人因工程第3章微气候ppt课件

1、第三章第三章 微气候环境微气候环境 本本 章章 重重 点点n微气候要素及其相互关系微气候要素及其相互关系 n人体的热交换与平衡人体的热交换与平衡 n微气候环境对人的影响微气候环境对人的影响n改善微气候环境的措施改善微气候环境的措施 第一节第一节 微气候要素及其相互关系微气候要素及其相互关系n微气候是指生产、生活过程中现场所处的局部微气候是指生产、生活过程中现场所处的局部环境中的气候状况，包括下列环境中的气候状况，包括下列4个最重要的参个最重要的参数：数：n 空气气温空气气温n 空气湿度空气湿度n 气流速度风速）气流速度风速）n 热辐射条件状况热辐射条件状况n微气候环境直接影响人的情绪、疲劳程度

2、、安微气候环境直接影响人的情绪、疲劳程度、安康、舒适感觉和工作效率。康、舒适感觉和工作效率。一、空气温度气温）一、空气温度气温）n空气的冷热程度叫做气温。人们生产或生活所空气的冷热程度叫做气温。人们生产或生活所处局部环境的气温除受大气温度影响外，还受处局部环境的气温除受大气温度影响外，还受现场设备、产品、加工零件和原材料等冷热源现场设备、产品、加工零件和原材料等冷热源和人体散热的影响。气温通常由干球温度计和人体散热的影响。气温通常由干球温度计寒暑表测定，称为干球温度。气温的标度寒暑表测定，称为干球温度。气温的标度分摄氏温标（分摄氏温标（）和华氏温标（）和华氏温标（ ）。我国法）。我国法定采用摄

3、氏温标（定采用摄氏温标（），而美国则常采用华氏），而美国则常采用华氏温标（温标（ ），两种温标的换算关系为），两种温标的换算关系为 n （3-1）n （3-2）二、空气湿度二、空气湿度n湿度湿度:空气的干湿程度，分为绝对湿度和相对湿度。空气的干湿程度，分为绝对湿度和相对湿度。n (1)绝对湿度绝对湿度:每立方米每立方米m3空气内所含的水汽克空气内所含的水汽克数。数。n (2)相对湿度相对湿度:某气温、压力条件下空气的水汽压强与某气温、压力条件下空气的水汽压强与相相n 同温度、压力条件下饱和水汽压强的百分比。同温度、压力条件下饱和水汽压强的百分比。n 生产与生活环境场所的湿度常用相对湿度表示。相

4、对生产与生活环境场所的湿度常用相对湿度表示。相对湿度在湿度在70%以上称为高气湿，低于以上称为高气湿，低于30%称为低气湿。称为低气湿。n相对湿度可用通风干湿表或干湿球温度计测量。干湿球相对湿度可用通风干湿表或干湿球温度计测量。干湿球温度计中，湿球温度计指示的温度叫湿球温度，湿球温温度计中，湿球温度计指示的温度叫湿球温度，湿球温度略低于干球温度。度略低于干球温度。智能湿度测量技术的发展智能湿度测量技术的发展 便携式温便携式温湿度计湿度计1便携式温便携式温湿度计湿度计2图图3-1便携式温湿度计便携式温湿度计 单片微机的广泛应用和半导体存储器件技术的发展促进了智能湿度测量技术的发展。几种基于半导体

5、温度、湿度传感器，微型计算机完成计算，半导体记忆器件存储数据的便携式实时测量系统已得到广泛使用。如便携式温湿度计见图3-1）、智能湿度测量仪和单片微机测湿系统。它们都无须人工干预，实时性强，可以处理较多的数据；有的还可配多种探头以适应不同测量要求，实现在线数据记录、图形记录等；同时，配备报警功能以视觉、听觉、电子邮件形式发出报警信号。三、气流速度风速）三、气流速度风速）n气流速度：空气的流动速度气流速度：空气的流动速度m/s）。）。n 人类作业或生活起居场所中的气流速度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

6、生的气流也流所致。冷热温差越大，产生的气流也越大。气流速度的大小对人体散热速度越大。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产生直接影响，因此它是评价微气候条件的主要因素之一。件的主要因素之一。 图图图图3-4便携式风速便携式风速仪仪测定气流速度的仪器测定气流速度的仪器n测定室内气流速度一般用热球微风仪，这是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测量范围：一种测量低风速测量范围：0.051m/s0.051m/s的仪器。现在各种便携式电子热球微风的仪器。现在各种便携式电子热球微风仪如图仪如图3-23-2、图、图3-43-4所示）、手持式风向风所示）、手持式风向

7、风速仪如图速仪如图3-33-3所示和智能热风式风速仪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。都已经诞生，大大方便了测试工作。 图图3-2 电子热球微风仪电子热球微风仪 图图3-3 手持式风向风速仪手持式风向风速仪 四、辐射热四、辐射热n热辐射：物体在绝对温度大于热辐射：物体在绝对温度大于0 K时的辐时的辐 n 射能量。射能量。n热辐射是一种红外线，它不能加热气体，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。而使物体升温，成为二次辐射源。n人体也向外界辐射热量。当周围物体表面人体也向外界辐

8、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；反体辐射热能使人体受热，称为正辐射；反之，称为负辐射。之，称为负辐射。四、辐射热四、辐射热n热辐射强度：热辐射体单位时间、单位面积上热辐射强度：热辐射体单位时间、单位面积上所辐射出的热量所辐射出的热量J/cm2min）。）。图图3-5黑球温度计黑球温度计n 测量热辐射可用黑球温度计。测量热辐射可用黑球温度计。n 黑球温度计是一种球形温黑球温度计是一种球形温度计，度计， 如图如图3-53-5所示。它是在所示。它是在直径为直径为15.7mm15.7mm的铜制球形表面的铜制

9、球形表面涂上黑颜色为无光泽黑球），涂上黑颜色为无光泽黑球），球内插一支水银温度计制成。球内插一支水银温度计制成。其平均辐射系数为其平均辐射系数为0.950.95，铜球，铜球越薄越好。测量范围为越薄越好。测量范围为2020120120，精度为，精度为11。打开热。打开热辐射源，黑球温度上升，关闭辐射源，黑球温度上升，关闭热辐射源，黑球温度下降，其热辐射源，黑球温度下降，其差值为实际辐射温度。差值为实际辐射温度。 五、微气候各要素之间的相互关系五、微气候各要素之间的相互关系n在人类作业或起居环境中，气温、湿度、热辐射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。

10、某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，可以由另一参数的一参数的变化对人体的影响，可以由另一参数的相互变化所补偿。相互变化所补偿。n我们把微气候参数以及对冷热感觉有显著影响的我们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，称之为微气微气候参数的各种组合的综合指标，称之为微气候指标，其中重要的组合有：空气温度和周围表候指标，其中重要的组合有：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；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、周围表面温度、气流速度和相对湿度；空气温度、气流

11、速度和相对湿度；空气温度和相空气温度、气流速度和相对湿度；空气温度和相对湿度。对湿度。 第二节第二节 人体的热交换与平衡人体的热交换与平衡n人体是一个开放的复杂的巨系统，人体和外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，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，周围环境人才能进行正常的生理行为活动，周围环境

12、的温湿度对人体的皮肤温度和核心温度都有的温湿度对人体的皮肤温度和核心温度都有较大的影响。较大的影响。n人体可以看成是一个能够基本保持恒温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。）的温度自动调节器。 一、人体的基本热平衡方程式一、人体的基本热平衡方程式n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、蒸发热交换的四种热交换方式，即辐射热交换、对流热交换、蒸发热交换和传导热交换。和传导热交换。n人体的热平衡方程为人体的热平衡方程为n Qs Qs Qm Qm W W Qc Q

13、c Qr Qr Qe Qe Qk Qk （3-33-3）n 式中式中 ，Qs-Qs-人体的热积蓄或热债变化率人体的热积蓄或热债变化率J/m2 hJ/m2 h）；）；n W - W -人体为维持生理活动及肌肉活动所做的人体为维持生理活动及肌肉活动所做的功功J/m2 hJ/m2 h）；）；n Qm- Qm-人体的新陈代谢产热率人体的新陈代谢产热率J/m2 hJ/m2 h）；）；QcQc为人体外表面与周围环境的对流换热率为人体外表面与周围环境的对流换热率J/m2 hJ/m2 h）；）；n Qr- Qr-人体外表面向周围环境的传导换热率人体外表面向周围环境的传导换热率J/m2 hJ/m2 h）；）；n

14、 Qk- Qk-人体外表面向周围环境的辐射热传递率人体外表面向周围环境的辐射热传递率J/m2 J/m2 h h）；）；n Qe- Qe-人体汗液蒸发和呼出水蒸气的蒸发热传递率人体汗液蒸发和呼出水蒸气的蒸发热传递率J/m2 hJ/m2 h）；）；“”表示人体得热，表示人体得热，“”表示人体散热。表示人体散热。 一、人体的基本热平衡方程式一、人体的基本热平衡方程式n人体的热平衡是动态的人体的热平衡是动态的 n 当当Qs = 0Qs = 0时，人处于热平衡状态，此时，人体皮肤时，人处于热平衡状态，此时，人体皮肤温度在温度在36.536.5左右，人感到舒适；左右，人感到舒适；n 当当Qs 0Qs 0时

15、，人感到热；时，人感到热；n 当当Qs 0Qs 35130313232228293030326272828425262727 注：表中“好级的WBGT指数值是以最高肛温不超过38为限。表表3-7 WBGT3-7 WBGT指数评价标准指数评价标准 4.卡他度卡他度 卡他度是指由被加热36.5时的卡他温度计的液球，在单位时间、单位面积上所散发的热量，单位为mcal/cm2s。 卡他度一般用来评价劳动条件舒适程度。 卡他温度计是一种测定气温、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的液柱由38降到35时所经过的时间T而求得。 H = F/T 式中，H-卡他度mcal/cm2s）；

16、F-卡他计常数； 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两种。干卡卡他度分为干卡他度和湿卡他度两种。干卡他度包括对流他度包括对流 和辐射的散热效应。湿卡他度则包括对流、和辐射的散热效应。湿卡他度则包括对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。一般辐射和蒸发三者综合的散热效果。一般H H值越值越大，散热条件越好。工作时感到比大，散热条件越好。工作时感到比 较舒适的卡他度如表较舒适的卡他度如表3-73-7和表和表3-83-8所示。所示。 4.卡他度卡他度4.卡他度卡他度 劳动状况劳动状况卡他度卡他度轻劳动轻劳动中等劳动中等劳动重劳动重劳动干卡他度干卡他度湿卡他度湿卡他度618

17、8251030表表3-7 较舒适的卡他度较舒适的卡他度热感觉热感觉卡他度卡他度干式干式湿式湿式很热很热热热令人愉快令人愉快凉爽凉爽冷冷3344689.59.51010121218182020表表3-8 不同卡他度下的人的感觉不同卡他度下的人的感觉第三节第三节 微气候环境对人的影响微气候环境对人的影响 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。本节将就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做一介绍。 一、高温作业环境对人的影响 二、低温环境条件对人的影响 三、衣着的温度效应一、高温作业环境对人的影响一、高温作业环境对人的影

18、响 （一高温作业环境的定义及其分类（一高温作业环境的定义及其分类 一般将热源散热量大于一般将热源散热量大于84kJ/（m2h的环境叫高温作业环境。的环境叫高温作业环境。高温作业环境有三种基本类型：一是高温作业环境有三种基本类型：一是高温、强热辐射作业，其特点为气温高温、强热辐射作业，其特点为气温高，热辐射强度大，相对湿度较低；高，热辐射强度大，相对湿度较低；二是高温、高湿作业，其特点为气温二是高温、高湿作业，其特点为气温高、湿度大，如果通风不良就会形成高、湿度大，如果通风不良就会形成湿热环境；三是夏季露天作业，如农湿热环境；三是夏季露天作业，如农民劳动、建筑等露天作业。民劳动、建筑等露天作业。

19、（二高温作业环境条件下人体的生理特征（二高温作业环境条件下人体的生理特征n热应激效应热应激效应n 在高温作业环境条件下，人体通过呼吸、出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，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，有时可达正皮肤表面血管的血流量激烈增加，有时可达正常值常值7倍之多，以实现体温调节，这种现象称倍之多，以实现体温调节，这种现象称为热应激效应。为热应激效应。 n热衰竭热衰竭n 热衰竭是由热疲劳引起的全身倦怠，食欲不热衰竭是由热疲劳引

20、起的全身倦怠，食欲不振，体重减少，头痛、失眠、无力等症状。振，体重减少，头痛、失眠、无力等症状。 （二高温作业环境条件下人体生理特征（二高温作业环境条件下人体生理特征n高温作业环境条件下，肠温度表示人体耐高温作业环境条件下，肠温度表示人体耐受度与人体受度与人体“核心温度有关。核心温度有关。“核心核心温度低于温度低于38，一般不会引起热疲劳。通，一般不会引起热疲劳。通常用直体的常用直体的“核心温度。核心温度。n据研究，直肠温度据研究，直肠温度=人脑温度人脑温度=肝脏温度肝脏温度=右心房温度右心房温度+0.6=口腔温度口腔温度+0.4。n在一定的温度范围内，人体在一定的温度范围内，人体“核心温度能

21、够核心温度能够保持一定的热平衡机能，而且其保持一定的热平衡机能，而且其“核心温度取核心温度取决于作业的负荷劳动强度）。决于作业的负荷劳动强度）。“核心温度核心温度tR与作业负荷与作业负荷M的关系式为：的关系式为：n tR = 37.0 + 0.0019M n式中，式中， tR为核心温度（为核心温度（）；）；M为作业负荷为作业负荷W）。）。（二高温作业环境条件下人体生理特征（二高温作业环境条件下人体生理特征（三）（三） 高温作业环境对人的生理影响高温作业环境对人的生理影响（1 1对消化系统具有抑制作用。人在高温下，对消化系统具有抑制作用。人在高温下，体内血液重新分配，引起消化道相对贫血，体内血液

22、重新分配，引起消化道相对贫血，由于出汗排出大量氯化物以及大量饮水，致由于出汗排出大量氯化物以及大量饮水，致 使胃液酸度下降，会引起食欲不振、消化不使胃液酸度下降，会引起食欲不振、消化不良和胃肠疾病的增大。良和胃肠疾病的增大。（2 2对中枢神经系统具有抑制作用。高温热环对中枢神经系统具有抑制作用。高温热环境下大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射的潜境下大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射的潜伏期延长，注意力不易集中。严重时，会出伏期延长，注意力不易集中。严重时，会出 现头晕、头痛、恶心、疲劳乃至虚脱等症状。现头晕、头痛、恶心、疲劳乃至虚脱等症状。（3 3导致水分和盐分大量丧失。在高温下进行重体力劳导致水分和

23、盐分大量丧失。在高温下进行重体力劳动时，平均每小时出汗量为动时，平均每小时出汗量为0.750.752.0L2.0L，一个工作日可，一个工作日可达达5 510L10L。人体长时间持续受热，可使下丘脑体温调节。人体长时间持续受热，可使下丘脑体温调节功能发生障碍。由于出汗，大量水分丢失，以至水盐代功能发生障碍。由于出汗，大量水分丢失，以至水盐代谢失衡，血容量减少，机体热负荷过大，加重了心血管谢失衡，血容量减少，机体热负荷过大，加重了心血管负荷，引起心肌疲劳，数年后可出现高血压、心肌受损负荷，引起心肌疲劳，数年后可出现高血压、心肌受损及其他方面的慢性疾患。及其他方面的慢性疾患。（4 4高温及噪声联合作

24、用损伤人的听力。有文献对此进高温及噪声联合作用损伤人的听力。有文献对此进行专门报导，高温对人体语言听阈和高频听阈没有影响，行专门报导，高温对人体语言听阈和高频听阈没有影响，但高温与噪声的联合作用不仅能加重噪声对人耳高频听但高温与噪声的联合作用不仅能加重噪声对人耳高频听阈的损害，也能提高人耳语频听阈。因而，降低高温环阈的损害，也能提高人耳语频听阈。因而，降低高温环境温度可减轻噪声对工人听力的危害。境温度可减轻噪声对工人听力的危害。（三）（三） 高温作业环境对人的生理影响高温作业环境对人的生理影响 （四高温作业环境对工作效率、事故的影响（四高温作业环境对工作效率、事故的影响n高温环境影响效率，人在

25、高温环境影响效率，人在27273232下工作，其肌肉用力的下工作，其肌肉用力的工作效率下降，并且促使用力工作的疲劳加速。当温度高工作效率下降，并且促使用力工作的疲劳加速。当温度高达达3232以上时，需要较大注意力的工作及精密工作的效率以上时，需要较大注意力的工作及精密工作的效率也开始受影响。高温作业环境条件下不仅引起人体不适，也开始受影响。高温作业环境条件下不仅引起人体不适，影响身体健康，而且还使生产效率降低。随着温度提高和影响身体健康，而且还使生产效率降低。随着温度提高和气流速度降低，作业效率明显降低。气流速度降低，作业效率明显降低。n脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效温度达到脑力劳动对温度

26、的反应更敏感，当有效温度达到29.529.5时，时，脑力劳动的效率就开始降低，许多学者的实验都表明，有脑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，持续作业的时间越短。效温度越高，持续作业的时间越短。n另外，事故发生率与温度有关，据研究，意外事故率最低另外，事故发生率与温度有关，据研究，意外事故率最低的温度为的温度为2020左右；温度高于左右；温度高于2828或降到或降到1010以下时，意以下时，意外事故增加外事故增加3030。 高温作业分级高温作业分级GB/T4200-2019标准标准 n我国于我国于2019年正式实施了年正式实施了高温作业分级高温作业分级n GB/T4200

27、-2019标准，并于标准，并于2019年重新修订为年重新修订为4.54.5冬装：如厚棉衣、呢大衣、皮夹克、皮褛，内着毛衣加棉毛衫冬装：如厚棉衣、呢大衣、皮夹克、皮褛，内着毛衣加棉毛衫一、人居的微气候环境的改善一、人居的微气候环境的改善 利用微气候知识，人们进行了不懈的努力利用微气候知识，人们进行了不懈的努力来改造自己的人来改造自己的人居环境和工作环境，如改进建筑结构及其周边环居环境和工作环境，如改进建筑结构及其周边环境来改善人居的微境来改善人居的微气候环境，表气候环境，表3-13 显示了气候对于建筑的影响，显示了气候对于建筑的影响，从气候系统分类从气候系统分类可以看出，微气候对建筑的影响范围是

28、最为集中可以看出，微气候对建筑的影响范围是最为集中的。的。 表表3-13 气候对于建筑的气候对于建筑的影响影响第四节第四节 改善微气候环境的措施改善微气候环境的措施气候系统气候系统气候特征对建筑影响范围的尺度气候特征对建筑影响范围的尺度/ km/ km时间范围时间范围水平范围水平范围竖向范围竖向范围全球性气候全球性气候200020003 310101 16 6 个月个月地区性气候地区性气候500500100010001 110101 16 6 个月个月局地局地( (地形地形) ) 气候气候1 110100.010.011 11 124 h24 h微气候微气候0.10.11 10.10.124

29、h24 h二、高温作业环境的改善二、高温作业环境的改善n高温作业环境的改善应从生产工艺和技术、高温作业环境的改善应从生产工艺和技术、保健措施、生产组织措施等方面加以改善。保健措施、生产组织措施等方面加以改善。n（一）（一） 生产工艺和技术措施生产工艺和技术措施n （1合理设计生产工艺过程。合理设计生产工艺过程。n （2屏蔽热源。屏蔽热源。n （3降低温度。降低温度。n （4增加气流速度。增加气流速度。二、高温作业环境的改善二、高温作业环境的改善（二）（二） 保健措施保健措施（1合理供给饮料和补充营养。合理供给饮料和补充营养。（2合理使用劳保用品合理使用劳保用品 高温作业的工作服，应高温作业的工

30、作服，应 具有耐热、导热系数小、透气性好的特点。具有耐热、导热系数小、透气性好的特点。（3进行职工适应性检查进行职工适应性检查 因为人的热适应能力因为人的热适应能力 有差别，有的人对高温条件反应敏感。因有差别，有的人对高温条件反应敏感。因 此，在就业前应进行职业适应性检查。凡此，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病，肺、肝、肾等病患的人都不适应于高 温作业。温作业。 二、高温作业环境的改善二、高温作业环境的改善（三）（三） 生产组织措施生产组织措施（1减小作业速度或增加休息次数，以此来减减小作业速度或增加休息次数，以此来减少人少人 体产热量。高温作业条件下，不应采取强体产热量。高温作业条件下，不应采取强制生制生 产节拍，应适当减轻工人负荷，合理安排产节拍，应适当减轻工人负荷，合理安排作息作息 时间，以减少工人在高温条件下的体力消时间，以减少工人在高温条件下的体力消耗。耗。（2合理安排休息场所。作业者在高温作业时合理安排休息场所。作业者在高温作业时身体身体 积热，需要离开高温环境到休息室休息，积热，需要离开高温环境到休息室