微气候环境课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 微气候环境,本章基本要求,了解微气候环境的构成要素,，,各要素测定方法，微气候环境对人的影响的综合性。,通过人体热平衡方程式掌握人体与外界热交换方式，各种热交换的影响因素，为维持人体热平衡提供改进方向。,了解人对微气候环境的主观感受，掌握微气候环境的评价方法。,掌握特殊环境（高温和低温）对人的影响，及微气候环境改进措施。,本章主要内容,微气候要素及其相互关系,人体的热交换与平衡,微气候环境对人的影响,改善微气候环境的措施,第一节,微气候要素及其相互关系,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：,空气温,度,空气湿度,气流速度（风速）,热辐射,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）,气温：空气的冷热程度。,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（,）。两种温标的换算关系为：,（,3-1,）,（,3-2,）,二、空气湿度,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（,m,3,）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。,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，干球温度计指示的温度叫干球温度，根据湿球温度和干球温度找出相对湿度。,二、空气湿度,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）,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。,三、气流速度（风速）,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：,0.05,1m/s,）的仪器。如图,3-2,、图,3-3,、,图,3-4,所示,。,图,3-4,便携式风速仪,图,3-2,电子（热球）微风仪,图,3-3,手持式风向风速仪,四、热辐射,热辐射：物体在绝对温度大于,0K,时的辐射能量。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。,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。,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/cm,2,min,）,。,四、热辐射,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,20,120,，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。,图,3-5,黑球温度计,五、微气候各要素之间的相互关系,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。,例如：在相同热辐射条件下，下面三种不同环境中，人体具有相同的热环境感觉：,气温,17.7,，相对湿度,100%,，风速,0,m/s,；,气温,22.4,，相对湿度,70%,，风速,0.5,m/s,；,气温,25.0,，相对湿度,20%,，风速,2.5,m/s,；,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,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。,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。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，即对流、传导、辐射和蒸发。,人体热交换,方式及其,影响因素,对流，,一般指人体将热量传递给（温度较低的）空气，空气流动将热量带走。,取决于气流速度、皮肤表面积、对流传热系数、服装热阻值、气温及皮肤温度等。,当气温达到,34.5,以上，对流基本失效。,传导，,当人体接触低于体温的物体时，热量向外传导。,取决于皮肤与环境（包括所接触的物体、空气等）的温差以及所接触物体的面积大小及其导热系数。,辐射，,人体表面向外辐射出波长较长的红外线。,取决于,人体环境间的温度差,、,人体表,面积、服装热阻值等。,蒸发，,皮肤表面出汗和由肺部排出水分散热。,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。,几种散热方式的比例,测试条件：春秋季节、轻体力活动，日总排热量,3000kcal,一、人体的基本热平衡方程式,人体的热平衡方程为：,Qs,Qm,W,Qc,Qr,Qk,Qe,（,3-3,）,式中 ，,Qs,：人体的热积蓄或热债变化率（,J/m,2,h,） ；,Qm,：,人体的新陈代谢产热率（,J/m,2,h,） ；,W,：人体为维持生理活动及肌肉活动所做的功；,Qc,：对流换热率；,Qr,：,传导换热率；,Qk,：,辐射热传递率；,Qe,：,蒸发热传递率；,“”表示人体得热，“”表示人体散热。,Qs,=0,人体处于动态热平衡状态,Qs,0,产热多于散热，人体体温升高,Qs,35,1,30,31,32,32,2,28,29,30,30,3,26,27,28,28,4,25,26,27,27,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,预测平均投票数,PMV(Predicted,Mean Vote),PMV,值是丹麦的范格尔,(,P.O.Fanger,),教授提出的表征人体热反应（冷热感）的评价指标，代表了同一环境中大多数人的冷热感觉的平均。,该模型提出的指标表示大多数人对热环境的平均投票值，其有七级感觉，即冷（,-3,）、凉（,-2,）、稍凉（,-1,）、中性（,0,）、稍暖（,1,）、暖（,2,）、热（,3,）。,预测平均投票数,PMV(Predicted,Mean Vote),预测平均投票数,PMV(Predicted,Mean Vote),预测不满意百分数,PDD(Predicted,Percentage of Dissatisfied,）,PMV,指标代表了同一环境下绝大多数人的热感觉，,但人与人之间存在生理差别，,PMV,指标并不一定能够代表所有人的感觉。因此,Fanger,又提出了预测不满意百分比,PPD,指标来表示人群对热环境不满意的百分数，并用概率分析方法，给出了,PMV,与,PPD,之间的定量关系。,PPD = 100-95exp -( 0.03353PMV,2,+0.2179)PMV,2,第三节,微气候环境对人的影响,1.,高温作业环境对人的影响；,2.,低温环境条件对人的影响；,3.,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/,（,m,2,h,）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，其特点为气温高，热辐射强,度大，相对湿度较低；,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；,夏季露天作业，如农民劳动、建筑等露天作业。,一、高温作业环境对人的影响,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的,“,核心,”,温度。,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=,腋温,+1,。,“,核心,”,温度,t,R,与作业负荷,M,的关系式为：,t,R,= 37.0 + 0.0019M,式中，,t,R,为核心温度（,）；,M,为作业负荷（,W,）。,一、高温作业环境对人的影响,（,二）高温作业环境条件下人体的生理特征,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。,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。,持续的高温环境会使心脏负担加重，脉搏加速，导致热循环机能失调，长期接触高温的人，其血压比一般人高。,热应激现象和发展过程,一、高温作业环境对人的影响,（三） 高温作业环境对人的生理影响,对消化系统具有抑制作用。,急性胃、肠炎,对中枢神经系统具有抑制作用。,中暑,导致水分和盐分大量丧失。,心血管疾病,高温及噪声联合作用损伤人的听力。,一、高温作业环境对人的影响,（四）高温作业环境对工作效率、事故的影响,科学家曾对,11,个行业近,1300,名在职人员进行长达,5,年的观察发现，在高温高湿气候下，速记错误率会增加,10,倍，人的脾气会变得急躁，暴力行为飙升。此外，当空气相对湿度大于,80,时，工伤事故的发生率会增加,33,。,热环境与体力劳动效率的关系,热环境与工作差错、作业事故的关系,高温作业场所气象条件的卫生学评级标准,接触高温,作业时间,/min,WBGT,指数,/,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,120,121,240,241,360,360,表,3-9,中华人民共和国国家标准高温作业分级,二、低温环境条件对人的影响,（一）低温环境下人的生理反应,所谓低温，是指环境气温低于,10,为界限，严格地说，对人体的实感温度，还应当考虑当时环境的空气湿度、风速等综合因素。,在低温作业环境下人体会经历,低温适应初期和不能适应低温环境,的两个阶段：在低温适应初期，人体代谢率增高，心率加快，心脏搏出量增加；当人体核心温度降低之后，心率也随之减慢，心脏搏出量减少。这实际上是人体已经不能适应低温环境的信号。,二、低温环境条件对人的影响,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。外界温度进一步下降，肌肉会因寒冷而剧烈收缩抖动，产生,冷应激效应,。人体在严重的冷暴露中，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,。进一步导致神经兴奋性与传导能力减弱，出现痛觉迟钝和嗜睡状态，很多人就是在这种不知不觉的睡眠中被冻死的。,人体长期处于低温条件，还会导致循环血量、白细胞、血小板减少，血糖降低，血管痉挛，营养障碍等症状。,二、低温环境条件对人的影响,（二） 低温环境对人体的影响,低温环境对人体的影响，不仅取决于温度，还取决于湿度、气流速度，在低温高湿条件下，会引起人体肌肉痛、发炎，神经痛、神经炎，腰痛、风湿痛,(,风湿四病：风寒湿性关节痛、风湿性关节炎、类风湿性关节炎、强直性脊柱炎,),等各种疾患。,在低温低湿季节，多种传染病的发病率增加，哮喘、支气管炎、肺炎等疾病也呈高发趋势。此外，低湿度还易造成咽干口燥、口鼻干痛等症状，严重时还会出现流鼻血、嘴唇干裂等。空气干燥还会使表皮细胞脱水，皮脂腺分泌减少，角质化加快，造成皮肤粗糙、起皱和开裂。,二、低温环境条件对人的影响,低温的影响主要不在脑力和神经机能，而在于手指的精细动作。低温环境条件下，影响人体四肢的灵活性，特别是影响手的精细运动灵巧度和双手的协调动作。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,10,以下，手的操作效率会明显降低。,表,3-10,是对防空兵某型高炮作业者在不同环境温度及持续时间下装填炮弹工作中进行精细作业的平均操作次数。,二、低温环境条件对人的影响,低温持续时间,/min,实验环境温度,15, 16,12, 13,7, 8,0,15.12,12.31,11.78,10,14.77,11.16,9.97,20,14.81,9.89,8.53,30,14.67,9.47,7.25,40,14.93,9.52,7.18,50,14.89,9.41,7.85,表,3-10,不同低温环境不同持续时间段每分钟平均操作次数,二、低温环境条件对人的影响,表,3-11,不同操作次数及实验时间下操作错误率（,%,）,每分钟,操作,次数,实验时间,/min,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,20,12.40,14.25,16.37,18.21,20.54,20.62,19.64,19.78,20.01,20.62,30,20.13,23.42,26.21,27.32,27.37,27.42,27.47,27.50,27.43,26.58,由以上两表可以看出，作业时间越长、试验环境温度越低，作业者的每分钟平均操作次数就越少；每分钟操作次数一定，实验时间越长，人的准确性越差；相同实验时间情况下，操作次数越多，错误率越高。,低温作业分级,三、衣着的温度效应,衣内微气候,指衣服与皮肤之间微小空间的温度、湿度和风速的总称。影响衣内微气候的因素有很多，比如衣服的款式、厚度和面料的特性等。,微气候冷却系统,在高温高湿环境下的工作人员穿着的密闭式防护服中必备的服装系统，其主要功能是吸收人体的热负荷，维持体心温度的恒定，减少热损伤，以提高人在高热环境中的工作效率，延长工作时间。,三、衣着的温度效应,保温力：服装具有的保温值或总热阻。,服装穿上人体后，靠近人体的内表面和在环境中的外表面存在温度差，该差值反映了服装的保温性能。服装的保温力受服装的材,料,、结构、服装款式、环境温度、风速等影响。,保温功效：服装在特定条件下的保温力，或条件改变后保温力提高或抵御降低的能力,(,或效力,),。,保温功效可通过服装材料自身保温力、环境条件的影响力，如防风效力、耐低温效力及空气层热阻效力等来表征。,三、衣着的温度效应,服装热阻 ：描述服装的保温作用的量，单位为克罗（,clo,）。,1clo,定义为：一个静坐者在,21,空气温度、空气流速不超过,0.05m/s,，相对湿度不超过,50%,的环境中感到舒适所需要的服装热阻。,着衣指数：表示为了使人的体表温度保持恒定或使人体保持舒适状态所需衣服的厚度，其单位也为,clo,。着衣指数共分为,10,级。,服装热阻,着衣指数,表,3-12,着衣指数的级别划分表,等,级,指数范围,/,clo,对策建议,-2,-0.3,夏装：着浅色轻薄透气的短装，须使用空调降温,-1,-0.3,0.0,夏装：着浅色轻薄透气的短装，可使用风扇或空调调节,0,0.0,0.5,夏装：着短装如短袖上衣、短裤、短裙、短袖薄,T,恤，可使用风扇调节,1,0.5,1.0,夏装：如衬衣、,T,恤、裙装；或春秋装如西服或夹克，内着薄衬衣,2,1.0,1.5,春秋装：如西服、夹克内着衬衣,3,1.5,2.3,春秋装：如西服、夹克、夹衣、外套，内着针织长袖衫或衬衣加毛衣,4,2.3,3.0,早春,/,晚秋装：如毛衣、外套、西服、夹克、夹衣，内着棉毛衫或羊毛衫,5,3.0,3.5,初冬装：如厚外套、大衣、皮夹克，内着毛衣加棉毛衫,6,3.5,4.5,冬装：如棉衣、厚大衣、皮夹克、内着毛衣加棉毛衫,7,4.5,冬装：如厚棉衣、呢大衣、皮夹克、皮褛，内着毛衣加棉毛衫,服装与舒适热环境之间的关系,舒适热环境的感觉与评价与衣着厚薄密切相关，通过大量的测试与研究，得到服装与舒适热环境感觉关系：衣着每增加热阻值,0.1clo,，相当于环境空气温度增加,0.6,，如右图：,一、人居的微气候环境的改善,表,3-13,显示了气候对于建筑的影响，从气候系统分类可以看出，微气候对建筑的影响范围是最为集中的。可以通过改进建筑结构,、设备、材料、智能控制系统,及其周边环境来改善人居的微气候环境。,第四节,改善微气候环境的措施,气候系统,气候特征对建筑影响范围的尺度,/ km,时间范围,水平范围,竖向范围,全球性气候,2000,3,10,1,6,个月,地区性气候,500,1000,1,10,1,6,个月,局地,(,地形,),气候,1,10,0.01,1,1,24 h,微气候,0.1,1,0.1,24 h,表,3-13,气候对于建筑的影响,一、人居的微气候环境的改善,近年来,随着全球能源的日益紧张，空调系统这一能耗大户面临着巨大的考验，节能降耗已经成为空调系统设计和运行的关键。,根据估计，在西方国家中，建筑能耗占据的社会总能耗约为,40%-60%,，而在我国,建筑能耗占社会总能耗的比例也从原有的,25%,向,35%,增加，公共建筑的空调制冷与采暖系统全年能耗尽占整个建筑能耗的,50%-60%,，有些地区甚至达到,70%,以上，而照明等能耗约为,20%-30%,。,清华大学曾经对北京市的,150,栋中高档写字楼、商务楼进行调查研究,“,据统计，写字楼全年耗电量约为,130-195kwh/m,2,，其中空调占,37%,，照明占,28%,，办公设备占,22%,，电梯占,3%,，其他占,10%,。,二、高温作业环境的改善,（一）生产工艺和技术措施,合理设计生产工艺过程； 屏蔽热源；,降低,湿,度； 增加气流速度。,（二）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。,（三）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。,案例,目前，国内工业生产中的爆作、火灾、剧毒化学物泄漏等灾难性事故频发；恐怖分子利用爆炸、生化毒剂袭击等各种手段危害公众安全的威胁增加。消防队员等应急救险人员是人民生命财产的守护神，保障应急救援人员的人身安危成为救援的前提，设计开发耐高温防护服、消防服等防护服装，提高应急救援防护服的防护水平就成为关键。,随着社会的不断发展，耐高温热防护服的舒适性越来越得到了人们的重视。人体生理学、医学、信息科学等相关领域的新技术会促进耐高温热几防护服的智能化。在研究新型耐高温防护服的时候，充分发挥新检测技术和数据处理相结合的潜力，将催生舒适性更强、防护性更全面的耐高温热防护服。,空调服,三、低温作业环境的改善,（,一,）做好采暖和保暖工作。,（,二,）提高作业负荷；,（,三,）个体保护；,（,四,）采用热辐射取暖。,USB,供电的防寒手套,IT,人士和经常与电脑打交道的人看到这个肯定会一下子叫出来，好主意啊！要知道在冬天敲键盘是多么痛苦的事，有了这个,USB,加热手套，再配上两种温度调节，让你在冬天里也能够轻松应付繁重工作 。,案例,谢谢！,急性胃、肠炎,急性胃炎是一种常见病，主要表现为上腹疼痛、不适，食欲下降，恶心呕吐，有时伴腹泻，严重的急性胃炎还会引起呕血、便血等症状。,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。,高温导致食物易变质，食入变质的食物也是导致急性胃、肠炎的重要原因之一。,返回,中暑,在高温环境中劳动和工作，易发生,中暑,。现代医学研究证明，中暑是中枢神经调节失常的结果。当外界温度过高,(,大多数超过,38),，人体通过辐射和对流散热发生障碍，身体只能靠出汗散热，如果此时汗的蒸发亦受影响，散热有困难，热便在体内积蓄。当积蓄的热量超过人体所能耐受的限度时，就会发生中暑。中暑可分为先兆中暑、轻症中暑、重症中暑，而重症中暑又称,“,热射病,”,。,所谓,“,热射病,”,是指，因高温引起的人体体温调节功能失调，体内热量过度积蓄，从而引发神经器官受损的疾病。通常发生在夏季高温同时伴有高湿的天气。这是因为持续闷热会使人的皮肤散热功能下降，体内热量不能发散，集聚在脏器及肌肉组织，进而伤害到中枢神经。患者出现高热、无汗、口干、昏迷、血压升高，甚至呼吸衰竭等现象，是中暑中最严重的一种类型,。,返回,心血管疾病,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。,常见的心血管疾病主要有：高血压、冠心病、高血脂、心律失常、心肌疾病、动脉硬化、脑血管疾病等。,返回,冷应激现象和发展过程,容易发生冻伤的作业,容易发生冻伤的作业，有以下几种类型：工艺上要求低温环境的作业（冷藏作业）、冬季在寒冷地区或极区从事露天或野外作业，如建筑、装卸、农业、渔业、地质勘探、野外考察研究等。,我国东北、华北及西北部分地区属于寒区。其气候特点是气温低、寒期长、温差大、寒潮多；雪期长，积雪深；结冻期长，冻土层厚。在这些地区遇到严寒强风潮湿条件，从事露天作业，尤其是衣服潮湿、饥饿时易发生冻伤。,返回,