生产环境的微气候条件与安全

　　研究生产环境的微气候条件，主要是保障人在生产过程中热平衡。使劳动者的身心愉悦，具有较高的工作效率，达到安全生产。生产环境的微气候条件主要是指工作场所空气的温度、湿度和空气的流速。这三个参数分别反应了热量传递的对流、蒸发和辐射三种途径。

　　一、人体的热交换与平衡

　　人的体温一般波动很小，为了维持生命，人体要经常对36.5℃的目标值进行自动调  节。人体通过新陈代谢不断地从摄取的食物中制造能量，这些能量除用于生理活动和肌肉做功外，其余均转换为热能。人要保持体温，体内的产热量应与对环境的散热量及吸热量相平衡。如果得不到这种平衡，则要随着散热量小于或大于产热量的变化，体温上升或下降，使人感到不舒服，甚至生病。人体的热平衡方程式为：

　　S=M-W-H

　　式中  S —— 人体单位时间贮热量；

　　     M —— 人体单位时间能量代谢量；

　　     W —— 人体单位时间所做的功；

　　     H —— 人体单位时间向体外散发的热量。

　　当M＞W十H时，人感到热；当M＜W十H时，人感到冷；当M＝W十H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。

　　人体单位时间向外散发的热量H，取决于人体的四种散热方式，即辐射、对流、蒸发和传导热交换。

　　人体单位时间辐射热交换量，取决于热辐射强度、面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度和皮肤温度等。

　　人体单位时间对流热交换量，取决于气流速度、皮联表面积、对流传热系数、服装热阻值、气温及皮肤温度等。

　　人体单位时间蒸发热交换量，取决于皮肤表面积、服装热阻值、蒸发散热系数及相对湿度等。蒸发散热主要是指从皮肤表面出汗和由肺部排出水分的蒸发作用带走热量。在热环境中，增加气流速度，降低湿度，可加快汗水蒸发，达到散热目的。

　　人体单位时间传导热交换量取决于皮肤与物体温差和接触面积的大小及传导系数。不知不觉的散热可能对人体产生有害影响。因此需要用适当的材料构成人与物接触点(桌面、椅面、控制器、地板等)。

　　二、人体对微气候环境的主观感觉

　　衡量微气候环境的舒适程度是相当困难的，不同的人有不同的估价。一般认为，  “舒适”有两种含义，一种是指人主观感到的舒适；另一种是指人体生理上的适宜度。比较常用的是以人主观感觉作为标准的舒适度。人的自我感觉的舒适度与工作效率有关。

　　1．舒适的温度。人主观感到舒适的温度与许多因素有关，从客观环境来看，湿度越大，风速越小，则舒适温度偏低；反之则偏高。从主观条件看，体质、年龄、性别、服装、劳动强度、热习服等均对舒适温度有重要影响。因此，在实践中，所谓舒适温度是指某一温度范围而言。生理学上常用的规定是：人坐着休息，穿着薄衣服，无强迫热对流，未经热习服的人所感到的舒适温度。按照这一标准测定的温度一般是21±3℃。影响舒适温度的因素很多，主要有：季节（舒适温度在夏季偏高，冬季偏低。）、劳动条件、衣服（穿厚衣服对环境舒适温度的要求较低。）、地域（人由于在不同地区的冷热环境中长期生活和工作，对环境温度习服不同。习服条件不同的人，对舒适温度的要求也  不同。）、性别、年龄等。一般女子的舒适温度比男子高0.55℃；40岁以上的人比青年人约高0.55℃。

　　2．舒适的湿度。舒适的湿度一般为40％～60％。在不同的空气湿度下，人的感觉不同，温度越高，高湿度的空气对人的感觉和工作效率的消极影响越大。有关研究证明，室内空气湿度φ(％)与室内气温t (℃)的关系为：

　　   φ＝188-7.2t    (12.2＜t＜26）

　　3．舒适的风速。在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为0.3m／s；而在拥挤的房间里为0.4m／s。室内温度和湿度很高时，空气流速最好是l～2m／s。有关工作场所风速可参阅采暖通风和空调设计规范.

　　三、微气候环境的综合评价

　　研究微气候环境对人体的影响，不能仅考虑其中某个因素，因为人进入作业场所时，要受温度、湿度、风速和热辐射等多种因素的综合影响。因此，要综合评价微气候环境。目前，评价微气候环境有四种方法或指标。

　　1．有效温度(感觉温度)。有效温度是美国采暖通风工程师协会研究提出的，是根据人在不同的空气温度、湿度和空气流速的作用下产生的温热主观感受所制订的经验性温度指标。在已知干球温度、湿球温度和气流速度，就可以根据有效温度图求出有效温度。此指标使用比较方便,其缺点是在一般温度条件下过高的估计了高湿度的影响,而在高温情况下又低估了风速、高温度的不利作用。德国的工效学标准采用该指标。当有效温度高时，人的判断力减退。当有效温度超过32℃时，作业者读取误差增加，到35℃左右时，误差会增加4倍以上。不同作业种类的有效温度参见表5-9。

表5－9  不同作业种类的有效温度

　　2．不适指数。不适指数是由纽约气象局1959年发表的一项评价气候舒适程度的指标，它综合了气温和湿度两个因素。不适指数可由下式求出：

　　DI=（t_d+t_w）×0.72+40.6

　　式中  DI —— 不适指数；

　　      t_d —— 干球温度，℃；

　　      t _w—— 湿球温度，℃。

　　据日本学者研究认为，日本人感到舒适的气候条件与美国人有所区别。表5-10为美国人和日本人对不同的不适指数的不适主诉率。

表5－10    不适指数与不适主诉率

　　通过计算各种作业场所、办公室及公共场所的不适指数，就可以掌握其环境特点及对人的影响。不适指数不足之处是没有考虑风速。

　　3．三球温度指数(WBGT)。它是指用干球、湿球和黑球三种温度综合评价允许接触高温的阈值指标。

　　当气流速度小于1.5m／s的非人工通风条件时，采用下式计算：

　　    WBGT＝0.7WB十0.2GT十0.1DBT 

　　当气流速度大于1.5m／s的人工通风条件时，采用下式计算：

　　    WBGT＝0.63WB十0.2GT十0.17DBT

　　式中:WB —— 湿球温度，℃；

　　     GT —— 黑球温度，℃；

　　    DBT —— 干球温度，℃。

　　若操作场所和劳动强度在时间上是不恒定的，则需计算时间加权平均值。

　　关于WBGT的允许热暴露阈值，ISO  7243－1982（E）只提出了一个参考值。美国工业卫生委员会推荐的各种不同的劳动休息制度的三球温度指数阈值参见表5－11。

表5－11允许接触高温的阈值（WBGT，℃）

　　4.卡他度

　　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。卡他度一般用来评价劳动条件舒适程度。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；

　　    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见表5-12

表5－12  较舒适的卡他度

　　四、微气候环境对人体的影响

　　1．高温作业环境对人体的影响

　　一般将热源散热量大于84kJ／(m2.h)的环境叫高温作业环境。高温作业环境有三种类型：

　　高温、强热和辐射作业，其特点：气温高，热辐射强度大，相对湿度较低；

　　高温、高湿作业，其特点：气温高、湿度大，如果通风不良就会形成湿热环境；

　　夏季露天作业，如农民劳动、建筑等露天作业。

　　高温作业环境对人的影响包括以下几个方面。

　　（1）高温环境使人心率和呼吸加快。人在高温环境下为了实现体温调节，必须增加血输出量，使心脏负担加重，脉搏加速，因此心率可以作为热负荷的简便指标。另据研究，长期接触高温的工人，其血压比一般高温作业及非高温作业的工人高。

　　（2）高温作业环境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。在热环境中消化液分泌量减少，消化吸收能力受到不同程度的抑制，因而引起食欲不振、消化不良和胃肠疾病的增加。

　　（3）温热环境对中枢神经系统具有抑制作用。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。

　　（4）高温环境下，人的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0.75～2.0L，一个工作日可达5～10L。高温工作影响效率，人在27～32℃下工作，其肌部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。

　　在工业生产方面，人们早就发现一年四季气温变化与生产量的升降有密切关系。曾有学者研究美国金属制品厂、棉纺厂、卷烟厂等工人的工作效率，发现每年隆冬与盛夏时生产量均降低。又据英国方面研究发现，夏季里装有通风设备的工厂，生产量较之春秋季降低3％，但缺少通风设备的同类工厂，在夏季生产量降低13％。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％。

　　2．低温环境对人的影响

　　人体在低温下，皮肤血管收缩，体表温度降低，使辐射和对流散热达到最小程度。在严重的冷暴露中，皮肤血管处于极度的收缩状态，流至体表的血流量显著下降或完全停滞，当局部温度降至组织冰点(-5℃)以下时，组织就发生冻结，造成局部冻伤。此外，最常见的是肢体麻木。特别是影响手的精细运动灵巧度和双手的协调动作。手的操作效率和手部皮肤温度及手温有密切关系。手的触觉敏感性的临界皮温是10℃左右，操作灵巧度的临界皮肤温度是12～16℃之间，长时间暴露于l0℃以下，手的操作效率会明显降低。甚至出现误操作。

　　五、改善微气候环境的措施

　　1．改善高温作业环境

　　高温作业环境的改善应从生产工艺和技术、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

　　①  合理设计生产工艺过程。在进行生产工艺设计时，要切实考虑到作业人员舒适问题，应尽可能将热源布置在车间外部，使作业人员远离热源，否则热源应设置在天窗下或夏季主导风向的下风头，或热源周围设置挡板，防止热量扩散。

　　②  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。屏蔽方法有三种：直接在热辐射源表面铺上泡沫类物质；在人与热源之间设置屏风；给作业者穿上热反射服装。

　　③  降低湿度。人体对高温环境的不舒适反应，很大程度上受湿度的影响，当相对湿度超过50％时，人体通过蒸发散热的功能显著降低。工作场所控制湿度的惟一方法是在通风口设置去湿器。

　　④  增加气流速度。高温车间，通风条件差，影响工作效率。气温越高，影响越大。此时，如果增加工作场所的气流速度、可以提高人体的对流散热量和蒸发散热量。高温车间通常采用自然通风和机械通风措施以保证室内一定的风速。高温环境下，气流速度的增加与人体散热量的关系是非线性的，在中等以上工作负荷，气流速度大于2m／s时，增加气流速度，对人体散热几乎没有影响。因此，盲目地增加气流速度是无益的。

　　（2）保健措施

　　①  合理供给饮料和补充营养。高温作业时作业者出汗量大，应及时补充与出汗量相等的水分和盐分，否则会引起脱水和盐代谢紊乱。一般每人每天需补充水3～5kg，盐20g。另外还要注意补充适量的蛋白质和维生素A、Bl、B2、C和钙等元素。

　　②  合理使用劳保用品。高温作业的工作服，应具有耐热、导热系数小、透气性好的特点。

　　③  进行职工适应性检查。因为人的热适应能力有差别，有的人对高温条件反应敏感。因此，在就业前应进行职业适应性检查。凡有心血管器质性病变的人，高血压，溃疡病，肺、肝、肾等病患的人都不适应于高温作业。

　　（3）生产组织措施

　　①  合理安排作业负荷。在高温作业环境下，为了使机体维持热平衡机能，工人不得不放慢作业速度或增加休息次数，以此来减少人体产热量。作业负荷越重，持续作业时间越短。因此，高温作业条件下，不应采取强制性生产节拍，应适当减轻工人负荷，  合理安排作息时间，以减少工人在高温条件下的体力消耗。

　　②  合理安排休息场所。作业者在高温作业时身体积热，需要离开高温环境得到休息，恢复热平衡机能。为高温作业者提供的休息室中的气流速度不能过高，温度不能过低，否则会破坏皮肤的汗腺机能。温度在20～30℃之间最适用于高温作业环境下，身体积热后的休息。

　　③  职业适应。对于离开高温作业环境较长时间又重新从事高温作业者，应给予更长的休息时间，使其逐步适应高温环境。

　　2．改善低温作业环境

　　改善低温作业环境应做好以下工作：

　　（1）做好采暖和保暖工作。应按照《工业企业设计卫生标准》和《工业企业采暖、通风和空气调节设计规范》的规定，设置必要的采暖设备。调节后的温度要均匀恒定。有的作业需要和外界发生联系，外界的冷风吹在作业者身上很不舒适，应设置挡风板，减缓冷风的作用。

　　（2）提高作业负荷。增加作业负荷，可以使作业者降低寒冷感。但由于作业时出汗，使衣服的热阻值减少，在休息时更感到寒冷。因此工作负荷的增加，应以不使作业者出汗为限。

　　（3）个体保护。低温作业车间或冬季室外作业者，应穿御寒服装，御寒服装应采用热阻值大、吸汗和透气性强的衣料。

　　（4）采用热辐射取暖。室外作业，若用提高外界温度方法消除寒冷是不可能的；若采用个体防护方法，厚厚的衣服又影响作业者操作的灵活性，而且有些部位又不能被保护起来。还是采用热辐射的方法御寒最为有效。

　　3．推荐的环境微气候

　　在热环境中，高湿或低湿都会增加机体的热负荷，比同样空气温度正常湿度的环境有更热的感觉。当气温大于皮温时，气流速度加大，促使人体从外界环境吸收更多的热，使人更觉炎热。在寒冷的冬季，低温高湿，气流速度大，则会使人体散热过多，令人更觉寒冷，从而引起冻伤。

　　当空气流速为0.15m／s时，即有空气清新感觉。在室内，即使空气温度适宜，若空气流速接近于零，也会使人产生沉闷的感觉。工作场所的风速以不超过2m／s为宜。空调车间若使用循环风，循环空气中至少应加入10％新鲜空气。德国劳动保护与事故研究所推荐的生产环境微气候，见表5－13。

表5－13 德国劳动保护与事故研究所推荐的生产环境微气候