《人机工程学》第9章-作业环境

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1、第9章 作业环境,9.1 微气候 9.2 噪声与振动 9.3 照明 9.4 色彩调节 9.5 空气污染,9.1 微 气 候,9.1.1 微气候条件 1. 气温 空气的冷热程度称为气温。 气温是评价作业环境气候条件的主要指标。 气温有摄氏温标()、 华氏温标()和绝对温标(K)三种。 我国一般采用摄氏温标。 三种温标的换算公式如下： ,（9 - 1）,(9 - 2),2. 湿度 空气的干湿程度称为湿度。 湿度有绝对湿度与相对湿度两种。 在一定温度下， 每立方米空气中所含的水蒸气克数称为绝对湿度。 某种温度、 压力条件下空气的水蒸气压强f与相同温度、 压力条件下的空气饱和水蒸气压强F的百分比称为该

2、温度、 压力条件下的相对湿度， 记作,(9 - 3）,作业环境的湿度通常采用相对湿度表示。 相对湿度可根据干、 湿球温度查表9 - 1得到。 相对湿度在70%以上称为高气湿， 低于30%称为低气湿。,表9 - 1 从干球温度与湿球温度查找相对湿度表,3. 热辐射 物体在绝对温度大于0 K时的辐射能量， 称为热辐射。 太阳及生产环境中的熔炉、 开放的火焰、 熔化了的金属、 被加热了的材料等均能产生热辐射， 它是一种红外辐射， 红外辐射不能加热气体， 但能使周围物体加热。 4. 空气流速 空气流动的速度叫做气流速度或空气流速(m/s)。 测定室内气流速度一般用热球微风仪。,9.1.2 人体对微气候

3、条件的感受与评价 1. 人体的热交换与平衡 人体的体温控制是一个完善的温度调节系统， 尽管外界环境温度千变万化， 人体的体温波动却很小， 这对于保证生命活动的正常进行十分重要。 为了延续生命或从事劳动， 人体要进行能量代谢。 能量代谢伴随着产生大量的附加热， 只有一小部分用于生理活动和肌肉做功。 因此， 人体本身也是一个热源。,若人体内单位时间的能量代谢为M、 向体外做功为W、 向体外散发的热量为H， 当MHW时， 人体处于热平衡状态， 此时人体皮温在36.5左右， 人感到舒适； 当MHW时， 人感到热； 当MW+H时， 人感到冷。 当人体内单位时间的蓄热量为S时， 人体的基本热平衡方程式可用

4、下式表达： SMWH （9 - 4）,人体单位时间向外散发的热量H， 取决于辐射热交换量R(KJ/s)、 对流热交换量C(KJ/s)、 蒸发热交换量E(KJ/s)、 传导热交换量K(KJ/s)， 即 HRCEK（Ks） （9 - 5）,人体单位时间的辐射热交换量R取决于热辐射常数、 皮肤表面积、 服装热阻值、 反射率、 平均环境温度和皮温等。 人体单位时间对流热交换量C取决于气流速度、 皮肤表面积、 对流散热系数、 服装热阻值、 平均环境温度和皮温等。 ,人体单位时间蒸发热交换量E取决于皮肤表面积、 服装热阻值、 蒸发散热系数以及相对湿度等。 在热环境中， 增加气流速度， 降低湿度， 可以加快

5、汗水蒸发， 达到散热的目的。 人体单位时间传导热交换量K， 取决于皮肤与物体温差和接触面积的大小以及物体的导热系数。人体热平衡状态如图9 - 1所示。 ,图9 - 1 人体热平衡状态,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， 即心理上感到满意与否， 是进行微气候环境评价的重要指标之一。 由于构成微气候环境的若干条件的不同， 人体对其感觉取决于它们之间的综合影响。 ,鲍生(J.E.Bosen)提出了不舒适指数DI(Discomfort Index)， DI0.72(干球温度+湿球温度)+40.6评价人体对温度、 湿度环境的感觉。 通过对美国人的实验表明： 当DI70时， 绝

6、大多人感到舒适； 当DI75时， 有一半人感到不舒适。,为了综合反映人对气温、 湿度、 气流速度的感觉， 提出了有效温度的概念。 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为100%、 空气静止不动(即风速为0)的情况下， 有同样感觉的等效温标。 图9 - 2为以干球温度、 湿球温度、 气流速度为参数绘制的有效温度图。 ,图9 - 2 有效温度图,有的学者提出用干球温度、 湿球温度、 气流速度和热辐射4个因素的综合指标WBGT作为微气候的衡量指标， 即加权平均温标。 WBGT的计算如下： 当气流速度小于1.5 m/s的非人工通风条件下时， 采用下式计算： WBG

7、T0.7tw0.2tg+0.1td （9 - 6） 当气流速度大于1.5 m/s的人工通风条件下时， 采用下式计算： WBGT0.63tw0.2tg0.17td （9 - 7）,表9 - 2为美国工业卫生委员会根据劳动强度和休息时间比， 推荐的WBGT充许热接触阈限值。,表9 - 2 允许接触高温的阈限值(WBGT),3. 舒适温度和允许温度 舒适温度有两种。 一种是指人的主观感觉到的舒适温度， 另一种是指人体生理上的适宜温度。 生理学上对舒适温度规定为， 人坐着休息、 穿薄衣、 无强迫热对流， 在通常地球引力和海平面的气压条件下， 未经热习服的人所感觉到的舒适温度。 按照这一规定， 舒适温度

8、应在213范围内。 ,对于不同空气湿度， 人的主观感觉状态见表9 - 3。 有人建议可用下式确定室内空气湿度(%)和室温t()的关系： 1887.2t (t26) (9 - 8) 不同季节最适宜的气流速度如表9 - 4所示。 允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率、 身心健康和安全的温度范围。 允许温度范围一般是舒适温度(35)。,表9 - 3 以空气湿度为转移的感觉,表9 - 4 推荐的气流速度,我国工作场所气候条件卫生标准是根据作业性质及劳动强度， 以气温为主而制定的， 在特殊情况下， 才有湿度和风速的规定。 根据劳动特征和劳动强度所制定的工厂车间内作业区的空气温度和湿度的标准， 如表9

9、 - 5所示。,表9 - 5 工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准,9.1.3 微气候条件对人体的影响 1. 高温作业环境对人体的影响 一般将热源散热量大于84 KJ/(m3h)的环境叫高温作业环境。 高温作业环境有三种基本类型： 高温、 强热辐射作业， 高温、 高湿作业， 夏季露天作业。,高温作业环境条件下， 人体的耐受度与人体核心温度(常用直肠温度表示人体的核心温度)有关。 核心温度低于38， 一般不会引起热疲劳。 核心温度tR()与作业负荷M(w)的关系为 tR37.00.0019M （9 - 9）,图9 - 3 产量与气温的关系,图9 - 4 产量与湿球温度的关系,在高温作业环境条件下

10、， 气流速度对作业效率也有明显的影响。 体力劳动的工作效率与温度和空气流速的关系如图9 - 5所示。 ,图9 - 5 体力劳动的工作效率与温度和空气流速的关系,2. 低温作业环境对人体的影响 低温环境条件通常是指低于允许温度下限的气温条件。 人体具有一定的冷适应能力， 环境温度低于皮温时， 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， 肌肉因寒冷而剧烈收缩抖动， 以增加产热量维持体温恒定的现象， 称为冷应激效应。 ,研究发现， 随温度降低灵活性下降， 在相同温度下， 暴露的时间越长， 灵活性越差(见图9 - 6)。 更广泛的研究表明， 当环境温

11、度(干球温度)为7 时， 手工作业的效率仅是最适宜温度时劳动效率的80%。,图9 - 6 低温环境暴露时间与手的灵敏性的关系,9.1.4 改善微气候条件的措施 1. 高温作业环境的改善 作业者在高温环境中的反应及耐受时间受气温、 湿度、 气流速度、 热辐射、 作业负荷、衣服的热阻值等多个因素的影响。 高温作业环境应该从生产工艺和技术、 保健措施、 生产组织措施等几个方面入手加以改善。,1) 生产工艺和技术措施。 合理设计生产工艺过程。 屏蔽热源。 在有大量热辐射的车间， 应采用屏蔽辐射热的措施。 降低湿度。 增加气流速度。 通过门窗进行自然通风换气， 可以增加空气的新鲜感， 这对于工作效率的提

12、高是积极的。 纽约通风委员会通过实验证明， 通风条件差， 影响工作效率， 气温越高， 影响越大(见表9 - 6)。,表9 - 6 空气条件与工作效率,2) 保健措施。 合理供给饮料和补充营养。 合理使用劳保用品。 进行职工适应性检查。 3) 生产组织措施。 合理安排作业负荷。 合理安排休息场所。 职业适应。,2. 低温作业环境的改善 低温作业环境的改善， 应搞好下述工作： 1) 做好采暖和保暖工作。 2) 提高作业负荷。 增加作业负荷， 可以使作业者降低寒冷感。 3) 个体保护。 4) 采用热辐射取暖。,9.2 噪声与振动,1. 噪声的物理度量 区别噪声的不同强度， 可用下列物理指标。 1)

13、声压与声压级。 声压是声波通过传播媒质时产生的压强， 以P表示， 单位为Pa。 正常人耳刚刚能听到的声音的声压即最低声压称为听阈声压， 其值为210-5 Pa。 能使人耳产生痛觉的声音的声压， 即人能忍受的最高声压称为痛阀声压， 其值为20 Pa。 因为从听阈声压到痛阈声压的绝对值相差百万倍，,故用声压来表示声音的强弱极不方便， 于是引入了声压级的概念。 声压级Lp等于该声音的声压与基准声压的比值的常用对数乘以20， 其表达式为,(9 - 10),式中： Lp声压级(dB)； P声压(Pa)； P0基准声 压， 国际上规定选用听阈声压为2105 Pa。,若在某点测得几个声压级为Lp1， Lp2

14、， Lp3， Lpn， 可用下式计算总声压级Lp总：,(i=1,2,n) （9 - 11）,某一声源的声压级， 总是在一定的背景声源中测得。 要准确地了解声源的声压级， 必须从总声压级中剔除背境声源的影响。 如果总声压级Lp总和背景声压级Lp背已知， 则声源声压级Lp源为 Lp源10lg(100.1Lp总-100.1Lp背) (9 - 12),2) 声强与声强级。 传播着的声波在单位时间内通过与声波传播方向垂直的单位面积的平均声能称为声强， 以I表示， 单位为W/m2。 声强级LI等于某一频率的声强与基准声强的比值的常用对数乘以10， 其表达式为,（9 - 13）,2. 噪声的主观度量 由于人

15、耳对声音的主观感觉不仅与声压或声强有关， 而且与频率有关， 因此引入响度的概念， 将声强与频率统一起来， 作为人对噪声进行评价的主观感觉量。 1) 响度与响度级。 响度是人耳对声音强度所产生的主观感觉量， 响度与声强和频率有关。,响度级是表示声音响度的相对量， 用L表示， 单位为方(Phon)。 以1000 Hz的纯音作为基准声音， 将其他频率的声音与其比较， 当人耳感觉比较声音与基准声音一样响时， 该比较声音的响度级(方值)在数值上即等于与其等响的基准声音的声压级(dB值)。 例如， 67 dB、 100 Hz的声音与60 dB、 1000 Hz的基准声音同响，则67 dB、 100 Hz声

16、音的响度级即为60方。 响度级与响度的关系可用下列公式表示：,或,(9 - 14),运用与基准声音比较的方法， 可以得到整个可听阈不同频率不同声强声音的响度级， 并绘制出等响曲线。 图9 - 7为国际标准化组织(ISO)所采用的等响曲线。,图9 - 7 等响曲线,2) 声级。 人耳对不同频率的声音的敏感程度是不同的， 对高频声敏感， 对低频声不敏感。 因此， 在相同声压级的情况下， 人耳的主观感觉是高频声比低频声响。 为使噪声测量结果与人对噪声的主观感觉量一致， 通常在声学测量仪器中， 引入一种模拟人耳听觉在不同频率上的不同感受性的计权网络， 对被测噪声进行权重。通过计权网络测得的声压级称为计权声级， 简称声级。 它是在人耳的可听范围内按特定频率计权而合成的声压级