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1、第三章 微气候环境 本 章 重 点 n微气候要素及其相互关系 n人体的热交换与平衡 n微气候环境对人的影响 n改善微气候环境的措施 第一节 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 环境中的气候状况，包括下列4个最重要的参 数： 空气气温 空气湿度 气流速度（风速） 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、健 康、舒适感觉和工作效率。 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 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 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。
2、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 （3-1） （3-2） 二、空气湿度 n湿度:空气的干湿程度，分为绝对湿度和相对湿度。 (1)绝对湿度:每立方米（m3）空气内所含的水汽克数。 (2)相对湿度:某气温、压力条件下空气的水汽压强与相 同温度、压力条件下饱和水汽压强的百分比。 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70%以上称为高气湿，低于30%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 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。 智能湿度测量技术
3、的发展 便携式温 湿度计1 便携式温 湿度计2 图3-1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 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） n气流速度：空气的流动速度（m/s）。 人类作业或
4、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3-4便携式风速仪 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 一种测量低风速（测量范围：0.051m/s） 的仪器。现在各种便携式电子（热球）微风 仪（如图3-2、图3-4所示）、手持式风向风 速仪（如图3-3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3-2 电子（热球）微风仪 图3-3 手持式风向风速仪 四、辐射热 n热辐射：物体在绝对温度大于0 K时的辐 射能
5、量。 n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。 n人体也向外界辐射热量。当周围物体表面 温度超过人体表面温度时，周围物体向人 体辐射热能使人体受热，称为正辐射；反 之，称为负辐射。 四、辐射热 n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（J/cm2min）。 图3-5黑球温度计 n 测量热辐射可用黑球温度计 。 黑球温度计是一种球形温度计 ， 如图3-5所示。它是在直径为 15.7mm的铜制球形表面涂上黑颜 色（为无光泽黑球），球内插一 支水银温度计制成。其平均辐射 系数为0.95，铜球越薄越好。测 量范围为2
6、0120，精度为 1。打开热辐射源，黑球温度 上升，关闭热辐射源，黑球温度 下降，其差值为实际辐射温度。 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 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 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 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 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。 第二节 人体的热交换与平衡 n人
7、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 有较大的影响。 n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。 一、人体的基本热平衡方程式 人体热平衡状态图人体热平衡状态图 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 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。 n人体的热平衡方
8、程为 Qs Qm W Qc Qr Qe Qk （3-3） 式中 ，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-人体的新陈代谢产热率（J/m2 h）； Qc-为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）； Qk-人体外表面向周围环境的辐射热传递率（J/m2 h）； Qe-人体汗液蒸发和呼出水蒸气的蒸发热传递率（J/m2 h）；“ ”表示人体得热，“”表示人体散热。 一、人体的基本热平衡方程式 n人体的热平衡是动态的 当Qs = 0时，人处于热平衡状态，此时，人
9、体皮肤温 度在36.5左右，人感到舒适； 当Qs 0时，人感到热； 当Qs 35 130313232 228293030 326272828 425262727 注：表中“好”级的WBGT指数值是以最高肛温不超过38为限。 表3-7 WBGT指数评价标准 4.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（mca
10、l/cm2s）； 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。 干卡他度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H值越大，散热条件越好。 工作时感到比较舒适的卡他度如表3-7和表3-8 所示。 4.卡他度 4.卡他度 劳动劳动 状况 卡他度轻劳动轻劳动中等劳动劳动重劳动劳动 干卡他度 湿卡他度 6 18 8 25 10 30 表3-7 较舒适的卡他度 热热感觉觉卡他度 干式湿式 很热热 热热 令人愉快 凉爽 冷 3 34 46 89.5 9.5 10 1012 1218 1820 20 表3-8 不同
11、卡他度下的人的感觉 第三节 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）高温作业环境的定义及其分类 一般将热源散热量大于84kJ/（m2h）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、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； 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
12、形成湿热环境； 三是夏季露天作业，如农民劳动、建筑等露 天作业。 （二）高温作业环境条件下人体的生理特征 n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，有时可达正 常值7倍之多，以实现体温调节，这种现象称 为热应激效应。 n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。 （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，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
13、的“核心”温度。 n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 。 n在一定的温度范围内，人体“核心”温度能够保 持一定的热平衡机能，而且其“核心”温度取决于 作业的负荷（劳动强度）。 n“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为作业负荷（W ）。 （二）高温作业环境条件下人体生理特征 （三） 高温作业环境对人的生理影响 （1）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，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、消化不良 和胃
14、肠疾病的增大。 （2）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。 （3）导致水分和盐分大量丧失。在高温下进行重体力劳 动时，平均每小时出汗量为0.752.0L，一个工作日可 达510L。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 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 及其他方面的慢性疾患。 （4）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
15、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 听阈的损害，也能提高人耳语频听阈。因此，降低高温 环境温度可减轻噪声对工人听力的危害。 （三） 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 n高温环境影响效率，人在2732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 达32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， 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。 n脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效温度达到29.5时 ，脑力劳动的效
16、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。 n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20左右；温度高于28或降到10以下时，意 外事故增加30。 高温作业分级GB/T4200-1997标准 n我国于1997年正式实施了高温作业分级 GB/T4200-1997标准，并于2002年重新修订为高 温作业场所气象条件的卫生学评价标准，该标准采用 了国际通用的WBGT指数方法对高温作业进行了分级， 如表3-9所示。 表3-9 中华人民共和国国家标准高温作业分级 接触高温 作业时间业时间 /min WBGT指数/ 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 120 121240 241360 360 二、低温环境条件对人的
