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。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20120，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 35130313232228293030326272828425262727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（mcal/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6 188 2510 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 9.510 1012 1218 1820 20表3-8 不同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，肠温度表示人体 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。 通常用直体的“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）。“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 /minWBGT指数/ 25 26272829303132333435 3637 3839 40414243120 121240 241360 360二、低温环境条件对人的影响（一）低温环境下人的生理反应人体在低于皮温的环境下，皮肤血管收 缩，体表温度降低，使其辐射和对流散热达 到最小程度。当外界温度进一步下降，肌肉 会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。人体 在严重的冷暴露