《人机工程学》第9章 作业环境.ppt

第9章作业环境,9.1微气候9.2噪声与振动9.3照明9.4色彩调节9.5空气污染,9.1微气候,9.1.1微气候条件1.气温空气的冷热程度称为气温。气温是评价作业环境气候条件的主要指标。气温有摄氏温标()、华氏温标()和绝对温标(K)三种。我国一般采用摄氏温标。三种温标的换算公式如下：,（9-1）,(9-2),2.湿度空气的干湿程度称为湿度。湿度有绝对湿度与相对湿度两种。在一定温度下，每立方米空气中所含的水蒸气克数称为绝对湿度。某种温度、压力条件下空气的水蒸气压强f与相同温度、压力条件下的空气饱和水蒸气压强F的百分比称为该温度、压力条件下的相对湿度，记作,(9-3）,作业环境的湿度通常采用相对湿度表示。相对湿度可根据干、湿球温度查表9-1得到。相对湿度在70%以上称为高气湿，低于30%称为低气湿。,表9-1从干球温度与湿球温度查找相对湿度表,3.热辐射物体在绝对温度大于0K时的辐射能量，称为热辐射。太阳及生产环境中的熔炉、开放的火焰、熔化了的金属、被加热了的材料等均能产生热辐射，它是一种红外辐射，红外辐射不能加热气体，但能使周围物体加热。4.空气流速空气流动的速度叫做气流速度或空气流速(m/s)。测定室内气流速度一般用热球微风仪。,9.1.2人体对微气候条件的感受与评价1.人体的热交换与平衡人体的体温控制是一个完善的温度调节系统，尽管外界环境温度千变万化，人体的体温波动却很小，这对于保证生命活动的正常进行十分重要。为了延续生命或从事劳动，人体要进行能量代谢。能量代谢伴随着产生大量的附加热，只有一小部分用于生理活动和肌肉做功。因此，人体本身也是一个热源。,若人体内单位时间的能量代谢为M、向体外做功为W、向体外散发的热量为H，当MHW时，人体处于热平衡状态，此时人体皮温在36.5左右，人感到舒适；当MHW时，人感到热；当MW+H时，人感到冷。当人体内单位时间的蓄热量为S时，人体的基本热平衡方程式可用下式表达：SMWH（9-4）,人体单位时间向外散发的热量H，取决于辐射热交换量R(KJ/s)、对流热交换量C(KJ/s)、蒸发热交换量E(KJ/s)、传导热交换量K(KJ/s)，即HRCEK（Ks）（9-5）,人体单位时间的辐射热交换量R取决于热辐射常数、皮肤表面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度和皮温等。人体单位时间对流热交换量C取决于气流速度、皮肤表面积、对流散热系数、服装热阻值、平均环境温度和皮温等。,人体单位时间蒸发热交换量E取决于皮肤表面积、服装热阻值、蒸发散热系数以及相对湿度等。在热环境中，增加气流速度，降低湿度，可以加快汗水蒸发，达到散热的目的。人体单位时间传导热交换量K，取决于皮肤与物体温差和接触面积的大小以及物体的导热系数。人体热平衡状态如图9-1所示。,图9-1人体热平衡状态,2.人体对微气候环境的主观感觉人体对微气候环境的主观感觉，即心理上感到满意与否，是进行微气候环境评价的重要指标之一。由于构成微气候环境的若干条件的不同，人体对其感觉取决于它们之间的综合影响。,鲍生(J.E.Bosen)提出了不舒适指数DI(DiscomfortIndex)，DI0.72(干球温度+湿球温度)+40.6评价人体对温度、湿度环境的感觉。通过对美国人的实验表明：当DI70时，绝大多人感到舒适；当DI75时，有一半人感到不舒适。,为了综合反映人对气温、湿度、气流速度的感觉，提出了有效温度的概念。有效温度是指在某种干球温度、湿球温度和风速下，人体的温热感觉与相对湿度为100%、空气静止不动(即风速为0)的情况下，有同样感觉的等效温标。图9-2为以干球温度、湿球温度、气流速度为参数绘制的有效温度图。,图9-2有效温度图,有的学者提出用干球温度、湿球温度、气流速度和热辐射4个因素的综合指标WBGT作为微气候的衡量指标，即加权平均温标。WBGT的计算如下：当气流速度小于1.5m/s的非人工通风条件下时，采用下式计算：WBGT0.7tw0.2tg+0.1td（9-6）当气流速度大于1.5m/s的人工通风条件下时，采用下式计算：WBGT0.63tw0.2tg0.17td（9-7）,表9-2为美国工业卫生委员会根据劳动强度和休息时间比，推荐的WBGT充许热接触阈限值。,表9-2允许接触高温的阈限值(WBGT),3.舒适温度和允许温度舒适温度有两种。一种是指人的主观感觉到的舒适温度，另一种是指人体生理上的适宜温度。生理学上对舒适温度规定为，人坐着休息、穿薄衣、无强迫热对流，在通常地球引力和海平面的气压条件下，未经热习服的人所感觉到的舒适温度。按照这一规定，舒适温度应在213范围内。,对于不同空气湿度，人的主观感觉状态见表9-3。有人建议可用下式确定室内空气湿度(%)和室温t()的关系：1887.2t(t26)(9-8)不同季节最适宜的气流速度如表9-4所示。允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率、身心健康和安全的温度范围。允许温度范围一般是舒适温度(35)。,表9-3以空气湿度为转移的感觉,表9-4推荐的气流速度,我国工作场所气候条件卫生标准是根据作业性质及劳动强度，以气温为主而制定的，在特殊情况下，才有湿度和风速的规定。根据劳动特征和劳动强度所制定的工厂车间内作业区的空气温度和湿度的标准，如表9-5所示。,表9-5工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准,9.1.3微气候条件对人体的影响1.高温作业环境对人体的影响一般将热源散热量大于84KJ/(m3h)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，高温、高湿作业，夏季露天作业。,高温作业环境条件下，人体的耐受度与人体核心温度(常用直肠温度表示人体的核心温度)有关。核心温度低于38，一般不会引起热疲劳。核心温度tR()与作业负荷M(w)的关系为tR37.00.0019M（9-9）,图9-3产量与气温的关系,图9-4产量与湿球温度的关系,在高温作业环境条件下，气流速度对作业效率也有明显的影响。体力劳动的工作效率与温度和空气流速的关系如图9-5所示。,图9-5体力劳动的工作效率与温度和空气流速的关系,2.低温作业环境对人体的影响低温环境条件通常是指低于允许温度下限的气温条件。人体具有一定的冷适应能力，环境温度低于皮温时，刺激皮肤冷觉器发生神经冲动，引起皮肤毛细血管收缩，使人体散热量减少。外界温度进一步下降，肌肉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。,研究发现，随温度降低灵活性下降，在相同温度下，暴露的时间越长，灵活性越差(见图9-6)。更广泛的研究表明，当环境温度(干球温度)为7时，手工作业的效率仅是最适宜温度时劳动效率的80%。,图9-6低温环境暴露时间与手的灵敏性的关系,9.1.4改善微气候条件的措施1.高温作业环境的改善作业者在高温环境中的反应及耐受时间受气温、湿度、气流速度、热辐射、作业负荷、衣服的热阻值等多个因素的影响。高温作业环境应该从生产工艺和技术、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。合理设计生产工艺过程。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。降低湿度。增加气流速度。通过门窗进行自然通风换气，可以增加空气的新鲜感，这对于工作效率的提高是积极的。纽约通风委员会通过实验证明，通风条件差，影响工作效率，气温越高，影响越大(见表9-6)。,表9-6空气条件与工作效率,2)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。3)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。,2.低温作业环境的改善低温作业环境的改善，应搞好下述工作：1)做好采暖和保暖工作。2)提高作业负荷。增加作业负荷，可以使作业者降低寒冷感。3)个体保护。4)采用热辐射取暖。,9.2噪声与振动,1.噪声的物理度量区别噪声的不同强度，可用下列物理指标。1)声压与声压级。声压是声波通过传播媒质时产生的压强，以P表示，单位为Pa。正常人耳刚刚能听到的声音的声压即最低声压称为听阈声压，其值为210-5Pa。能使人耳产生痛觉的声音的声压，即人能忍受的最高声压称为痛阀声压，其值为20Pa。因为从听阈声压到痛阈声压的绝对值相差百万倍，,故用声压来表示声音的强弱极不方便，于是引入了声压级的概念。声压级Lp等于该声音的声压与基准声压的比值的常用对数乘以20，其表达式为,(9-10),式中：Lp声压级(dB)；P声压(Pa)；P0基准声压，国际上规定选用听阈声压为2105Pa。,若在某点测得几个声压级为Lp1，Lp2，Lp3，Lpn，可用下式计算总声压级Lp总：,(i=1,2,n)（9-11）,某一声源的声压级，总是在一定的背景声源中测得。要准确地了解声源的声压级，必须从总声压级中剔除背境声源的影响。如果总声压级Lp总和背景声压级Lp背已知，则声源声压级Lp源为Lp源10lg(100.1Lp总-100.1Lp背)(9-12),2)声强与声强级。传播着的声波在单位时间内通过与声波传播方向垂直的单位面积的平均声能称为声强，以I表示，单位为W/m2。声强级LI等于某一频率的声强与基准声强的比值的常用对数乘以10，其表达式为,（9-13）,2.噪声的主观度量由于人耳对声音的主观感觉不仅与声压或声强有关，而且与频率有关，因此引入响度的概念，将声强与频率统一起来，作为人对噪声进行评价的主观感觉量。1)响度与响度级。响度是人耳对声音强度所产生的主观感觉量，响度与声强和频率有关。,响度级是表示声音响度的相对量，用L表示，单位为方(Phon)。以1000Hz的纯音作为基准声音，将其他频率的声音与其比较，当人耳感觉比较声音与基准声音一样响时，该比较声音的响度级(方值)在数值上即等于与其等响的基准声音的声压级(dB值)。例如，67dB、100Hz的声音与60dB、1000Hz的基准声音同响，则67dB、100Hz声音的响度级即为60方。响度级与响度的关系可用下列公式表示：,或,(9-14),运用与基准声音比较的方法，可以得到整个可听阈不同频率不同声强声音的响度级，并绘制出等响曲线。图9-7为国际标准化组织(ISO)所采用的等响曲线。,图9-7等响曲线,2)声级。人耳对不同频率的声音的敏感程度是不同的，对高频声敏感，对低频声不敏感。因此，在相同声压级的情况下，人耳的主观感觉是高频声比低频声响。为使噪声测量结果与人对噪声的主观感觉量一致，通常在声学测量仪器中，引入一种模拟人耳听觉在不同频率上的不同感受性的计权网络，对被测噪声进行权重。通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简称声级。它是在人耳的可听范围内按特定频率计权而合成的声压级值。,图9-8A、B、C计权网络特性,常用的计权网络有A、B、C、D4种。图9-8给出了A、B、C3种计权网络特性曲线。A声级是对强度在55dB以下噪声的频率特性的模拟(相应于40方等响曲线)，记作dB(A)；B声级是对5585dB中等强度(相应于70方等响曲线)噪声的频率特性的模拟；C声级是对强度在85dB以上(相应于100方等响曲线)噪声的频率特性的模拟。因为A声级的测量结果基本上与人耳对声音的感觉相一致，所以国际标准化组织及绝大多数国家，已将A声级作为噪声标准中的主要指标而加以应用。,9.2.2噪声危害1.噪声对听力的影响人的听觉系统是对噪音最敏感的系统，也是受噪声影响最大的系统。噪声对听力的影响表现如下：1)听觉疲劳。在噪声作用下，听觉的敏感性下降，表现为听阈的提高(一般不超过1015dB)，但离开噪声环境几分钟后即可恢复，这种现象称为听觉适应。,2)噪声性耳聋。长期在噪声环境中工作产生的听觉疲劳，若不能及时恢复，将产生永久性听阈位移。3)爆发性耳聋。听觉器官遭受巨大声压且伴有强烈冲击波的声音作用时，如爆炸声、炮击声等，使鼓膜内外产生较大压差，导致鼓膜破裂，双耳完全失听，这种耳聋称为爆发性耳聋。接触噪声的时间和强度不同，噪声性耳聋的程度不同，如表9-7所示。,表9-7噪声暴露与语言听力损失的关系,2.噪声对人生理的影响噪声对中枢神经系统、心血管系统、消化系统、呼吸系统和视觉器官均产生不良影响。,3.噪声对人心理的影响噪声对人心理的影响主要表现为引起人的烦恼，如焦急、讨厌、生气等各种不愉快的情绪。噪声引起人的烦恼的程度与噪声级、噪声频率、噪声的时间变化以及人所从事的活动性质、个体状况等有关。,噪声引起的烦恼与噪声级的关系是，噪声级越高，引起烦恼的可能越大。有人曾对大学生进行过实验，在一定噪声条件下，让受试者根据自己的感觉进行投票，表达自己对该强度噪声的烦恼程度。通过对投票结果统计回归，整理出了烦恼度的表达式：I0.1058LA.798（9-15）式中：I烦恼指数；LA环境噪声强度，dB(A)。相应的烦恼指数如表9-8所示。,表9-8烦恼指数表,4.噪声对语言通讯的影响在安静的场合，很微弱的声音都能被听见，如耳语。而在喧闹的环境中，需要提高讲话的声音才能听到。一个声音由其他声音的干扰而使听觉发生困难，需要提高声音的强度才能产生听觉，这种现象称为声音的掩蔽。一个声音的听阈，因另一个声音的掩蔽作用而提高的现象称为掩蔽效应。,噪声对语言的掩蔽不仅使听阈提高，还对语言清晰度有影响。语言受干扰与噪声强度和谈话距离有关。表9-9为语言干扰级(SIL)和谈话人之间能满意地进行语言交流的最大距离。,表9-9SIL与谈话距离之间的关系,5.噪声对作业能力和工作效率的影响在噪声环境里，人们心情烦恼，工作容易疲劳，反应迟钝，注意力不易集中等都直接影响作业能力与工作效率。有关部门对噪声在精密加工作业中，对工作效率的影响进行了调查，调查分为对精神集中的影响、对动作准确性的影响以及对工作速度的影响等三个方面。调查分析结果如表9-10所示。这三方面的效应表现出相同的阶段特性。在三种效应中，以对精神集中程度的影响最大。,表9-10噪声对工作效率影响的调查结果,9.2.3噪声评价1.等效连续声级A声级较好地反映了人耳对噪声的频率特性和主观感觉，这对于连续稳定的噪声是一种较好的评价指标，但人们经常遇到的是起伏的、不连续的噪声，为此引入等效连续声级的概念。等效连续声级是指起伏不连续的声音，在规定时间内，A声级能量的平均值，用符号Leq表示，单位是dB(A)。等效连续声级可用积分声级计直接测量，也可用普通声级计测量不同A声级暴露时间，近似计算等效连续声级。,近似计算的测量，用声级计作为测量仪器，且计权网络“A”置慢档。将声级从小到大分成数段排列，每段相差5dB(A)，以中心声级表示。若各段的中心声级为80、85、90、95、100、105、110、115dB(A)则80dB(A)表示7882dB(A)的声级范围；85dB(A)表示8387dB(A)的声级范围，其余类推。然后将各段噪声的暴露时间统计出来，填入表9-11中。,表9-11噪声统计表,若每个工作日按8h计算，低于78dB(A)的噪声不予考虑，则一天的等效连续A声级按下式近似计算：,（9-16）,式中：n第n段；Tn第n段暴露时间(min)；T一天工作时间，取480min。,2.统计声级由于环境噪声往往不规则且大幅度变动，因此，需要用不同的噪声级出现的概率或累积概率表示。统计声级表示某一A声级，且大于此声级的出现概率为S%，用符号Ls表示。如L1070dB（A），表示整个测量期间噪声超过70dB(A)的概率占10%，噪声不超过70dB(A)的概率占90%。L50、90等的意义以此类推。,L10相当于峰值噪声级，L50相当于平均噪声级，L90相当于背景噪声级。一般测量方法是选定一段时间，每隔一段时间(例如5s)取一个值，然后统计L10、50、90等指标。如果噪声级的统计特征符合正态分布，则,（9-17）,式中：d=L1090。,d值越大说明噪声起伏程度越大，分布越不集中。考虑到交通噪声起伏比较大，比稳定噪声对人的干扰更大，因此，交通噪声采用交通噪声指数TNI进行评价，即TNI90d30(9-18)交通噪声指数是以噪声起伏变化(L1090)为基础，并考虑到背景噪声L90的评价方法。,3.语言干扰级语言干扰级SIL(SpeechInterferenceLevel)是评价噪声对语言通讯干扰程度的评价参量。人的语言的声能量主要集中在500Hz、1000Hz和2000Hz为中心的三个倍频程中，因此对语言干扰最大的也是这三个频率的噪声部分。根据最近研究，4000Hz频率对语言干扰也有影响。,所以，国际标准化组织最新规定：把500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz为中心频率的4个倍频程声压级算术平均值定义为语言干扰级，单位是dB。实际应用中，将测量的500Hz、1000Hz、2000Hz、000Hz4个倍频程声压级代入下式，便可求得语言干扰级：,（9-19）,4.噪声评价数用A声级作为噪声评价的标准，是对噪声所有频率成分的综合反映。NR的具体求法是：对噪声进行倍频程分析，一般取8个频带(638000Hz)测量声压级。噪声评价数NR与A声级有较大相关性，通常NR数比A声级低5dB。,图9-9噪声评价曲线,9.2.4噪声控制措施形成噪声干扰过程的三要素是声源、传播途径及接受者。噪声的控制也必须从这三方面入手而加以解决。首先是降低噪声源的噪声级，如果技术上不可能或经济上不合算时，则应考虑阻止噪声的传播，若仍达不到要求时，应采取接受者个人防护措施。,1.控制噪声源在生产现场，减少机器设备本身的振动和噪声，如选择低噪声的设备、改革生产加工工艺，提高机械设备的精度等，使发声物体的发声强度降至最小，是从根本上解决噪声污染的措施。,2.控制噪声传播目前要使一切机械设备都达到低噪声，在技术上和经济上都是不易做到的。因此，阻止噪声传播或使其传播的能量随距离衰减，是控制噪声的有效方法。1)总体设计的布局要合理。在总体设计时，要正确估计工厂建成后可能出现的厂区环境噪声状况，并对此进行全面考虑。如将高噪声车间、场所与低噪声车间、生活区分开设置；对特别强烈的噪声源，设在距厂区比较远的偏僻地区，使噪声级最大限度地随距离自然衰减。,2)利用天然地形，如山岗土坡、树丛草坪和已有建筑屏障等，阻断或屏蔽一部分噪声向接受者传播。在噪声严重的工厂、施工现场和交通道路的两旁设置有足够高的围墙或屏障，以减弱声音的传播。绿化亦可阻止噪声的传播。3)利用声源的指向性控制噪声。对高强度噪声源，如受压容器的排气和放空，可使其出口朝向上空或野外。4)在声源周围采用消声、隔声、吸声、隔振、阻尼等局部措施。,3.个人防护使用个人防护用具，是减少噪声对接受者产生不良影响的有效方法。防护用具常用的有橡胶或塑料制的耳塞、耳罩、防噪声帽以及塞入耳孔内的防声棉(加上蜡或凡士林)等。不同材料的防护用具对不同频率噪声的衰减作用不同(见表9-12)，因此，应根据噪声的频率特性，选择适宜的防护用具。,表9-12不同材料对人耳的防护作用,4.音乐调节一般认为，音乐调节是指利用听觉掩蔽效应，在工作场所创造良好的音乐环境，以掩蔽噪声，缓解噪声对人心理的影响，使作业者减少不必要的精神紧张，推迟疲劳的出现，相对提高作业能力的过程。,9.2.5振动的危害及控制振动是一个质点或物体相对于基准位置作来回往复的运动。振动广泛存在于生产和生活中，也是影响人的健康和作业效率的环境因素之一。振动可从振动的方向、振动的强度、振动的频率三个方面加以度量。振动的方向，如如图9-10所示，可分为垂直(Z)、横向(Y)和纵向(X)三个方向。,图9-10全身振动坐标系统,1.人体的振动特性人体是一个弹性系统，有其自己固有的振动频率。在正常重力环境中，人体对于垂直方向的振动能量的传递率以48Hz时为最大，称为人体的第一共振峰；1012Hz的振动次之，为第二共振峰；2025Hz的振动再次之，为第三共振峰。此后，随着振动频率的增高，振动能量在人体的传递率逐渐降低。,人体不同的器官，也各有其不同的共振频率，见表9-13。当外界振动频率接近器官的共振频率时，即产生共振，振幅迅速增大，此时外界振动所引起的器官的生理反应也最大。人体系统也具有一定的阻尼。例如，人站在垂直振动的汽车上，振动由脚传入人体，由于人体组织的阻尼作用，振动传至上身时已有明显减弱。,表9-13人体不同部位的共振频率,2.振动对人的影响大量的调查资料表明，长期使用振动着的工具进行操作，会引起振动病。振动病的产生主要受振动频率的影响，而振动加速度则促使振动病加速形成。振动病损害最严重的部位，是手指的血管和神经，使末梢循环和运动出现障碍，表现为一指或多指指端麻木、僵硬、疼痛、对寒冷敏感、遇冷时手指因缺血而发白(白指病)等。全身振动对人体所产生的不良影响，如表9-14所示。,表9-14实验条件下人体对全身振动的主观不良感,3.振动评价标准1)人体承受全身振动的评价。该评价将人体承受的全身振动分为以下三种不同的界限。疲劳效率降低界限。主要应用于对拖拉机、建筑机械、重型车辆等振动效应的评价，超过该界限，将引起人的疲劳、导致工作效率下降。健康界限。相当于振动的危害阈或极限，超过该界限，将损害人的健康和安全。它是疲劳效率降低界限的2倍，即它比相应的疲劳效率降低界限的振动级高6dB。,舒适性降低界限.主要应用于对交通工具的舒适性评价。超过该界限，将使人产生不舒适的感觉。疲劳效率降低界限为舒适性降低界限的3.15倍，即它比相应的疲劳效率降低界限的振动级低10dB。图9-11为疲劳效率降低界限，图中实线为垂直振动(Z向)疲劳效率降低界限；虚线为水平(X、Y向)疲劳效率降低界限。,图9-11疲劳效率降低界限,2)手传振动的测量和评价。该标准的五条受振界限曲线如图9-12所示。可按表9-15所列校正系数进行加权计算后评价。,图9-12手传振动的评价曲线,表915校正系数,4.振动控制可采取下列措施，消除或减少振动、阻止振动的传播1)隔离振源。2)设计减振坐椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响。3)采用新工艺代替风动工具，或采取减振、防振措施，以减轻手的振动。4)增加设备的阻尼，如采用吸振材料、安装阻尼器或阻尼环、附加弹性阻尼材料等，以减轻设备的振动。,5)采用钢丝弹簧类、橡胶类、软木、毡板、空气弹簧和油压减振器等多种形式的减振器。6)降低设备减振系统的共振频率。可通过减小系统刚性系数或增加质量来降低共振频率。例如风扇、吹风机、泵、空压机等，常用增加质量的方法来降低共振频率。7)缩短工人暴露于振动环境的时间，加强手部的保暖。,9.3照明,9.3.1光的度量1.光通量单位时间内通过某一面积的光辐射能，或光源在单位时间内所辐射的光能称为辐射通量。研究表明，人眼对光感觉的强弱不仅取决于光源辐射能量的大小，同时还取决于人眼对辐射波长的灵敏度。人眼对不同波长的光产生不同的颜色感觉，而且也具有不同的灵敏度。,为便于比较人眼对光的主观感觉量，国际上把人眼对波长为555nm的黄绿光的感觉量定为1，对其余波长的感觉量均小于1。这种用以描述人眼对于各种波长光线的平均相对灵敏度的量，称为光谱相对视见函数(K)，其值随波长而改变，如图9-13所示。,图9-13光谱相对视见函数,光通量是用上述人眼的视觉特性来评价光源的辐射通量的，它等于辐射通量与视见函数的乘积，用符号表示。对于波长为的一束单色光，其光通量(单位W)为P(9-20)式中：波长为的光的相对视见函数；P波长为的光的辐射通量(W)。,2.发光强度发光强度也称光强，在数值上它等于单位立体角内的光通量，单位为坎德拉(cd):,(9-21),式中：I发光强度(cd)；光通量(1m)；立体角(Sr)。,3.照度照射在物体单位表面积上的光通量称照度。若被照平面面积为S，接受的光通量为，则照度E为,（9-22）,照度的常用单位为勒克司(lx)。llx为1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面积上所产生的照明量。,点光源计算照度的公式为,(9-23),式中：I光源的发光强度(cd)；光线在受照表面上的入射角()；r光源至受照表面的距离(m)。,4.亮度面积为S的非点光源，发光强度为I，则此光源的亮度L为,（9-24）,亮度的公制单位为熙提(Sb,cd/cm2)，国际单位为坎德拉每平方米(cd/m2)：1sb1cd/cm210cd/m2,9.3.2环境照明对作业的影响照明对作业的影响，表现为能否使视觉系统功能得到充分的发挥。1.照明与疲劳人的眼睛能够适应从103105lx的照度范围。为了看清物体，使物体成像集结在视网膜的中心窝处，就得通过眼球外部6根眼肌的收缩使瞳孔转向内上方、内下方、内侧、外侧、外下方和外上方；,通过虹膜的睫状肌的收缩或舒张使晶状体变厚，增加眼睛的折光能力，或使晶状体变薄，减弱折光能力，来调节眼睛看近物和远物的能力；通过瞳孔括约肌的收缩和瞳孔开大肌的收缩，使瞳孔缩小，减少强光进入眼内，或使瞳孔开大，增加进入眼内的弱光。眼肌的经常反复收缩，极易造成眼睛的疲劳，其中睫状肌对疲劳的影响尤甚。,据实验表明：照度自10lx增加到1Klx时，视力可提高70%。视力不仅受注视物体亮度的影响，还与周围亮度有关。当周围亮度与中心亮度相等，或周围稍暗时，视力最好，若周围比中心亮，则视力会显著下降。,2.照明与工作效率改善照明条件不仅可以减少视觉疲劳，而且也会提高工作效率。因为提高照度值可以提高识别速度和主体视觉，从而提高工作效率和准确度，达到增加产量、减少差错、提高产品质量的效果。图9-14为一精密加工车间，随照度值逐渐增加，劳动生产率随之提高，视觉疲劳逐渐下降的关系曲线。,图9-14生产率、视觉疲劳与照度的关系,图9-15事故数量与室内照明的关系,3.照明与事故事故的数量与工作环境的照明条件也有关系。在适当的照度下，可以增加眼睛的辨色能力，从而减少识别物体色彩的错误率；可以增强物体轮廓的立体视觉，有利于辨认物体的高低、深浅、前后、远近及相应位置，使工作失误率降低；还可以扩大视野，防止错误和工伤事故的发生。图9-15是英国对事故发生次数与照明关系的统计。,9.3.3照明标准照明标准是照明工程设计的重要依据。我国工业企业采光和照明设计标准TJ34-79于1979年由国家建委批准颁布实施。我国的照度标准是通过大量的调查实测，并结合目前我国的电力生产水平和消费水平，从保证一定的视觉功能出发来选择最低照度值的。表9-16和表9-17分别为该标准中推荐的照度分级和生产车间工作面上的照度标准值。,表9-16照度分级(TJ34-79),表9-17生产车间工作面上的最低照度值(TJ34-79),图9-16给出了国际照明委员会(CIE)以及美国、德国、日本等国的工业照度标准值，可供照明设计的参考。,图9-16CIE和美、德等国的工业照度标准值,9.3.4环境照明设计环境照明设计，在任何时候都应遵循人机工程学原则。自然光是任何人工光源所不能比拟的，在设计时应最大限度地利用自然光，尽量防止眩光，增加照度的稳定性和分布的均匀性、协调性等。,1.照明方式工业企业建筑物照明，通常采用三种形式，即自然照明、人工照明和二者同时并用的混合照明。人工照明按灯光照射范围和效果，又分为一般照明、局部照明、综合照明和特殊照明。选择何种照明方式与工作性质和工作地布置有关，它不但影响照明的数量和质量，而且关系到设计投资及使用费用的经济性、合理性。,1)一般照明。也叫全面照明，是指不考虑特殊局部的需要，为了照亮整个假定工作面而设置的照明。2)局部照明。是指为增加某些特定地点的照度而设的照明。3)综合照明。指由一般照明和局部照明共同组成的照明方式。,4)特殊照明。指用于特殊用途、特殊效果的各种照明方式，例如方向照明、透过照明、不可见光源照明、对微细对象检查的照明、色彩检查的照明和色彩照明等。,2.光源选择室内采用自然光照明是最理想的。因为自然光明亮柔和，为人们所习惯，光谱中的紫外线对人体生理机能还有良好的影响。因此在设计中应最大限度地利用自然光。但是，自然光受昼夜、季节和不同条件的限制，因此在生产环境中常常要用人工光源做补充照明。,3.避免眩光视野内出现的亮度过高或对比度过大，且感到刺眼并降低观察能力的光线叫做眩光。眩光按产生的原因可分为：直射眩光、反射眩光和对比眩光。直射眩光由光源直接照射而引起，直射眩光效应与眩光源的位置有关，如图9-17所示；反射眩光是强光经过表面粗糙度较低的物体表面反射到人眼造成的；对比眩光是物体与背景明暗相差太大造成的。,眩光视觉效应的危害，主要是破坏视觉的暗适应，产生视觉后像，使工作区的视觉效率降低，产生视觉不舒适感和分散注意力，造成视觉疲劳。研究表明，做精细工作时，眩光在20min内就会使差错明显增加，工效显著降低。眩光源对视觉效率的影响程度与视线和眩光源的相对位置有关(见图9-18)。,图9-17光源位置的眩光效应,图9-18眩光对视觉作业效率的影响,为了防止和控制眩光应采取如下措施。1)限制光源亮度。当光源亮度大于1610cd/m2时，无论亮度对比如何，都会产生严重的眩光。2)合理分布光源。尽可能将光源布置在视线外的微弱刺激区，例如，采用适当的悬挂高度，使光源在视线45以上时眩光就不明显了。另一办法是采用不透明材料灯罩将眩光源挡住，使灯罩边沿至灯丝连线和灯罩水平线构成一定保护角，此角度以45以上为宜，至少不应小于30。,3)光线转为散射。光线经灯罩或天花板及墙壁漫射到工作空间。4)改变光源或工作位置。对于反射眩光，通过改变光源与工作面的相对位置，使反射眩光不处于视线内；或在可能的条件下，改变反射物表面的材质或涂料，降低反射系数，以避免反射眩光。5)适当提高照明亮度。在可能的条件下，适当提高照明亮度，减少亮度对比。,4.照度均匀度如果工作台面上的照度很不均匀，当作业者的眼睛从一个表面转移到另一个表面时，将发生明适应或暗适应过程，这不仅使眼睛感到不舒服，而且视觉能力还要降低。如果经常交替适应，必然导致视觉疲劳，使工作效率降低。所以，被照场所应力求照度均匀。若被照场所的最大照度为Emax，最小照度为Emin，平均照度为E，,则应使照明均匀度Au满足下式要求：,或,（9-25）,5.亮度分布环境照明不仅要使人能看清对象物，而且应给人以舒适的感觉。亮度分布比较均匀，使人感到愉快，动作活跃。当工作面明亮，周围空间较暗时，动作变得稳定、缓慢。如果周围空间很昏暗时，作业者在心理上会造成不愉快感觉。要求视野内有适当的亮度分布，既能造成工作处有中心感的效果，有利于正确评定信息，又使工作环境协调，富有层次和愉快的气氛。室内亮度比最大允许限度推荐值如表9-18所示。,表9-18室内亮度比最大允许值,9.4色彩调节,9.4.1色彩的基本概念色彩视觉是光的物理属性和人的视觉属性的综合反映。色彩是由于某一波长的光谱入射到人眼，引起视网膜内色觉细胞兴奋产生的视觉现象。对发光物体的色彩感觉，取决于发光体所辐射的光谱波长；对不发光物体的色彩感觉，取决于该物体所反射的光谱波长。,1.色彩的基本特性色彩可分为彩色系列和无彩色系列。无彩色系列是指黑色、白色及其二者按不同比例混合而产生的灰色。彩色系列是指无彩色系列以外的各种色彩。色彩具有色调、饱和度(又称彩度)和明度三个基本特性。,1)色调。色调是指物体辐射或反射的主导波长的色彩视觉，是色彩相互区别的特性之一。主导波长与色调的关系如表9-19所示。标准色调以太阳光的光谱为基准。,表9-19光谱波长与色调,图9-19色彩的基本特性,2)饱和度(彩度)。饱和度是指主导波长范围的狭窄程度，即色调的表现程度。波长范围越狭窄，色调越纯正、越鲜艳。3)明度。明度是指物体发出或反射光线的强度，是色调的亮度特性。上述三个基本特性可用图9-19所示的空间纺锤体表示。由图可见，其中任一特性发生变化，色彩将相应发生变化。,2.色彩的混合不同波长的光谱会引起不同的色彩感觉，两种不同波长的光谱混合可以引起第三种色彩感觉，这说明不同的色彩可以通过混合而得到。实验证明，任何色彩都可以由不同比例的三种相互独立的色调混合得到。这三种相互独立的色调称为三基色或三原色。,1)色光混合。色光混合遵循相加混合法则。相加混合法则的三基色是红、绿、蓝。自然界中几乎所有能观察到的各种色光，都能由它们混合配出。由图9-20可见，红色+绿色黄色；绿色+蓝色青色；蓝色+红色品红；红色+绿色+蓝色白色。,图9-20色光的相加混合,2)色光混合规律。补色律。中间色律。替代律。明度相加律。,3)颜料混合。颜料混合遵循相减混合色法则。颜料、油漆等的色彩是颜料吸收了一定波长的光线以后所余下的反射光线的色彩。颜料三基色是黄、品红、青，它们分别是色光三基色蓝、绿、红的补色。由图9-21可见，黄色白色-蓝色；品红白色-绿色；青色白色-红色。,图9-21颜料的相减混合,3.色彩的表示法图9-22所示的孟塞尔(A.H.Munsell)表色体系立体模型，称孟塞尔彩色系统。该模型可以把各种色彩的色调，饱和度和明度全部表示出来。,图9-22孟塞尔表色体系统立体模型,色调围绕着垂直轴的不同平面各方向分成10种，包括5种主要色调：红(5R)、黄(5Y)、绿(5G)、蓝(5B)、紫(5P)和5种中间色调：黄红(10YR)、绿黄(10GY)、蓝绿(10BG)、紫蓝(10PB)、红紫(10RP)。色调用符号H表示。每个色调还可以划分为10个等级，110，如图9-23所示。,图9-23孟塞尔彩色图册中一定明度的色调和饱和度,色彩饱和度在模型中以离开中央轴的距离代表，用符号C表示。各种色彩的最大饱和度并不相同，如图9-24所示。此图为色彩立体模型的某一垂直截面，代表某一色调的明度与饱和度的变化情况。距离中央轴远的点饱和度增加，个别色彩的饱和度可达20。,图924孟塞尔彩色图册中一个色调面上的明度、饱和度,9.4.2色彩对人的影响1.色彩对生理的影响色彩对人的生理机能和生理过程有着直接的影响。实验研究表明，色彩通过人的视觉器官和神经系统能调节体液，对血液循环系统、消化系统、内分泌系统等都有不同程度的影响。,2.色彩对心理的影响人类在长期生活实践中，形成了大量有关色彩的感受和联想，因此不同的色彩对心理产生不同的影响，并因人的年龄、性别、经历、民族、习惯和所处的环境等不同而异。1)色彩的冷暖感。色彩本身没有冷暖的性质，但由于人从自然现象中得到的启迪和联想，便对色彩产生了“冷”与“暖”的感觉。,2)色彩的尺度感。不同的色调在不同背景色的对比作用下，可以使人对色调的感觉产生距离上的差异。暖色调使人感到自己与对象物的距离被缩短了，即对象物被拉向自己，有前进感，因此暖色调又称前进色。,3)色彩的轻重感。暖色调的近感，使物体看起来好像密度小，重量轻；相反，冷色调的物体使人感觉要比实际重量重些。在色调相同条件下，明度高的物体显得轻些，明度低的物体显得重些。,4)色彩的情绪感。红、橙、黄等暖色调一般具有积极和振奋等心理作用，但也能引起不安感或神经紧张感；青、绿、蓝等冷色调一般具有镇静的心理作用，但面积过大又会给人以荒凉、冷漠的感觉。,9.4.3作业环境的色彩调节与应用选择适当的色彩，利用色彩的效果，构成良好的色彩环境，称为色彩调节。工作场所具有良好的色彩环境可以得到如下效果：增加明亮程度，提高照明效果；标志明确，识别迅速，便于管理；注意力集中，减少差错和事故，提高工作质量；舒适愉快，减少疲劳；环境整洁，层次分明，明朗美观。,1.工作房间的色彩调节工作房间的配色取决于工作特点，一般要考虑色彩的含义以及色彩对人们生理和心理的影响，适应工作环境的需要。设计工作房间时，一般希望环境明亮、和谐、美观、舒适，突出或掩盖工作房间的特征，改变人们对工作房间的不良印象或感觉。,工作房间配色若有可能不要色调单一，色调单一会加速视觉疲劳或引起单调感。工作房间配色的明度不应太高和相差悬殊，否则会因为视觉适应性而促使视觉疲劳。工作房间配色的饱和度也不应太高，不然较强的刺激不仅会分散注意力，而且也容易使视觉加速疲劳。,进行色彩调节要根据工作房间的性质和用途选择色彩。当工作间温度比较高及工作间比较狭小时，应选配冷色调；若工作间的温度比较低且工作间比较大时应选配暖色调等。工作房间配色可参考表9-20。,表920室内基本色调,对工作房间的配色，除了富有代表意义的色彩外，应着重考虑色彩对光线的反射率，以提高照明装置的效果。所以应采用反射系数高、明快、和谐的色彩。各种材料的反射率如表9-21所示。,表9-21各种材料的反射率,2.机器设备和工作面的色彩调节机器设备主要包括主机、辅机和动力设备，以及显示和控制操纵装置，其配色应主要考虑：色彩与设备的功能相适应；设备配色与环境色彩相协调；危险与示警部位的配色要醒目；操纵装置的配色要重点突出，避免误操作；显示装置要与背景有一定对比，以引人注意，同时也有利于视觉认读。,工作面涂色，明度不宜过大，反射率不宜过高。选用适当的色彩对比，可以适当提高对细小零件的分辨力。但色彩对比不可过大，否则会直接造成视觉疲劳提早出现。如果可能，在长时间加工同一色彩的零件时，应该在作业者的视野内安排另一种色彩，以便使眼睛得到休息。,3.安全标志和技术标志的色彩应用用色彩标志传递安全和技术信息，早已为世界各国所采用。国家标准(GB2893-82)安全色规定了传递安全信息的颜色，目的是使人们能够迅速发现或分辨安全标志和提醒人们注意以防止发生事故。安全色是指表达安全信息含义的颜色。该标准中规定红、蓝、黄、绿4种颜色为安全色，其含义和用途见表9-22。,安全标志应按GB2894-88规定采用；安全色卡片应按GB6527-86规定采用。对比色是指使安全色更加醒目的反衬色。4种安全色的相应对比色只有黑白两种颜色，如表9-23所示。色光还经常用于运行技术信息的载体，如红色表示紧急、禁止、停止、事故或操作错误等；黄色常用于表示警告信号；绿色表示工作正常、允许进行等；蓝色表示整机工作正常；白色表示电源接通，预热或准备运行等。,表9-22安全色的含义及用途(GB2893),表9-23对比色(GB2894-82),色彩也应用于技术标志中，表示材料、设备设施或包装物等。表9-24是某些管道的色彩标志。,表9-24一些管道色彩标志,9.5空气污染,9.5.1空气中的主要污染物及其含量表示法1.空气中的主要污染物空气中的污染物种类很多，已经产生危害或受到人们的重视的污染物大约有近百种。,2.主要污染源空气污染的污染源主要有以下三种：1)生产系统排放物。2)交通工具排放物。3)生活系统排放物。,3.空气污染物含量的表示法空气污染物含量最常用的表示法是浓度。单位体积中有害物质的含量称为该物质在空气中的浓度。浓度的表示法有两种，即质量、体积混合表示法和体积表示法。,1)质量、体积混合表示法。用标准状态下每立方米空气中含有害物质的毫克数表示，单位mg/m3。我国颁布的工业企业设计卫生标准中规定，车间空气中的有害物质最高容许浓度采用该表示法。此种表示法对各种状态的有害物质(气态或气溶胶)均适用。但因气体体积随温度、压力不同而发生变化，我国空气质量标准是以标准状况(0、101.325KPa)时的体积为依据的。为了可比，应将监测时的采气体积换算成标准状况下的采气体积。体积换算按理想气体状态方程计算：,（9-26）,2)体积表示法，用每立方米空气中含有害物质的毫升数表示。因为1m3106ml，故常用百万分数表示，单位是ppm(1ppm1ml/m3）。该浓度表示法只限于气态和蒸气状态的有害物质，气溶胶状态的有害物质不能用此种方法表示。,3)两种浓度表示方法的互相换算。可通过气体的摩尔体积和物质的分子量对上述两种浓度表示进行换算。在0，1标准大气压下，ppm与mg/m3之间的互换公式为,9.5.2空气污染物对人体的危害及评价空气污染物侵入人体主要有三条渠道：呼吸道吸入；随食物和饮水摄入；体表接触侵入。1.化学性毒物的危害1)二氧化硫。SO2是一种无色、有味的刺激性气体。,2)一氧化碳。CO常温下是一种无色、无味、无刺激性气体，燃烧时呈蓝色火焰，与空气混合适当比例(12.5%75%)极易发生爆炸。3)氮氧化物。氮氧化物包括N2、2、3、2、25等多种氮的氧化物。,4)金属毒物。金属毒物是指混入空气中的铅、汞、铬、锌、锰、镍、钛、砷、钒、钡等，它们都可能引起中毒。,2.粉尘的危害粉尘是指能较长时间悬浮在空气中的固体微粒。粉尘分降尘和飘尘。降尘颗粒大，粒径在10m以上，能较快地降落到地面。飘尘颗粒较小，粒径在10m以下，可以长时间在空气中悬浮飘动。,粉尘对人体的危害主要表现在以下几个方面：1)破坏人体的粉尘清除功能。在正常情况下，吸入粉尘量不大、尘粒无毒，气管、支气管纤毛上皮、吞噬细胞不受损伤，清除过程可顺利进行，则肺内的尘粒基本上可全部清除掉。2)引起肺部疾病。尘肺。尘肺指肺内粉尘阻留并有肺组织反应。尘肺的发病与肺内沉积的粉尘量之间有密切关系。,有机粉尘引起的肺部疾病。主要有：支气管哮喘，棉尘症，职业性过敏性肺炎，慢性非特异性阻塞性肺病等。粉尘致癌。如石棉可使肺癌的发病率明显增加；石棉可引起恶性间皮瘤。,3)粉尘的中毒作用。吸入铅、砷、锰等有毒粉尘能在支气管和肺泡壁上溶解后吸收，引起全身中毒。4)粉尘的局部作用。粉尘作用于呼吸道粘膜，早期引起局部机能亢进，毛细血管扩张，分泌大量粘液，以阻留更多的粉尘，这是保护性反应；久之形成肥大性改变，最后由于粘液细胞营养供应不足而致萎缩，形成萎缩性改变。,3.二氧化碳对人体机能的影响空气中的氧含量在15%以下时，会出现嗜睡、动作迟钝、呼吸急促，脉博加快等严重缺氧症状；含氧量降到10%以下时，将发生休克甚至死亡。,CO2是最常见的一种有害气体，来源于燃料燃烧、制石灰、发酵、酿造、制糖、制碱、制干冰等