位时测量点布置在离地高度为0.1、1.1和1.7m处；坐位时测量点布置为离地高度0.1、0.6和1.1m。以每20分钟为一组，分别记录受试人员的体温、心率等值的变化。当受试者忍耐极限瞬时，再记录体温、心率等值。实验过程中，仓内有受试人员4名，身着长袖衬衫、长裤（clo=1.88）[4][7]，分别从事不同强度体力劳动，其中一人从事重度强度劳动，新陈代谢率平均值为396kcal/hr；两人从事中等强度劳动，新陈代谢率平均值为228kcal/hr；一人从事轻等强度劳动，劳动的个体新陈代谢率平均值为78kcal/hr[9]。（此值由美国热湿环境工作安全标准平均新陈代谢值对照表中得出。实际新陈代谢值在上述平均值的基础上根据劳动者体重进行了修订）同时，人体热耐受极限的确定主要采用了客观和主观双管齐下的方法，包括人体的主观感受和口腔温度值。当出现眩晕、恶心等中度热失调症状[6]或口腔温度达到38℃[10]时认为试验个体达到忍耐极限[3]。3影响因素分析3.1新陈代谢率对耐受时间的影响分析由于个体的差异，不同人在相同环境参数下从事相同劳动强度的工作时也会有不同的反应和不同的耐受时间，尽管存在着很大的主观性，实验中的数据仍能给我们许多关于变化趋势的有用信息。图1所示是在不同温、湿度条件下，新陈代谢率对忍耐时间影响的分布图。1从上图中可以看出，在30℃/40%(温度/湿度),30℃/60%,30℃/80%,34℃/40%,34℃/60%的环境条件下，忍耐时间基本不受新陈代谢率的影响，可见在温、湿度较低的条件下，劳动强度的大小对热耐受能力基本不产生影响；在34℃/80%,36℃/40%,36℃/60%,38℃/40%,38℃/60%的环境条件下，只有当新陈代谢率增大到某一数值才会对忍耐时间有所影响，该数值由温、湿度决定，因此，维持较小的新陈代谢率能够使人体在不受热伤害的前提下，保持较长的劳动时间；当环境温湿度为36℃/80%,38℃/80%,40℃/40%,40℃/60%,忍耐时间随着新陈代谢率的增加明显缩05010015020025030020120220320420520平均新陈代谢负荷(Kcal/h)忍耐时间(min)30℃,40%30℃,60%30℃,80%05010015020025030020120220320420520平均新陈代谢负荷(Kcal/h)忍耐时间(min)34℃,40%34℃,60%34℃,80%b．34℃不同新陈代谢率忍耐时间分布图a．30℃不同新陈代谢率忍耐时间分布图05010015020025020120220320平均新陈代谢负荷(Kcal/h)忍耐时间(min)38℃,40%38℃,60%38℃,80%05010015020025020120220320420520平均新陈代谢负荷(Kcal/h)忍耐时间(min)36℃,40%36℃,60%36℃,80%d．38℃不同新陈代谢率忍耐时间分布图c．36℃不同新陈代谢率忍耐时间分布图05010015020025050150250350450550平均新陈代谢负荷(Kcal/h)忍耐时间(min)40℃,40%40℃,60%40℃,80%e．40℃不同新陈代谢率忍耐时间分布图图1不同温湿度条件下新陈代谢率与忍耐时间的关系2短，这几组温、湿度条件下，新陈代谢的增加对忍耐时间有着很大的影响，在这些温、湿度条件下，控制新陈代谢率是延长忍耐时间的主要手段；而在40℃/80%的温、湿度条件下，忍耐时间不再受新陈代谢率的影响，而主要取决于环境参数。a．重体力劳动温度与忍耐时间关系图y=1735.4e-0.0897xy=30643e-0.1497xy=2E+06e-0.2617x050100150200250333435363738394041温度(℃)忍耐时间(min)40%湿度60%湿度80%湿度80%(乘幂回归)60%(乘幂回归)40%(乘幂回归)y=6021.2e-0.0544xy=570.7e-0.0268xy=126.91e-0.0067xy=113.94e-0.0108x2575125175225275354555657585相对湿度(%)忍耐时间(min)34℃36℃38℃40℃34℃(乘幂回归)36℃(乘幂回归)38℃(乘幂回归)40℃(乘幂回归)b．重体力劳动湿度与忍耐时间关系图c．中度体力劳动温度与忍耐时间关系图y=165829e-0.1989x050100150200250333435363738394041温度(℃)忍耐时间(min)40%湿度60%湿度80%湿度80%(乘幂回归)y=174.34e-0.0055xy=798.74e-0.0334x25456585105125145165185205225354555657585相对湿度(%)忍耐时间(min)34℃36℃38℃40℃38℃(乘幂回归)40℃(乘幂回归)d．中度体力劳动湿度与忍耐时间关系图e．轻体力劳动温度与忍耐时间关系图y=18271e-0.1359x020406080100120140160180200333435363738394041温度(℃)忍耐时间(min)60%湿度80%湿度80%(乘幂回归)f．轻体力劳动湿度与忍耐时间关系图y=3418.5e-0.0486x2545658510512514516518520555606570758085相对湿度(%)忍耐时间(min)34℃36℃38℃40℃40℃(乘幂回归)图2温湿度影响分析图33.2温湿度对忍耐时间的影响程度在室内工作时人体主要通过对流和蒸发作用作与周围环境进行热交换。对流作用散发热量的大小主要取决于环境温度，环境温度较低时，对流换热加强；环境温度较高时，对流换热减弱。当环境温度高于体表温度时，热流逆向，由环境向身体传热，身体冷却机制减弱。而蒸发散热的多少主要取决于周围环境的湿度，高湿度阻止体表汗液蒸发，降低了蒸发散热，使身体余热不能及时散发；而低湿度的空气环境，则会加强蒸发散热。然而，哪个因素对身体的冷却机制影响更大一些呢?哪一个对耐受时间影响更大?哪一个更应该引起我们的重视呢？温湿度这两种因素对忍耐时间的影响因素如图2所示（图中仅为四小时内达到忍耐极限试验个体的相关数据）。在图中，可回归出如下温湿度与忍耐时间的关系式，见表1和表2。表1湿度与耐受时间关系式重体力劳动中度体力劳动轻体力劳动相对湿度对应公式相对湿度对应公式相对湿度对应公式40%y=4E+06e-0.2806x40%--40%--60%y=80305e-0.1729x60%--60%--80%y=2568.4e-0.1021x80%y=65829e-0.1989x80%y=18271e-0.1359x表2湿度与耐受时间关系式重体力劳动中度体力劳动轻体力劳动温度（℃）对应公式温度（℃）对应公式温度（℃）对应公式34℃y=6021.2e-0.0544x34℃--34℃--36℃y=570.7e-0.0268x36℃--36℃--38℃y=126.91e-0.0067x38℃y=174.34e-0.0055x38℃--40℃y=113.94e-0.0108x40℃y=798.74e-0.0334x40℃y=3418.5e-0.0486x由于，当x1时e-ax(a0)随a的增大变化率增大，因此，可以从温湿度与耐受时间的关系式中看出：单位湿度的变化对耐受时间的影响比单位温度的变化对耐受时间的影响要大，也就是说人体忍耐时间更大程度上取决于湿度的变化。在环境参数控制条件受到限制的情况下，我们应该投入更大的精力在湿度的控制上。3.3WBGT[5]温度对人耐时间的影响分析本实验是在环境舱内进行，因此采用室内湿球黑球温度的计算公式得到WBGT值。并通过实验测试得到受试样本在不同劳动强度（不同新陈代谢率）情况，不同WBGT值时的热忍受能力。图3为实验得出的WBGT温度与劳动热忍受时间对照表。a．男性个体WBGT温度与耐受时间的关系图图3WBGT与耐受时间关系图b．女性个体WBGT温度与耐受时间的关系图0408012016020024028024.2629.1230.3230.8232.3332.4932.9634.1235.1535.7536.3237.8WBGT温度(℃)耐受时间（分钟）重体力劳动中度体力劳动轻体力劳动0408012016020024028025.928.829.330.430.630.931.632.132.332.632.933.934.534.634.835.336.338.4WBGT温度(℃)耐受时间（分钟）重体力劳动中度体力劳动轻体力劳动4通过对图3实验结果的分析，我们可以发现，对于男性个体，重强度体力劳动的人员在WBGT31℃时，中等强度体力劳动的人员在WBGT34℃时，轻度强度体力劳动的人员在WBGT35℃时，可以连续工作4个小时。对于女性个体，重强度体力劳动的人员在WBGT34℃时，中等强度体力劳动的人员在WBGT36℃时，轻度强度体力劳动的人员在WBGT37℃时，基本可以连续工作4个小时。4讨论与结论1.在30℃/40%(温度/湿度)、30℃/60%、30℃/80%、34℃/40%、34℃/60%、40℃/80%的环境条件下，忍耐时间基本不受新陈代谢率的影响，劳动强度的增加并不会缩短忍耐时间；在34℃/80%,36℃/40%,36℃/60%,38℃/40%,38℃/60%的环境条件下，只有当新陈代谢率增大到某种程度才会对忍耐时间有所影响；当环境温湿度为36℃/80%,38℃/80%,40℃/40%,40℃/60%,忍耐时间随着新陈代谢率的增加明显缩短，在这几组温、湿度条件下，新陈代谢负荷的控制是调节热耐受时间的主要手段。2.单位湿度的变化对耐受时间的影响要比单位温度的变化对耐受时间的影响要大，也就是说人体忍耐时间更大程度上取决于湿度的变化。因此，在经济或其他条件受到限制的情况下，对湿度进行控制要比对温度进行控制更有意义。3.不同劳动强度下，在一定的WBGT温度范围内，劳动者能够在机体不受到热伤害的前提下持续工作4小时。4.女性个体比男性个体有更强的热耐受能力。在条件受到限制的情况下，可以有选择的对高温高湿环境下某些人为因素和客观因素的控制，最大限度的延长热耐受时间，减小个体在高温高湿环境下工作时发生危险的可能性以及提高个体生产效率，这对于目前的劳动个体安全以及生产都具有重大的指导意义。对于高温、高湿环境的研究还处于探索阶段，仍然有很多的工作等着我们去完善。5参考文献[1].劳工作业环境测定实施办法行政院劳工委员会八十一年二月十四日台八十一劳安三字第○二六九九号令发布[2].Bobb