人因工程学 第3章 微气候环境

1、第三章第三章 微气候环境微气候环境 本本 章章 内内 容容 微气候要素及其相互关系微气候要素及其相互关系 人体与微气候环条件的感受与评价人体与微气候环条件的感受与评价 微气候环境对人的影响微气候环境对人的影响 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 微气候微气候又称生产环境的气候条件，是指生产环境局部的气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。和原料的热辐射条件。 包括下列包括下列4 4个重要参数：个重要参数：

2、 气温气温 湿度湿度 气流速度气流速度 热辐射条件热辐射条件 微气候环境直接影响人的情绪、疲劳程度、健康、舒适感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。觉和工作效率。一、空气温度（气温）一、空气温度（气温） （Air temperature） 空气的冷热程度叫做气温空气的冷热程度叫做气温。气温通常由干球温度计（寒暑表）测定，称为干球温度。气温的标度分摄氏温标（）和华氏温标（ ）。我国法定采用摄氏温标（），而美国则常采用华氏温标（ ），两种温标的换算关系为 二二.湿度湿度（Humidity） 表示空气的干湿程度。 种类：绝对湿度、相对湿度。种类：绝对湿度、相对湿度。（2

3、2）相对湿度相对湿度：在某温度、压力条件下，空气的水气压强与相同温度、压力条件下的饱和水蒸气压强的百分比，成为该条件下的相对湿度。 （1）绝对湿度绝对湿度：每立方米空气中所含的水蒸气克数（水蒸气的密度）称为绝对湿度（g/m3）。 绝对湿度直接测量很困难。100%fF式中，f为某温度、压力条件下，空气的水汽压强，F为相同温度、压力条件下的饱和水蒸气压强。生产环境中的湿度通常用相对湿度表示。 测量湿度的仪器测量湿度的仪器：通风干湿表通风干湿表或或干湿球温度计干湿球温度计。图示 湿球温度比干球温度略低一些，根据干球、湿球温度，查表5-1（P84）即可得出相对湿度。 用湿敏元件制成的湿度计可直接测出空

4、气的相对湿度。70%例如例如：当 时，为高湿度（高气湿）环境，主要是水蒸发引起的。如纺织、酿造、印染、造纸、隧道作业等。 当 时，为低气湿环境。如冬季高温车间。30%三三. 热辐射热辐射 物体在绝对温度大于物体在绝对温度大于0K时的辐射能量称为热辐射时的辐射能量称为热辐射。 例如例如：太阳、熔炉、加热物体、红外辐射等。黑球温度计：黑球温度计： 它是表面镀黑的薄铜板制成的空心球，球体中心部分插入一支水银温度计。 测量时，打开热辐射源，温度计指示的温度是辐射热与气温的综合效应，再关闭热辐射源得一温度值，前后二温度值的差值即为实际的辐射温度。正辐射正辐射：周围物体向人体辐射，使人体受热。 反之则称为

5、负辐射负辐射。 热辐射强度热辐射强度：热辐射体单位时间、单位表面积上所辐射出的热量测量热辐射的仪器测量热辐射的仪器：黑球温度计（辐射热与气温的综合反应）。图四、气流速度（风速）四、气流速度（风速） 气流速度气流速度：空气的流动速度（m/s）。 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产生直接影响，因此它是评价微气候条件的主要因素之一。 图图5-4便携式风速仪便携式风速仪测定气流速度的仪器测定气流速度的仪器 测定室内气流速度一般用热球微风仪热球微风仪（测量范围：0.051m/s）。 现在各种便携式电

6、子（热球）微风仪（如图5-2、图5-4所示）、手持式风向风速仪（如图5-3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。 图图5-2 电子（热球）微风仪电子（热球）微风仪 图图5-3 手持式风向风速仪手持式风向风速仪 五五. . 微气候要素之间的相互关系微气候要素之间的相互关系 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。结论：结论： 构成微气候环境的若干条件的共同作用结果产生对构成微气候环境的若干条件的共同作用结果产生对人体的影响，所以必须综合地评价微气候的若干条件。人体的影响，所以必须综合地评价微气候的若干条件

7、。例如：例如： 当室内气流速度在0.6m/s以下时，气流速度每增加0.1m/s，相当于气温下降0.3。 当气流速度在0.6 m/s1.0m/s之间时，气流速度每增加0.1m/s，相当于气温下降0.15。应用：应用：热辐射+低气温，如热处理、铸造车间。 高温+高气流速度，如夏季。第二节第二节 人体的热交换与平衡人体的热交换与平衡 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

8、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。 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，即境的四种热交换方式，即辐射热交换、对流热交换、蒸发热辐射热交换、对流热交换、蒸发热交换和传导热交换。交换和传导热交换。 人体的热平衡方程为人体的热平衡方程为 Qs Qs QmQm W W Qc Qc QrQr QeQe QkQk Qs-Qs-人体的热积蓄或热债变化率（J/m2 h） ； W W -人体为维持生理活动及肌肉活动所做的功（J/m2 h） ； QmQm-人体的新陈代谢产热率（J/m2

9、 h）； QcQc-为人体外表面与周围环境的对流换热率（J/m2 h） ； QrQr- -人体外表面向周围环境的传导换热率（J/m2 h） ； QkQk-人体外表面向周围环境的辐射热传递率（J/m2 h） ；QeQe-人体汗液蒸发和呼出水蒸气的蒸发热传递率（J/m2 h） 人体的热平衡是动态的：人体的热平衡是动态的： 当当Qs = 0Qs = 0时，人感到舒适；时，人感到舒适； 当当Qs 0Qs 0时，人感到热；时，人感到热； 当当Qs 0Qs 0时，人感到冷。时，人感到冷。（1）热辐射交换量：）热辐射交换量：取决于热辐射系数、人体面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度、皮肤温度等。 衣服是防

10、止热辐射的天然屏障，浅色衣服浅色衣服对可见光有较好的隔热辐射（反射）的作用，但对非可见光（如远红外），衣服的颜色无显著的作用，这时取决于衣服的材料、密实程度和厚度，以防止外界辐射人体及人体向外散热。 例如例如，冬天的衣服厚实，颜色深。（2）对流热交换量：）对流热交换量：取决于气流速度、面积、对流传热系数、服装热阻值、环境温度、皮肤温度等。（3 3）蒸发热交换量：）蒸发热交换量： a. 在热环境下，增加气流速度，降湿、加快发汗，达到散热的目的。 1Kg1Kg汗水汗水 带走带走 2428 KJ2428 KJ热量热量。 b. 补充足够的水分和盐，防止虚脱（危及生命）。 高温作业每天需补充盐7g。 注

11、意：注意：工作单位在夏季要提供茶水、饮料等。 人体的出汗量最高限度为人体的出汗量最高限度为6 6升升/ /日。日。使用热对流降温的条件：使用热对流降温的条件： a. 保持环境温度 36.50C; b. 皮肤表面气流速度大（少穿、穿薄）。注意：注意：当气流速度超过2m/s时，提高气流速度就不显著。 2.2.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 人体对微气候环境的主观感觉是心理上的满意与否，也是一种模糊评价，它是多种因素的综合反应，下面是四种量化标准上的评价方法：（4 4）传导热交换量）传导热交换量：取决于皮肤与物体的温差、接触面积、热传导系数等。 例如：例如：宇航员主要通过接触热

12、传导散热。穿水冷服、干冰服。 （1 1）最合适的湿度与温度的关系最合适的湿度与温度的关系 （2 2） 不适指数法不适指数法（3 3）有效温度图有效温度图（4 4） 加权平均温标（加权平均温标（WBGTWBGT）（1).1).最合适的湿度与温度的关系最合适的湿度与温度的关系 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，最合适的湿度最合适的湿度(H(H，%)%)与气温（与气温（t t，）的关系为）的关系为 H = 188 H = 1887.2t 7.2t 12.212.2t t2626 ） 例如室温 t20时，湿度H=1887.2 2044，

13、即44。（2）. 不适指数法不适指数法DI=0.72（干球温度+湿球温度）+40.6 上式主要用来评价人体对温度和湿度环境的综合感觉。 例如：例如：美国人当DI35130313232228293030326272828425262727 注：表中注：表中“ “好好” ”级的级的WBGT指数值是以最高肛温不超过指数值是以最高肛温不超过38为限。为限。WBGT指数评价标准指数评价标准第三节第三节 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。本节主要介绍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

14、影响。 一、高温作业环境对人的影响一、高温作业环境对人的影响 二、低温环境条件对人的影响二、低温环境条件对人的影响（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 定义：定义：一般将热源散热量大于一般将热源散热量大于84kJ/84kJ/（m2m2h h）的环境）的环境叫高温作业环境。叫高温作业环境。1. 1. 高温作业环境的类型高温作业环境的类型（3）夏季露天作业：夏季露天作业： 例如：例如：农民在田间劳动、建筑、搬运等露天作业。 （2）高温、高湿作业：高温、高湿作业： 特点：特点：气温高、湿度大， 如果通风不良就会形成湿热环境。 例如：例如：印染、造纸、矿井等。 （1）高温、强热

15、辐射作业：高温、强热辐射作业： 特点：特点：气温高，热辐射强度大，相对湿度较低。 例如：例如：冶金、铸造、热处理、制陶、砖瓦窑等。2. 2. 高温作业环境对人生理和心理的影响高温作业环境对人生理和心理的影响高温环境对人生理和心理的影响高温环境对人生理和心理的影响： （1）长时间处于这种状态，会导致热循环机能失调，造成中暑或热衰竭，引起全身倦怠、食欲不振、体重减轻、头痛、失眠等。 （2）高温环境下作业者的知觉速度和准确性、反应速度下降，出现烦躁不安、易于激动，对工作不满。热应激效应：热应激效应：高温环境下的作业者，新陈代谢加快，人体产热增加，这时人体通过呼吸、出汗及体表血管的扩张向体外散热，若产

16、热仍大于散热，导致体内蓄体内蓄热增加、体温升高，呼吸和心率加快，皮肤血流热增加、体温升高，呼吸和心率加快，皮肤血流加快，称为热应激效应加快，称为热应激效应这是一种生理反映。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）对消化系统具有抑制作用（2 2）对中枢神经系统具有抑制作用）对中枢神经系统具有抑制作用（3 3）导致水分和盐分大量丧失）导致水分和盐分大量丧失（4 4）高温及噪声联合作用损伤人的听力）高温及噪声联合作用损伤人的听力3.3.高温作业环境对人操作的影响高温作业环境对人操作的影响范农调查了三个兵工厂，发现环境温度与事故有密切关系： 当环境温度为1

17、722.50C时，事故率最低 当环境温度上升到25.30C时，男性事故率上升140% 女性事故率上升108% 当环境温度下降11.40C时，男性事故率上升138% 女性事故率上升132%案例分析案例分析高温作业时，烦躁感增加，体表面血液循环增加，导致大脑相对缺血，注意力下降，使生产率下降，诱发事故发生。当温度达到27320C时，使肌肉用力的工作效率下降；当温度达到320C以上时，需注意力集中的工作和精密工作的效率开始下降。（二）低温环境对人和操作的影响（二）低温环境对人和操作的影响例例1 1：冬天天气寒冷，手脚不灵活。低温环境条件通常是指低于允许温度下限的气温条件。低温环境条件通常是指低于允许

18、温度下限的气温条件。允许温度允许温度是指基本不影响人的工作效率、身心健康和安全的温度范围，一般为舒适温度35。1.1.冷应激效应冷应激效应 当环境温度低于皮肤温度时，刺激皮肤引起神经冲动，导致皮肤毛细血管收缩，使人体散热下降。当外界温度进一步下降时，肌肉发抖，以增加产热，维持体温恒定，这种现象称为冷应激效应。2.低温环境对人体的影响低温环境对人体的影响 （1）人体对低温的适应力远不如对热的适应力。低温时人体的不适感迅速增加，机能迅速下降。 原因：原因：低温时，脑代谢下降，导致神经兴奋下降，传导能力下降，反应迟钝、奢睡状态。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高温作业环境的改善

19、高温作业环境的改善高温环境下，作业者的反应及耐受时间受气温、湿度、气流速度、热辐射、作业负荷、衣服的热阻等因素的影响，可以从以下三个方面入手，改善高温作业环境。1.1.在生产工艺和技术方面在生产工艺和技术方面 （1 1）合理设计生产工艺过程）合理设计生产工艺过程 作业者远离热源（热源放在车间外部）； 热源在下风头； （2 2）屏蔽热源）屏蔽热源（主动保护）设置挡板，如铝材屏风（屏蔽热辐射）、玻璃屏风（屏蔽热辐射，但不影响观察），将人与热源隔离。 热辐射源表面铺设泡沫材料，屏蔽热源，防止热扩散。（3 3）保护作业者）保护作业者（被动保护） 穿铝夹克（热反射），但其热阻值大、不利人体蒸发散热，适合

20、轻负荷作业。（4 4）降湿）降湿 人体对高温的不适反应，在很大程度上受湿度的影响，当相对湿度50%时，人体的发汗功能下降。 降湿的可以提高人体的发汗功能，一般在通风处安装除湿器。 例如：夏季空调上有除湿功能。（5 5）增加气流速度）增加气流速度 合理设计门窗，增加自然通风，提高空气新鲜度，有时还需强制机械通风。注意：注意： 当干球温度当干球温度25320C时，增加气流速度可以提高人体的时，增加气流速度可以提高人体的对流热量和蒸发散热量。对流热量和蒸发散热量。 当干球温度当干球温度350C时，增加气流速度作用不大。时，增加气流速度作用不大。 因此必须根据实际情况选择通风条件。2. 保健方面保健方

21、面（1）合理供应饮料和补充营养。）合理供应饮料和补充营养。 高温时，发汗量大，应及时补充水分和盐， “多次少饮”为宜（温水），补充盐。 例如：例如：缺盐易引起脱水。榨菜、咸菜等。 高温作业者膳食热量要大（3000 Kcl），多补充蛋白质、维生素A、B1、B2、C、钙等。（2）合理使用劳保用品。）合理使用劳保用品。 工作服要耐热、导热系数小、透气性好，吸汗 例：例：“劳动布”工作服，粗布衣服。（3）人体适应性检查 选拔（热适应能力、高温反应、耐受能力）。 根据人体素质选择相应的作业。3. 生产组织方面生产组织方面（1）合理安排作业负荷）合理安排作业负荷 高温作业时，可采用慢速作业、增加休息次数、

22、自由安排作业负荷。（2）合理安排休息场所）合理安排休息场所 休息室温度20300C，不能太低，否则破坏汗腺功能。 例如：例如：不能立即吹空调和洗冷水澡。（3）职业适应性训练）职业适应性训练 初入高温作业环境，应给予较长休息时间，逐步适应高温环境；采用集体作业方式。 例如：例如：将高温作业环境下集体作业作为规章制度。 低温作业环境的改善低温作业环境的改善 人体对低温的适应能力，远不如人体对高温的适应能力。低温作业环境主要是防寒保暖，应做好以下工作：3. 3. 个体保护个体保护 防寒服（热阻值大，吸汗，透气性好）。 汗湿衣服要及时烘干。2. 2. 提高作业负荷提高作业负荷 增加负荷，降低寒冷感，但

23、不能出汗。 例如：例如：在冷库和冰库工作。 1. 1. 采暖和保暖工作采暖和保暖工作 采暖设备（火炉、空调），热辐射取暖（如浴霸） 隔热门窗（双层玻璃），挡风板等， 主要目的是防止散热防止散热。案例：高校微机实验室的微气候环境设计 随着计算机的普及和推广，对微机使用人员多随着计算机的普及和推广，对微机使用人员多, , 开机时间长开机时间长, , 特别特别在高校微机室中。为保证人体健康在高校微机室中。为保证人体健康, , 提高工作效率提高工作效率, , 微机实验室的微气微机实验室的微气候环境设计就成为创建高校微机实验室时所不应忽视的问题。候环境设计就成为创建高校微机实验室时所不应忽视的问题。 微

24、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效率, , 不良的微气候环境条件会增加人的疲劳感不良的微气候环境条件会增加人的疲劳感, , 降低劳动效率降低劳动效率, ,影响人影响人的健康。的健康。 气温是影响微气候环境的主要因素气温是影响微气候环境的主要因素, ,微机室的温度、湿度和清洁度对微机室的温度、湿度和清洁度对计算机操作人员的工作效率及计算机的使用寿命都有很大影响。通常大计算机操作人员的工作效率及计算机的使用寿命都有很大影响。通常大多数人感觉舒适的有效温度为多数人感觉舒适的有效温度为16. 816. 8C C 21

25、. 721. 7C, C, 夏秋季为夏秋季为18.818.8C C23. 923. 9C C。计算机工作是对温度的要求为。计算机工作是对温度的要求为1010C C 3030C C 之之间。由此可以选择出人机均能适合的温度范围间。由此可以选择出人机均能适合的温度范围 冬季冬季2020C C2 2C; C; 夏季夏季: 23: 23C C2 2C; C; 大多数人感觉舒适的大多数人感觉舒适的相对湿度在相对湿度在30%30% 70% 70% 之间之间, , 计算机工作时要求的相对湿度为计算机工作时要求的相对湿度为: : 35%35% 65% 65% 之间之间, , 由此可选择出人机均适合的湿度范围由

26、此可选择出人机均适合的湿度范围: 35%: 35% 65%65%。 计算机设备产生的电磁辐射频谱比较宽计算机设备产生的电磁辐射频谱比较宽, , 所发射的射频能所发射的射频能, , 对人体有潜在性的危害对人体有潜在性的危害, , 以视觉受损者居多以视觉受损者居多, , 近近90% 90% 的使用者有眼的使用者有眼睛疲劳、酸痛的现象睛疲劳、酸痛的现象, , 并因此而降低工作效率。除此以外并因此而降低工作效率。除此以外, , 还可引还可引起背痛和身体不适。随着环境保护的加强和生活质量的提高起背痛和身体不适。随着环境保护的加强和生活质量的提高, , 绿色绿色计算机和计算机保健问题正日益引起社会各界的重

27、视。为尽量减少计算机和计算机保健问题正日益引起社会各界的重视。为尽量减少计算机设备电磁辐射对人体的伤害计算机设备电磁辐射对人体的伤害, ,提高计算机使用者的工作效率提高计算机使用者的工作效率, , 在选购计算机时在选购计算机时, , 应尽可能购买符合标准的低辐射、节能的计算机应尽可能购买符合标准的低辐射、节能的计算机系统系统, , 如国内外名牌整机另外还可在计算机屏幕上安装防护屏如国内外名牌整机另外还可在计算机屏幕上安装防护屏, ,使之屏蔽电磁辐射、过滤强光、吸收反射光。同时使之屏蔽电磁辐射、过滤强光、吸收反射光。同时, , 计算机的使用计算机的使用者也应注意自我调整者也应注意自我调整, ,

28、不要长时间连续在计算机显示器前工作不要长时间连续在计算机显示器前工作, , 工工作一段时间应适当休息一会作一段时间应适当休息一会, , 并进行一定的保健活动或室外活动。并进行一定的保健活动或室外活动。 由于公共机房的特殊性由于公共机房的特殊性, , 影响室内空气质量的因素较多影响室内空气质量的因素较多, , 但其但其空气污染的主要来源是人体新陈代谢产生的废气、细菌、烟尘等。空气污染的主要来源是人体新陈代谢产生的废气、细菌、烟尘等。在通风不良的情况下这些污染物会越聚越多在通风不良的情况下这些污染物会越聚越多, , 其相互间产生相加作其相互间产生相加作用用, , 使浓度逐渐增大使浓度逐渐增大, ,

29、 活动在其中的人会在不知不觉中受到伤害活动在其中的人会在不知不觉中受到伤害, , 而混浊气体的气味也会使人产生不适而混浊气体的气味也会使人产生不适, , 不仅影响使用者的健康、情不仅影响使用者的健康、情绪绪, , 也会引起疲劳、头晕、记忆减退也会引起疲劳、头晕、记忆减退, , 导致工作效率降低。导致工作效率降低。 由于人体新陈代谢是自身生存的本能由于人体新陈代谢是自身生存的本能, , 不可能改变。所以微机不可能改变。所以微机室内的各种空气污染源不可能彻底消除室内的各种空气污染源不可能彻底消除, ,因此避免空气污染的措施应因此避免空气污染的措施应着重于尽量减少和降低污染。采取的措施为着重于尽量减

30、少和降低污染。采取的措施为: : 禁止在微机室内吸烟禁止在微机室内吸烟, , 尽量减少在微机室内的走动尽量减少在微机室内的走动, ,从而使人类新陈代谢产生的有害物质从而使人类新陈代谢产生的有害物质 尽可能少的留在室内另外尽可能少的留在室内另外, , 微机室应配备一些相应设备来保证微机室应配备一些相应设备来保证室内空气的清新室内空气的清新, , 如如: : 用空气加湿器保持室内的湿度用空气加湿器保持室内的湿度, , 这点在北方这点在北方地区尤为重要地区尤为重要; ; 用负氧离子发生器来保证微机室内的负氧离子含量用负氧离子发生器来保证微机室内的负氧离子含量, , 从而起到杀灭细菌、清新空气的作用从

31、而起到杀灭细菌、清新空气的作用; ; 还可用空气净化器来过滤微还可用空气净化器来过滤微机室内的空气机室内的空气, , 以改善空气质量。以改善空气质量。 除采取以上措施以外除采取以上措施以外, , 微机室避免空气污染最重要的一点就是微机室避免空气污染最重要的一点就是通风问题。因以上问题的关键就是微机室空气交流差通风问题。因以上问题的关键就是微机室空气交流差, , 所以增加通所以增加通风透气风透气, , 输入尽可能多的新鲜空气是改善微机室的空气质量的最好输入尽可能多的新鲜空气是改善微机室的空气质量的最好办法。这就需要选择合适的空调办法。这就需要选择合适的空调, , 有条件的应首选中央空调有条件的应首选中央空调, , 其次其次则应尽量选用有对流功能的空调则应尽量选用有对流功能的空调, , 特别是目前许多空调生产厂家已特别是目前许多空调生产厂家已开始重视室内空气质量问题开始重视室内空气质量问题, , 开发出了具有通风换气或负氧离子发开发出了具有通风换气或负氧离子发生器功能的空调机生器功能的空调机, ,