第03章微气候环境

人因与工效学HumanFactorsandErgonomics第3章微气候环境温沛涵重庆大学机械工程学院[e-mail]3.1微气候要素及其相互关系3.2人体的热交换与平衡3.3微气候对人的影响3.4改善微气候环境的措施-2-3.1微气候要素及其相互关系3.2人体的热交换与平衡3.3微气候对人的影响3.4改善微气候环境的措施-3-温沛涵[e-mail]微气候要素•微气候–工作（或生活）场所所处的局部气候条件。•微气候参数–空气气温AirTemperature–空气湿度AirMoisture/AirHumidity–气流速度（风速）Wind/AirSpeed–热辐射条件ThermalRadiation–周围表面温度•影响–情绪、疲劳程度、健康、舒适感觉和工作效率-4-温沛涵[e-mail]空气温度（气温）•空气的冷热程度•影响因素–大气温度、现场冷热源、人体散热•测量–干球温度计（干球温度）•温标–摄氏温标（oC）𝑡𝐶0=59𝑡𝐹0−32–华氏温标（oF）𝑡𝐹0=95𝑡𝐹0+32-5-温沛涵[e-mail]空气湿度•空气的干湿程度。–绝对湿度每立方米空气内所含水汽克数–相对湿度某气温、压力条件下空气的水汽压强与相同气温、压力条件下饱和水汽压强的百分比•测量–双温通风干湿球温度计–便携式温湿度计、智能湿度测量仪等-6-温沛涵[e-mail]气流速度（风速）•空气的流动速度•影响因素–外界风力、冷热空气对流•测量–热球微风仪–便携式电子（热球）微风仪–手持式定向风速仪–智能热风式风速仪-7-温沛涵[e-mail]热辐射•物体在绝对温度大于0K时的辐射能量–红外线，不加热气体，能被周围物体吸收转变成热能–正辐射、负辐射–单位：J/cm2•min•测量–黑球温度计-8-温沛涵[e-mail]微气候要素相互关系•微气候指标–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•要素组合–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-9-3.1微气候要素及其相互关系3.2人体的热交换与平衡3.3微气候对人的影响3.4改善微气候环境的措施-10-温沛涵[e-mail]人体热机•功能：把食物的化学能转化为功和热量•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•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-11-温沛涵[e-mail]人体的基本热平衡方程式•人体与环境的热交换方式–辐射、对流、蒸发和传导•人体热平衡方程–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-人体新陈代谢产热率（J/m2•h）Qc-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）Qe-人体向周围环境的蒸发热传递率（J/m2•h）Qk-人体外表面向周围环境的辐射热传递率（J/m2•h）“＋”表示人体得热，“－”表示人体散热-12-温沛涵[e-mail]热交换影响因素•人体单位时间对流热交换量–气流速度、皮肤表面积、对流传热系数、服装热阻值、气温及皮肤温度等•人体单位时间传导热交换量–皮肤与环境（包括所接触的物体、空气等）的温差以及所接触物体的面积大小及其导热系数•人体单位时间辐射热交换量–热辐射强度、面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度和皮肤温度等•人体单位时间蒸发热交换量–皮肤表面积、服装热阻值、蒸发散热系数及相对湿度等-13-温沛涵[e-mail]衣内微气候•衣服与皮肤之间微小空间的温度、湿度和风速的总称。•舒适范围–温度：32℃，湿度：(50±10)%，风速：(25±15)cm/s•微气候冷却系统-14-温沛涵[e-mail]人体对微气候的主观感受•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。•一般认为，“舒适”有两种含义：–人主观感到的舒适–人体生理上的适宜度–常用：主观舒适度-15-温沛涵[e-mail]舒适度•舒适温度：–人坐着休息，穿着薄衣服，无强迫热对流，未经热习服的人所感到的舒适温度。–一般是21℃±3℃–影响因素季节、劳动条件、衣服、地域、性别、年龄等•舒适湿度–40%~60%•舒适风速-16-温沛涵[e-mail]-17-作业姿势作业性质工作举例舒适温度/℃坐姿坐姿站姿站姿站姿脑力劳动轻体力劳动轻体力劳动重体力劳动很重体力劳动办公室、调度台操纵，肖零件分类车工、铣工沉重零件安装伐木18～2418～2317～2215～2114～20室内温度湿度基数允许风速/（m/s）温度/℃湿度/%182022242640～6040～6040～6040～6040～600.20.250.30.40.5温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•不舒适指数–Shepperd&Hill，湿度（H,%）与气温（t,℃）H=188－7.2t,12.2℃＜t＜26℃–Bosen，DiscomfortIndex,DIDI=(td+tw)×0.72+40.6-18-不适指数不适主诉率/%美国人日本人707579861050100难以忍受353670100温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•有效温度–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温的等效温标。–Yaglou，以干球温度、湿球温度、气流温度为参数，通过大量实验绘制成有效温度图。正常衣服、轻体力劳动有效温度图-19-温沛涵[e-mail]-20-温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价-21-有效温度值/℃热感觉生理学作用机体反应41～40很热强烈的热应力影响出汗和血液循环受到极大热打击，危险妨碍心脏血管的血液循环35热30暖和以出汗方式进行正常的温度调节25舒适靠肌肉的血液循环来调节正常20凉快利用衣服加强显热散热调节作用正常15冷鼻子和手的血管收缩粘膜、皮肤干燥10很冷肌肉疼痛，妨碍表皮的血液循环温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•三球温度指数（WBGT）–WetBulbGlobeTemperatureIndex–综合考虑干球温度、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。–综合评价人体接触作业环境热负荷的基本参量。–热负荷HeatStress人体在热环境中作业时的受热程度，取决于体力劳动产热量和环境与人体间热交换特性。-22-温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•三球温度指数（WBGT）–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WBGT=0.7WB+0.3GT–室外有太阳辐射时，要考虑干球温度(DT)WBGT=0.7WB+0.2GT+0.1DT–湿度很高、空气流速很低时，使用WBGT方法较差。-23-温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•卡他度–加热至36.5℃的卡他温度计液球在单位时间、单位面积上散发的热量，单位：mcal/cm2•s–一般用来评价劳动条件舒适程度。–卡他温度计是测定气温、湿度和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液柱由38℃降到35℃时所经过的时间（T）而求得：H=F/T-24-温沛涵[e-mail]微气候环境综合评价•卡他度–干卡他度：包括对流和辐射的散热效应。–湿卡他度：包括对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。-25-劳动状况卡他度轻劳动中等劳动重劳动干卡他度湿卡他度61882510303.1微气候要素及其相互关系3.2人体的热交换与平衡3.3微气候对人的影响3.4改善微气候环境的措施-26-温沛涵[e-mail]高温作业环境对人的影响•高温环境：热源散热量大于84kJ/（m2·h）–高温、强热辐射作业–高温、高湿作业–夏季露天作业•热应激效应–在高温作业环境条件下，人体通过呼吸、出汗及体表血管的扩张向外散热，当人体产热量大于散热量时，产生热积累，呼吸和心跳加快，皮肤表面血管的血流量激烈增加，以实现体温调节。•热衰竭–由热疲劳引起的全身倦怠，食欲不振，体重减少，头痛、失眠、无力等症状。-27-温沛涵[e-mail]高温作业环境对人的影响•人体“核心”温度–通常用直肠温度表示–直肠温度=人脑温度=肝脏温度=右心房温度+0.6℃=口腔温度+0.4℃–低于38℃，一般不会引起热疲劳–一定温度范围内能保持一定的热平衡机能–取决于作业的负荷（劳动强度）tR=37.0+0.0019M-28-温沛涵[e-mail]高温作业环境对人的影响•生理影响–对消化系统具有抑制作用–对中枢神经系统具有抑制作用–导致水分和盐分大量丧失–高温及噪声联合作用损伤人的听力•工作效率–27～32℃：肌肉用力的工作效率下降，用力工作的疲劳加速–32℃以上：需要较大注意力的工作及精密工作的效率开始受影响–29.5℃：脑力劳动的效率就开始降低-29-温沛涵[e-mail]高温作业分级-30-接触高温作业时间/minWBGT指数/℃25~2627~2829~3031~3233~3435~3637~3839~4041~4243~～120ⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅢⅢⅢ121～240ⅠⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣ241～360ⅡⅡⅢⅢⅣⅣ360～ⅢⅢⅣⅣ温沛涵[e-mail]低温作业环境对人的影响•冷应激效应–在低于皮温的环境下，皮肤血管收缩，体表温度降低，辐射和对流散热达到最小程度。当外界温度进一步下降，肌肉会因寒冷而剧烈收缩抖动，增加产热量维持体温恒定。–局部温度降至组织冰点（-5℃）以下时，组织发生冻结，造成局部冻伤。–人体对低温的适应能力远低于热适应能力。–低温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。-31-温沛涵[e-mail]低温作业环境对人的影响•低温作业环境下人体经历两个阶段：•低温适应初期–人体代谢率增高，心率加快，心脏搏出量增加•不能适应低温环境–人体核心温度降低之后，心率也随之减慢，心脏搏出量减少–人体长期处于低温条件，还会导致循环血量、白细胞、血小板减少，血糖降低，血管痉挛，营养障碍等症状。-32-温沛涵[e-mail]低温作业环境对人的影响•低温环境对人体的影响，不仅取决于温度，还取决于湿度、气流速度。•四肢灵活性–手的触觉敏感性的临界皮温是10℃左右–操作灵巧度的临界皮肤温度是12～16℃–长时间暴露于10℃以下，手的操作效率会明显降低-33-温沛涵[e-mail]-34-低温持续时间/min实验环境温度15℃~16℃12℃~13℃7℃~8℃015.1212.3111.781014.7711.169.972014.819.898.533014.679.477.254014.939.527.185014.899.417.85每分钟操作次数实验时间/min123456789102012.4014.2516.3718.2120.5420.6219.6419.7820.0120.623020.1323.4226.2127.3227.3727.4227.4727.5027.4326.58温沛涵[e-mail]衣着的温度效应•保温力：服装具有的保温值或总热阻。•保温功效–服装在特定条件下的保温力，或条件改变后保温力提高或抵御降低的能力（或效力）。–以服装材料保温力、环境