人们从事高温作业时,常受到气温、气湿、气流、热辐射等气象因素的综合影响。长期以来,各国卫生科学工作者和工程技术人员都在研究、探讨对热环境进行综合评价的方法。已提出以气象因素、机体生理反应以及热交换为基础的多种评价指标。例如热强度指数,湿球黑球温度指数,预测4小时出汗率 (P4SK),有效温度(ET),修正有效温度 (CET),等价温热感,标准作用温度,不快指数,蓄热指数,生理紧张指数等。这些指标都有各自的局限性,在实际应用中还存在一定问题。本条目仅简要介绍热强度指数和湿球黑球温度指数。
热强度指数(HSI) 一种气象条件综合评价方法。此法乃根据作业环境气温、相对湿度、风速、黑球温度和劳动时机体产热量几个因素作用下,机体与热环境平衡的关系,提出以需要蒸发散热量和最大蒸发散热量的比值作为综合评价热环境的热强度指数。计算式:
式中Ereg为需要蒸发散热量(kJ/h); Emax为最大蒸发散热量(kJ/h)。当环境气温和平均黑球温度高于体表温度时,则机体通过对流和辐射方式从周围环境吸收热量。因此,
Ereg=R+C+M
式中R为辐射交换热量,C为对流交换热量,M为代谢产热量。如要维持体热平衡,必须依靠蒸发散热,而机体最大可能蒸发散热量又与体表面积、风速、生理饱和差有关,即:
Emax=9.8AV0.37(P3-Pa)
式中A为体表面积(m2),V为风速(m/s),P3为该皮温下的体表水蒸汽压力(kPa),Pa为空气中水蒸汽分压(kPa), P—Pa之差值即为生理饱和差。 实验表明, 机体最大蒸发量平均为每小时1L,即Emax约为2510.4kJ/h。这时可按下式计算:
HSI可通过实测M、R及C值按公式计算求得; 如绘制成线解图则可简化计算。如断续工作或工作地点不固定时,则应采用时间加权平均值(HSItwa)。如指数为100,说明需要蒸发散热量与最大可能散热量相等,这时机体处于保持热平衡的极限; 如需要蒸发散热量大于最大蒸发散热量,指数将大于100,这时机体将出现蓄热,并影响工作效率; 反之,指数愈小于100,机体愈不会出现热蓄积,并愈易保持热平衡。据此,作者提出热强度指数的卫生限值不得大于90。
湿球黑球温度指数(WBGT) 系用一简单数值以概括气温、气湿、热辐射几个气象因素的作用。WBGT是从保证人体深部温度不超过38℃为基础而拟定的评价指标。
WBGT是采用黑球、干球和湿球温度的适当比例来计算的,其计算公式如下:
WBGT=0.7twb+0.3[(tg-ta)K+ta]
式中twb为湿球温度,tg为黑球温度,ta为干球温度,K为吸收系数。但在实际应用时可将上式简化,在室外有太阳辐射时(设K值为0.67),则
WBGT=0.7twb+0.2tg+0.1ta
在室内或在室外无太阳辐射,如阴天、夜间或遮阳情况下(设K值为1)则
WBGT=0.7twb+0.3ta
当环境气象条件有很大变动,或工作地点不固定,造成不同热强度水平时,则应采用时间加权平均值(WBGTtwa),其计算方法如下:
如果连续工作,则WBGTtwa按每小时计算,而不是按8小时来计算,因为极端的热接触超过1小时就可能造成健康损害; 断续工作则按2小时计算。自1974年起即有人建议可用WBGT指标作为规定的热接触容许限值如表。
表1 热接触的容许限值(WBGT℃)
作息制度 (按每小时的加权平均计算) | 劳动强度 | ||
轻 | 中等 | 重 | |
连续工作 每小时工作75%、休息25% 每小时工作50%、休息50% 每小时工作25%、休息75% | 30.0 30.6 31.4 32.2 | 26.7 28.0 29.4 31.1 | 25.0 25.9 27.9 30.0 |
表2 热接触的容许限值(断续工作,按2小时的时间加权平均值,WBGT℃)
劳动强度 | 风速<1.5m/s | 风速≥1.5m/s |
轻劳动(≤8.37×102kJ/h) 中等劳动(8.41~12.55×102kJ/h) 重劳动(>12.55×102kJ/h) | 30.0 27.8 26.1 | 32.2 30.6 28.9 |
WBGT的测定与计算均较简便,所用仪器也不复杂,有利于推广应用。连续工作的WBGT虽然考虑了气温、气湿、热辐射等气象因素,但未包括风速是其缺点。不过目前对其他有关因素正在进行补充研究。需要指出的是,不同气象因素组合成相同的WBGT水平时,并不代表同一舒适感,其生理反应(体温、皮温、出汗率等)也不完全相同。因此在应用该指数进行评价时,如能结合本地区各工业部门具体情况,确定WBGT与机体温热感及其他生理反应的关系,则更有实际意义。
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