第三章 微气候

1、第三章 作业环境概述 第一节 作业环境概述 一、影响人机系统的环境因素 微气候、照明、噪声、振动、粉尘等，另外还 有失重、超重、异常气压、加速度、各种辐射等。 二、作业环境分区 1、不能忍受的作业环境 2、不舒适的作业环境 3、舒适的作业环境 4、最舒适的作业环境 第二节 微气候环境 微气候是指小范围环境（如工作或生活场所 中）局部气候条件，其组成包括空气温度、空气 湿度、气流速度（风速）和热辐射四个参数。 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，不良的微气候环境 条件会增加人的疲劳感、降低劳动效率，影响人 的健康。 一、微气候要素及其相互关系 32)( 5 9 )(

2、CtFT OO 1、空气温度 （1）概念：空气的冷热程度。 （2）影响因素：大气温度、太阳辐射和作业场所的热源等。 （3）单位及其换算 摄氏温标（）和华氏温标（F）。华氏温标（符号为 F）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32F，水的沸点为 212F，中间有180等分，每等分为华氏1度。 两种温标的换算公式如下： %100 F f 2、空气湿度 （1）概念：空气的干湿程度。 （2）绝对湿度：在一定温度下，每立方米（m3） 空气中所含的水蒸气克数称为绝对湿度。 （3）相对湿度：某种温度、压力条件下空气中的 水蒸气压强f与相同温度、压力条件下空气的饱和水 蒸气压强F之百分比为该温度、压力条件下的相对

3、湿 度，记做 相对湿度在70%以上称为高气湿，低于30%称为 低气湿。 相对湿度可用通风干湿表或干湿球温度计测量。 人们根据干球、湿球温度可以从相应的表格中找到 相应的相对湿度。 在高温条件下，高湿度让人感到闷热； 在低温条件下，高湿度让人感到阴冷。 3、气流速度 （1）概念：空气的流动速度，又叫空气流速， 单位为m/s。 （2）气流速度的影响因素 除受风力影响外，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。 测定室内气流速度一般用热球微风仪，这是一 种测量低风速的仪器（0.051m/s），另外，比较 常见的有便携式电子微风仪、手持式风向风速仪和 智能热风式风速仪。 4、热辐

4、射 （1）概念：物体在绝对温度大于0K时的辐射能量。 （2）特性 热辐射是一种红外线，它不能加热气体，但能 被周围物体所吸收而转变成热能，从而使物体升温， 成为二次辐射源。 （3）正辐射与负辐射 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。 当周围物体表面温度低于人体表面温度时，人 体向周围物体辐射热能使物体受热，称为负辐射。 （4）热辐射强度 热辐射体单位时间、单位面积上所辐射出的热 量称为物体的热辐射强度（J/cm2.min）。 测量工具：黑球温度计，它是一种球形温度计， 球内插一支水银温度计。打开热辐射源，黑球温度 上升，关闭热辐射源，黑球温度下

5、降，其差值为实 际辐射温度。 5、微气候各要素之间的相互关系 在人类作业或起居环境中，气温、湿度、热辐 射和气流速度对人体的影响是可以相互替代的。某 一参数的变化对人体的影响，可以用另一参数的相 互变化所补偿。 微气候对人体的影响是由其构成因素共同作用 产生的，必须综合评价微气候条件。 微气候指标： 把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，称之为微气候指 标。如：空气温度和周围表面温度；空气温度、气 流速度和相对湿度；空气温度和相对湿度。 二、微气候对人体的影响二、微气候对人体的影响 1 1、人类对变化无常的气候的适应方法、人类对变化无常的气候的适应方法 （1

6、1）改善自身的生活条件来适应，如建造房）改善自身的生活条件来适应，如建造房 屋，穿合适的衣服，使用空调等；屋，穿合适的衣服，使用空调等； （2 2）人体的生理调节机制，有一套能保持体）人体的生理调节机制，有一套能保持体 内温度相对稳定的热调节系统。调节机制主要是收内温度相对稳定的热调节系统。调节机制主要是收 缩或扩张机体深处和体表的血管、出汗和发抖。缩或扩张机体深处和体表的血管、出汗和发抖。 EWRCMS 2、人体的热平衡 人体单位时间的蓄热量（以下单位都为kJ/s） M人体新陈代谢产热量 C对流交换的热量，吸热为正，放热为负 R辐射热交换，吸收辐射热为正，放出辐射热为负 E皮肤表面出汗和由肺

7、部排出水分的蒸发作用带走 的热量 W人体对外做功所消耗的热量 在上式右边，有时还增加传导热交换，它取决 于皮肤与环境（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。不知 不觉的散热可能对人体产生有害影响。 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。 舒适的衣内微气候的范围并不宽，一般是指温 度32摄氏度，湿度40%到60%之间，风速10到40cm/s 之间。 理想的衣服一般是指根据外界环境条件和人体 活动状态不同，能挡住或转移水分和热，具有使衣 服内微气候经常保持在舒适范围内的调节功能。 三、人体对微气候环境的主观感受 人体对微气候环境的主观感觉

8、，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。舒适的含义有两种：第一，人主观感到的舒适度； 第二，人体身体上的适宜度。比较常用的是以人的主 观感觉作为标准的舒适度，它往往影响工作效率。 1、舒适温度及其影响因素 所谓舒适温度是对某一温度范围而言的，生理学 上常规定：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。按照这一标准测 定的温度一般是18到24摄氏度。 影响舒适温度的因素主要包括：季节、劳动条件、 衣服、地域、性别和年龄等。 热习服：指不间断或反复居住在高温气候中，身体 会逐渐适应这种特殊的气候条件，身体对抗热应激 的稳定性得到发展，对炎

9、热的耐受能力提高，出现 热适应状态。 2、舒适湿度 舒适湿度一般为40%-60%。高温高湿对人的感觉 和工作效率的消极影响极大。 3、舒适的风速 在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为 0.3m/s，而在拥挤的房间里为0.4m/s。室内温度和 湿度很高时，空气流速最好在1-2m/s。 四、微气候环境的综合评价 1、不舒适指数（DI） 舒伯特和希尔经过大量研究证明，最合适的湿 度H,(%)与气温（t，）的关系是 H=188-7.2t(12.2t26) 针对这个情况，J.E.Bosen提出了一个不舒适 指数DI来综合表征人体对温度湿度环境的感觉。 DI=（干球温度+湿球温度）0.72+0.46

10、不足之处是没有考虑风速的影响。 生活在不同国家、不同地区的人们感到舒适的 气候条件也有所区别，当不适指数在70附近时，人 感觉比较舒适。 2、有效温度 有效温度是一个将干球温度、湿度、空气流速 对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的 任一指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱 和空气的温度。换句话说，有效温度是指在某种干 球温度、湿球温度和风速下，人体的温热感觉与相 对湿度100%、风速为0时有同样感觉的等效温标。 当人穿正常衣服从事轻劳动的情况下，可以根 据干球温度、湿球温度、气流速度和有效温度图得 出有效温度。 使人感觉舒适的有效温度区域，夏季比冬季舒 适温度高。 有效温度高时，人

11、的判断力减退，误差增加。 人体对微气候环境的主观感觉，除与环境条件有 关外还与人体的着装、作业性质等因素有关。 作业种类作业种类脑力作业脑力作业轻体力作业轻体力作业重体力作业重体力作业 舒适温度（）15.5-18.312.7-18.910-16.9 不舒适温度（）26.723.921.1-23.9 3、三球温度指数WBGT（也称湿球黑球温度） 综合考虑了干球温度、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，也是综合评价人体接触作业环境 热负荷的一个基本参量。 热负荷：指人体在热环境中作业时的受热程度，取决于 体力劳动的产热量和环境与人体间热交换的特性。 WBGT的计算如下： （1）

12、室内外无太阳辐射时（室内、阴天或夜间） WBGT=0.7WB+0.3GT WB自然湿球温度 GT黑球温度 （2）室外有太阳辐射时 WBGT=0.7WB+0.2GT+0.1DT DT干球温度 WBGT指数确定后，结合作业者能量代谢值，可确定特定 工作条件下，作业者的合理劳动时间。 下表为美国工业卫生委员会推荐的各种不同的 劳动休息时间制度的三球温度指数阈值，直观的说 明了在不同劳动强度和劳动休息制度下，对工作环 境的微气候条件的限制。 允许接触高温的WBGT阈值 作业种类作业种类轻作业轻作业中等作业中等作业重作业重作业 持续作业3026.725.0 75%劳动， 25%休息 30.628.025

13、.9 50%劳动， 50%休息 31.429.427.9 25%劳动， 75%休息 32.231.130.0 我国也制定了GB/T17244-1998热环境根据WBGT 指数（湿球黑球温度）对作业人员热负荷的评价， 它根据WBGT指数变化情况，并以作业人员8h工作日 平均能量代谢率为基础，将热环境的评价标准分为 四级，说明在不同劳动强度下，作业人员对热负荷 的感觉。 4、卡他度 卡他度是卡他温度计在平均温度为36.5（模 拟人体平均体温）时液球单位表面积上在单位时间 内所散发的热量。 卡他度实际上就是用卡他计液球的散热强度来 模拟人体的散热强度。 卡他度单位为mJ/(cm2.s)或mcal/（

14、cm2.s）。 其中 1cal=4.1868J。 1千瓦时 = 0.86mcal 卡他度的测定： 将卡他温度计放入60-80的热水中，使酒精上 升到上部空间的1/3处，取出擦干（测量干卡他度） 后挂在测定空间点。随着液球的散热，温度下降，酒 精液面不断下降。记录由38降到35所需要的时间。 然后按下式计算卡他度H H=F/T H卡他度（mJ/cm2.s) F卡他温度计常数 T由38降至35所经过的时间（s）。 卡他度分为干卡他度和湿卡他度，前者反映对流 和辐射的散热效果，后者反映对流、辐射和蒸发的综 合散热效果。一般而言，H越大，环境散热越好。 轻劳动轻劳动中等劳动中等劳动重劳动重劳动 干卡他

15、度6810 湿卡他度182530 较舒适的卡他度 热感觉 卡他度 干式湿式 很热310 热3-410-12 令人愉快4-612-18 凉爽8-9.518-20 冷9.520 不同卡他度下的人的感觉 5、热指标 对热和湿度影响人体自身冷却能力的量度， 美国国家气象服务机构给出了一套热指标的体验 体系，如表5-4所示，每条线代表了对人有相同的 总体影响的空气温度和相对湿度的组合。 五、微气候环境对人体自身的影响 （一）高温作业环境（一）高温作业环境 1、高温作业环境的定义及分类 一般将热源散热量大于84kJ/(m2.h)的环境叫高 温作业环境。高温作业环境有三种类型： （1）高温强热辐射作业 生产

16、场所具有各种不同的热源，通过传导、对 流、辐射散热，使周围物体和空气温度升高；周围 物体被加热后，又可成为二次热辐射源，使气温更 高。这类作业的气象特点是气温高、热辐射强度大， 而相对湿度较低，形成干热环境。 （2）高温高湿作业 气温和湿度均高，但辐射强度不大。如通风不 良就形成高温高湿和低气流的湿热环境。 （3）夏季露天作业 高温和热辐射主要来源是太阳辐射，夏季露天 作业还受地表和周围物体二次辐射源的附加热作用。 2、高温作业环境条件下人体的生理特征 热应激效应：若人体的产热量大于散热量时， 人体产生热积蓄，使呼吸与心率加快，皮肤表面血 管的血流量急剧增加，甚至可达正常值的七倍之多， 这称为

17、热应激效应。 持续的高温环境会使心脏负担加重，脉搏加速， 导致热循环机能失调，造成急性中暑或热衰竭。热 衰竭是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。长期接触高温的 工人，其血压比一般高温作业及非高温作业的工人 高。 高温作业环境条件下，人体耐受度与人体“核 心”温度有关。核心温度低于38，一般不会引起 热疲劳。通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= 口腔温度+0.4 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M的关系式为： tR=37.0+0.0019M 式中，tR为核心温度（），M为

18、作业负荷（W） 3、高温作业环境对人体的生理影响 （1）心血管反应：一是皮肤的血管扩张，使供给 体内热量的血液流向皮肤，升高皮肤温度；二是心率 增加，心脏输出量能够增加50%-75%。 （2）人的水分和盐分大量丧失 （3）对消化系统的抑制作用 （4）对中枢神经系统具有抑制作用 （5）高温及噪声联合作用损伤人的听力 （6）长期高温或极高的温度会引起几种机体功能 紊乱，如热疹（俗称痱子）、热痉挛、热衰竭、中暑 等。 痉挛： 指肌肉突然做不随意挛缩，俗称抽筋，会令 患者突感剧痛，肌肉动作不协调。 热痉挛： 一种高温中暑现象。在干热环境条件下劳动， 出汗过度，随汗液排出很多NaCl，发生肢体和腹 壁肌

19、肉的痉挛现象。患者体温并不升高。补充食 盐水即可缓解。热痉挛通常是受热导致虚脱的第 一次警告，过度劳累之后，胳膊、腿和腹部等处 的肌肉都会发生这种痉挛，一般由于身体盐分缺 乏而引起 。 4、个人差异与高温 导致人们对高温的忍耐度存在个体差异的因素有： （1）身体健康状况 （2）年龄 （3）性别 （4）脂肪 （5）酒精 5、对高温的适应 经常工作在热环境中的人表现出对高温明显的适应性： （1）出汗率的提高（更早出汗，出汗量更大及 含盐量更低）； （2）产热速率降低，更低的内核温度。 6、高温对工作效率和事故的影响 随着温度提高和气流速度降低，作业效率明显降 低，脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效

20、温度达到 29.5时，脑力劳动的效率就开始降低，有效温度越 高，持续作业的时间越短。意外事故率最低的温度为 20左右，温度高于28或降到10以下时，意外事 故增加30%。 （二）低温作业环境对人体的影响（二）低温作业环境对人体的影响 1 1、生理反应、生理反应 低温可引起体温过低，通常表现为体温低于 35。低温容易产生冷应激现象。 冷应激效应： 人体具有一定的冷适应能力，当环境温度低于 皮肤温度时，刺激皮肤冷觉器发生神经冲动，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，肌肉因寒冷剧烈收缩抖动，增加产热 量维持体温恒定，称之为冷应激效应。 人体对低温的适应能力远不如人体的热适

21、应能 力。低温会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。在低温作业环境下，人体经 历了低温适应初期和不能适应低温环境的两个阶段： 在低温适应初期，人体代谢率增高，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。 舒适与否的感觉与皮肤温度有一定的关系，表5- 10显示了各种低温感觉下的人体平均皮肤温度和手 部皮肤温度。 2 2、低温的指标、低温的指标 等效风冷指标：等效风冷指标：指与给定的空气温度和风速时等效 的风冷温度，即在和风（泛指速度和缓的风，温和 的风，暖和的风，冬天里的南风，春风等 ）状态下， 某个空气温度与给定的空气温度和风速的联合作用 产生相同的主观不适感。（表5-11） 3 3、影响、影响 低温环境影响人体四肢的灵活性，出现肢体麻 木，进而影响精细运动灵巧度和双手的协调动作。 手的操作效率和手部皮肤温度及手温有密切关系。