《安全人机工程学》课件 第6章作业环境温度

第六章

作业环境温度1）掌握体温调节的基本原理2）掌握环境因素对体温调节的影响3）掌握高温和低温工作的危害及其对劳动的影响4）掌握高温和低温作业环境设计5）理解人体热调节系统6）理解人体热感觉评价和热适应机理学习目标第一节

体温调节要素第二节

热环境测量与评价第三节

体温调节机制第四节

高温环境第五节

低温环境第六节

高/低温作业环境人员防护

6.1体温调节要素CONTENTS01体温恒定性02温度感觉特性03体温调节特性一、体温恒定性人体两层模型人体两层模型：为分析人体体温变化，J.AShoff提出人体两层模型通常将人体分为外部层和核心层，其距躯体皮肤表面10mm厚的部分称为外部层，其余部分则为核心层。皮肤温度通常保持在37℃左右。一般以直肠温度作为内部层的核心温度，有时也用腋下或口腔温度替代，其温度略比直肠温度低0.5℃左右。皮肤表面组成；外部层主要由皮肤、皮下脂肪及其表层肌肉组成。核心层主要由脑、心脏、肝脏及消化器官等维持生命活动不可缺的器官组成。核心温度温度：在生理学研究中，一般使用与人体心脏距离较近且易测量的食道温度和鼓膜温度作为内部层的代表温度。人体与周围环境的热平衡示意图体温调节主要依靠神经调节和体液调节来完成，体温调节中最重要的生理指标就是核心温度与皮肤温度。在直射阳光和高温环境下工作时，当超过人的体温调节机能的极限时，体温开始上升，并会发生中暑等现象。当直肠温度超过40℃时，会发生精神恍惚的情况甚至有死亡的危险。体内温度超过42℃时，则已接近体内蛋白质发生不可逆变化的温度。温度变化危害皮肤温度人的生理反应45℃以上皮肤组织快速损伤43~41℃烧灼感41~39℃皮肤具有痛感的阈值39~35℃炎热感37~35℃开始感觉炎热34~33℃休息时，适中感33~32℃2~4met活动强度时，舒适32~30℃3~6met活动强度时，舒适31~29℃静坐时，不适感25℃（局部）皮肤感觉消失20℃（手）不适的寒冷感15℃（手）非常不适的寒冷感5℃（手）伴有痛感的冷皮肤温度与人的生理反应关系二、温度感觉特性1、人体皮肤温度感受器及其分布

皮肤是人体与环境的第一道屏障，它使得从体内流出的水分保持在低水平，包括复杂的血管系统和汗液，以保证自身热调节的需要，主要包括表皮和真皮两层。皮肤内分布着多种感受器，一般认为皮肤感觉主要有四种，即触觉、痛觉、冷觉和热觉。皮肤结构戴维·杰伊·朱利叶斯（左），阿德姆·帕塔普蒂安（右）盖德在《人的感觉》一书中详细论述了人体皮肤冷感受器和热感受器分布的测试，并列出结果，说明在人体多数部位，冷感受器的分布密度高于热感受器10倍。另一方面，在表皮两侧所进行的刺激反应试验表明，冷感受器的传递时间较短（0.3~0.5s）。由此估计，冷感受器大约处于皮肤表面以下0.1mm的深处，平均深度在0.16mm；热感受器在0.3~0.6mm处。这表明，冷感受器紧贴表皮层，热感受器的位置在真皮层的上部。冷热感受器的这种位置分布和密度分布决定了人体对冷感觉的反应比对热感觉的反应更敏感。部位冷点热点额头5.5~8-鼻子81嘴唇16~19-脸部及其他部位8.5~91.7胸部9~10.20.3腹部8~12.5-背部7.8-上臂5~6.5-前臂6~7.50.3~0.4手背7.40.5手掌1~50.4指背7~91.7指掌2~41.6大腿4.5~5.20.4小腿4.3~5.7-脚背5.6-脚掌3.4-人体皮肤中每平方厘米冷、热感觉点数目冷、热感受器的动态特性

2.人体皮肤温度选择特性人体皮肤冷、热感受区呈独立点状分布，热点冷点的刺激温度分别为40℃、15℃。冷热感受器具有刺激选择性：热感受器仅响应热刺激，冷感受器仅响应冷刺激，异温刺激无法使其产生信号。

当皮肤温度升高到32~45℃时，热感受器放电，放电频率随温度升高逐渐增加、热感觉逐渐增强；皮肤温度超45℃后，热感受器放电减少，伤害性感受器开始兴奋，热感觉转为热痛觉。冷感受器皮肤响应温度范围为10~40℃，当温度低于30℃时，放电开始增多、冷感觉逐渐增强；在30℃以下或

36℃以上，即便皮肤温度没有变化，人体仍会产生冷或热感受。热感知规律冷感知规律温度感受器的特性3.人体皮肤温度动态特性冷热感受器信号分开传导，经中枢神经系统整合形成冷热感觉，并调控机体产热与散热；这个刺激信号随温度变化会在1分钟内快速衰减至稳定。温度变化过程中的冷热感觉，强于同温度稳态下的感受，这种瞬间暴露的过度反应被定义为”超调现象”。人体皮肤温度改变时所出现的温度感觉，它取决于皮肤的原有温度高低，温度改变的速率以及受影响的皮肤面积的大小，其中韦伯“三碗实验”印证原有皮肤温度会影响温度感知。冷热感觉刺激动态特征温度感受器具备较强适应性，温度骤变时会产生冲动，发出约50mV脉冲信号，信号强弱由脉冲频率决定；热感受器总是对热刺激产生一个大的激越脉冲，而在冷刺激下，应激性被短暂地抑制。冷感受器只对冷刺激产生冲动，在热刺激下被抑制。刺激信号传导动态特征三、体温调节特性1.体温调节的控制信号基于自动控制理论的体温调节机能模型人体以稳定的深部体温为体温调节的控制量，依靠体内各处温度感受器感知温度变化并将信号反馈至中枢，中枢神经温度、深部体温及皮肤温度与基准值进行比较，相应的进行出汗、血流、肌肉活动及新陈代谢等调节动作，实现体温动态调控。

2.通过出汗进行体温调节

精神性出汗；由精神兴奋或痛觉刺激等原因也会引起出汗。在遇到惊吓或紧张时，手掌心出汗，即属于精神性出汗，与炎热无关。精神性出汗无潜伏期，具有突发特征。人体出汗调节；出汗是人体排泄和调节体温的一种生理功能，当外界温度高时，人体会出汗，出汗的同时会蒸发掉人体的潜热，降低人体温度。

无意识出汗；在常温舒适的环境下，人体也会由口腔及呼吸道的黏膜散发水分，这与出汗不

同，一般为无意识水分。在寒冷季节，皮肤温度低导致温差大，血液总流量将减少至每分钟200mL，以保持一定的体内温度。在夏季，由于温差小而使得血流流量增加，最大可达到每分钟7000mL。对于手足等末梢部位，表面积与体积之比相当大，而且因散热效率高，可实现散热量的精确控制，血液流量也可实现很大范围的调节。3.通过血液流量的控制进行体温调节

血液流动在体温调节的作用；人的身体内产生的热量大多是由体内的内脏器官产生的。为防止体内过热，必须将产生的热量排出体外,而担当热转移重任的是血液流动。

影响因素；血液带走的热量主要取决于心脏与皮肤之间的温度差和血液的流量大小。

4、通过冷颤进行体温调节冷颤是一种无意识的由皮肤冷感受器引起的反射活动。骨骼肌收缩时产生的能量大部分变成了热量。气温越低，冷颤越强，产热量越多，由此保持体温不变。在寒冷时，年轻人的新陈代谢及皮肤血管收缩的反应比较快。相比之下，中老年者产生的热量则要低，易导致体温下降。当体温低于33℃时，靠冷颤产热的功能消失，从而加剧了体温的进一步降低。5.行为性的体温调节人体除了具有生理性的体温调节机能之外，还具有一种行为性的体温调节方式。炎热时一般选择透气性好的衣服；而在寒冷季节，则一般会选择保温性能好的衣服。序号高温环境低温环境1向阴凉地方转移去阳光充足的地方2扇子、电扇、通风避风3白天休息、午休运动4衣服的选择、脱衣衣服的选择、增加衣服5吃低热值食物、喝冷水吃高热值食物、喝热开水6去避暑地去暖和地区7去空调房、游泳去暖气房、采暖各种行为性体温调节方式

2023年，南开大学研究团队经过多年的研究，设计、制备了一种柔性且可持续的个人体温调节衣物系统，相关成果发表在国际权威学术期刊《科学》上。该系统能够根据各种极端复杂的环境温度变化快速响应，通过柔性太阳能器件，将太阳光的能量用于驱动高效的电卡热管理器件，让人体热舒适区从22~28°C扩展到12.5~37.6°C，实现了双向主动的人体热管理，让人体在太阳光（高温）下实现降温，在黑暗（低温）中实现保暖，人体可以生活的环境温度区间获得了三倍以上的提升。热调节服在高端体温调节领域具有极大的应用潜力，甚至扩展人类在极地和个人太空行走等恶劣环境中的生存能力。热调节服在热（阳光下）和冷（黑暗中）环境之间循环实现个人热舒适（Wang等，2023）6.2热环境测量与评价CONTENTS01热环境参数及其测量设备02热环境评价0304极端环境评价对作业环境温度感觉评价1.环境温度（1）定义环境温度是用来表示环境冷热程度的物理量。表示热环境的温度尺度包括黑球温度、作用温度以及标准有效温度等。（2）温度测量仪器温度测量仪表还可根据测温范围分为高温、中温和低温温度计；根据仪表准确度等级分为基准、标准和工业用温度计。下面主要介绍几种常用的温度测量仪器。一、热环境参数及其测量设备通风干湿球温度计：可以同时测量空气的温度和湿度。它是通过玻璃管中水银的体积变化来测量空气温度。直接测量的数据称为干球温度，即大气温度，又称气温。而在球部包有湿润的棉球后测量的数据称为湿球温度。常见的温度测量仪器双金属片温湿度计：一种简单方便的温湿度测量仪。它利用两种金属在相同温湿度下膨胀率不同的特性检测温湿度，大多用于气象参数的自动测量，精度不高。热敏电阻式温度计：由半导体材料制而成，当温度变化时，因电阻发生变化，从而可确定温度值。市场上的数字式温度计大多属于热敏电阻式温度计。热电偶：由两种不同金属材料制作而成，测量精度较高，大多用于试验研究。

2.湿度（1）定义空气的干湿程度叫做“湿度”，即空气中含有多少水汽。在一定的温度下，在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。湿度的表示方法主要有绝对湿度、相对湿度和露点温度三种。（2）湿度测量仪器热环境评价中常用的测量相对湿度的湿度传感器主要有干湿度计和电阻式、电容式和毛发感应式湿度计等。干湿球湿度计：可以通过测量得到的干湿球温度来计算相应的相对湿度。常见的湿度测量仪器电阻式湿度计：利用陶瓷吸收水蒸气能力强的特点，根据陶瓷表面因吸收水蒸气量的不同而产生不同的电阻的原理制作的湿度传感器。常用的电阻式测量仪大多为数字式湿度计。电容式湿度计：根据金属氧化膜和亲水性高分子膜的电容量随湿度变化而变化的特点制作的电容式湿度传感器。与电阻式湿度计一样,电容式湿度计大多也为数字式湿度计。毛发感应式湿度计：一种利用毛发的吸湿性测量空气相对湿度的仪器，其工作原理是基于毛发孔隙吸附水蒸气会引起毛发长度变化。

3.风速风速，是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率，既有大小，又有方向。风速是气候学研究的主要参数之一，大气中风的测量对于全球气候变化研究、航天事业以及军事应用等方面都具有重要作用和意义。风速没有等级，风力才有等级，风速是风力等级划分的依据。一般来讲，风速越大，风力等级越高，风的破坏性越大。严重的对流天气通常是突然的、剧烈的和破坏的。风速计，是测量空气流速的仪器。它的种类较多，包括风杯风速计、螺旋桨式风速计、热线风速计、数字风速仪和声学风速计。气象台站最常用的为风杯风速计，它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。测量室内风速的仪器，通常分为无方向性和有方向性两种。风速测量原理为：根据冷却作用，使被加热金属丝的温度发生变化，从而求得相应的风速。球形传感器式的风速计一般为无方向性的风速计；而金属丝形状的一般为有方向性的风速计。另外，目前在测量流体边界流速，或测量湍流流场流速时，一般用热线风速仪。当作业环境中有粉尘或者高温时，作业场所常采用机械设备增加气流速度。尤其是当作业人员进入有限空间作业时，由于有限空间狭小，通风不畅，不利于气体扩散，有毒有害气体容易积聚，因此，需要通风和检测符合相关标准和要求后方可进入。4.热辐射热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是热量传递的三种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度越高，辐射出的总能量就越大，短波成分也越多。热辐射的测量一般包括测量物体表面温度、空间某一点的辐射温度或辐射换热量等。（1）表面温度的测量表面温度的测量方式一般有接触型和非接触型两种。前者是利用热电偶等直接贴附在壁面上进行测定；后者则主要用红外线方法测定。（2）辐射温度的测量辐射温度的测量主要用来测定平均辐射温度和某一指定方向的平均辐射温度。通常用黑球温度计来测量。（3）相对于人体的平均辐射温度人体表面的平均辐射温度tτ是一个相当复杂的概念。虽然它是一个描述环境特性的参数，却与人在室内所处的位置及其着装和姿态有关。严格意义上的定义可以这样表达：如果一个封闭空间的内表面均为温度一致的黑体表面，并且人体所造成的辐射换热与人所处的实际环境相等，那么该黑体表面的温度就是实际环境的人体表面的平均辐射温度。一般情况下，室内的壁面、顶棚、窗及采暖辐射板等表面的温度是不相同的。另外，家具与壁面之间的辐射也相当复杂，因而确定人体与室内各壁面之间的辐射换热也是十分困难的。一种简单的处理方法是，人体表面温度取某一平均值，周围壁面的温度也取某一平均值，壁面平均温度可认为是人体周围各壁面的代表温度与之对应的壁面面积的加权平均值。5.热舒适测量设备为了迅速和准确地对热环境进行评价，到目前为止有许多可以直接测量舒适性参数或直接评价人体舒适性的仪表。（1）Madsen舒适仪：可用来测定在范格热舒适方程计算得出的预测平均感觉指标。（2）Lutz气候电子探测器：这种仪器的测量敏感元件是由4个扇形体组成的圆球，保持恒温36℃，可测出4个方向的气候综合参数。（3）Schdhter室内气候分析仪：这种仪器是两个加热体和测温器的组合，测量空气干湿球温度，并用两个分别镀银和涂黑的球体测量风速和环境辐射温度。（4）卡他温度计：这种温度计根据温度从38℃下降至35℃时所需的时间来测量环境的冷却能力。5.热舒适测量设备Madsen舒适仪Lutz气候电子探测器Schdhter室内气候分析仪卡他温度计

二、热环境评价

3.旧有效温度ET旧有效温度最初由Houghten和Yaglou提出，它是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体热感觉的影响综合成一个单一数值的指标。它在数值上等于产生相同热感觉的静止饱和空气的温度。4.新有效温度ET*新有效温度ET*由美国学者Gagge提出的，它是考虑人体出汗在内的热平衡式的一种湿热指标。它将相对湿度50%作为基准，更能体现日常的现实生活环境。新有效温度根据气温、湿度、风速、辐射、活动水平和着衣量6个因素进行计算来综合评价环境。5.标准有效温度SET*标准有效温度SET*可定义为：在一个相对湿度为50%的假想等温环境中，人体着装对应其活动水平的标准服装，与真实环境有相同的皮肤温度和皮肤湿润率，该环境一致温度就是标准有效温度。从图中可知，当SET*值超过30℃时，人对环境已感到明显的不适。根据对美国办公室的在室人员进行的实际调查结果的分析，ASHRAE将只有20%以下的在室人员对所处的环境感到不满意时的室内环境定义为舒适的环境，相对应的SET*=22.2~25.6℃。1.极端热环境评价（1）皮肤湿润率皮肤湿润率一般用ω表示由美国学者Gagge提出，其定义为人体实际蒸发热损失与最大可能的蒸发热损失的比。与人体感觉相比，皮肤湿润率与不舒适感或不愉悦感密切相关。（2）湿球黑球温度湿球黑球温度WBGT是适用于室外炎热的环境，考虑了室外炎热条件下太阳辐射的影响，目前在评价户外作业热环境时应用广泛。黑球温度与空气温度、大阳辐射、平均辐射温度及空气运动有关，而自然湿球温度则与空气湿度，空气运动、辐射温度和空气温度有关。三、

极端环境评价如果考虑夏季人们身着夏装（0.5clo），在悠闲状态下（代谢率M<117W/m2），则相应的人安全WBGT限值为32~33℃。当环境的WGBT值较长时间超过该值，则应当采取安全保护措措施避免人体受到热损伤。美国劳动安全健康研究所给出的WBCT值与暴露极限时间，它说明了劳动强度与不同暴露时间对应的极限温度之间的关系。（3）热应力指数热应力一个具有潜在危险的不舒适的环境会形成一个强烈刺激，称热应力。由于热应力的存在导致使人体出现的排汗量、心跳速度、人体核心温度的变化，称热过劳。图6-18热应力和热过劳的关系（4）酷热地区的夏季热指标酷热地区的夏季热指标（TSI，TropicalSummerIndex）可由下式给出：TSI=13tw+34tg−2v当与实际环境具有同样热感觉的等温标准环境的相对湿度为50%且无风时，这种等温环境的空气温度即可用TSI指标表示。因此，TSI实际上是体感温度。另外，TSI指标与热感分级法的S有以下关系：2.极端冷环境评价（1）风冷却指数在非常寒冷的气候中，影响人体热损失的主要因素是空气流速和空气温度。Sipk和Passe于1945年把这两个因素综合成一个单一的指数，称为风冷却指数，来表示在皮肤温度为33℃时某一皮肤表面的冷却速率。（2）所需服装热阻IREQ服装是保护在寒冷环境中工作和生活的人最重要的措施，1984年，Holmer提出了评价冷应力的指标所需的服装热阻，后来被国际标准ISO-1079采纳，旨在指导评估人体暴露与冷环境下的冷应力。人体运动和风干扰了服装表面静止的空气层，降低了服装的隔热性能，影响的效果取决于服装材料的透气性、服装的设计和结构、人体运动的形式和穿着方式。四、人对作业环境温度感觉评价1.热感觉的内涵和等级美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）标准（55-2013）中对热感觉的定义为：人对热环境“冷”或“热”有意识的主观描述。心理学的研究结果表明，一般人可以不混淆地区分感觉的量级不超过7个，因此，对热感觉的评价指标常采用7级标度。将热感觉定量化的目的就是便于对研究结果进行统计分析。+3热Hot+2暖Warm+1稍暖SlightlyWarm0热中性最舒适状态-1稍凉SlightlyCool-2凉Cool-3冷Cold2.热感觉的平均预测指标(PMV)热感觉的平均预测指标（PMV，PredictedMeanVote）是在范格热舒适方程的基础上建立起来的一种评价指标，它涉及空气流速V、服装热阻以及人体活动量这6个变量。因此，建立PMV指标的计算公式关键是在于找出热感觉的等级值与上述6个变量之间的关系。热感觉描述PMV值热感觉描述PMV值热+3稍凉-1暖+2凉-2稍暖+1冷-3舒适0

3.PMV-PPD理论PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的热感觉，即用PMV指标可以预测一定变量组合环境下的人体热感觉，但还不能完善地评价热环境，或者说，难以确切地说明某一特定的PMV值究竟意味着什么。例如，当PMV等于-0.3时，介于热中性和稍凉之间，这样的环境能接受吗？由于PMV指标是对1396名美国受试者通过实验得出的平均热感觉投票值，如果每个人的热感觉没有差别，即将所有受试者视为一个“平均人”，则上述热环境是可以接受的，且人人都感觉舒适，对其所处的热环境都无抱怨。但事实上，每个人都是不同的个体，人的热感觉是有差别的。即使一群人处于同样的热环境条件下，其热感觉也有所不同。人们会更关注对热环境感到不满意的人群，因为他们会对热环境抱怨。因此，给出一个对热环境感到不满意的百分数指标似乎更有实际意义。

6.3体温调节机制CONTENTS01人体热调节系统02人体温度调节系统05030406环境因素对体温调节的影响服装对体温调节的影响热适应机理热适应模型一、人体热调节系统人体热调节系统简图1.闭环控制原理人体热调节是负反馈闭环控制系统：以基准体温为参考输入、实际体温为输出量；温度感受器检测体温，信号传入体温调节中枢处理，中枢指令效应器调控产热与散热，维持体温稳定。人体热调节系统路径图2.人体热调节系统组成人体热调节系统分为控制、被控两大分系统。控制分系统：包含温度感受器、控制器、效应器，需对三者建立数学模型；被控分系统：人体其余组织，依靠生物热方程构建反映人体能量平衡的数学模型。二、人体温度调节系统1.核心控制元件（1）温度感受器温度感受器分外周、中枢两类。外周：分布于皮肤、黏膜，关联神经末梢，主要感知冷；中枢：位于下丘脑、脑干、脊髓，温敏神经元为主，侧重感知温热；下丘脑前部存中枢温度感受器，后部整合体温信号。（2）体温调节中枢体温调节核心在下丘脑，相关神经元分温度监测器、中枢神经元：下丘脑前部与视前区密布热敏神经元、少量冷敏神经元，负责测温，并和中枢神经元形成突触连接；能激活温度感受神经元的临界温度为调定点，人体正常调定点稳定在37℃，波动极小。（3）效应器体温调节效应器包含血管、汗腺、肌肉，接收中枢指令，通过汗腺分泌、血管舒缩、肌肉运动调控人体产热与散热，维持体温。短时间冷应激情况下负反馈人体热调节系统简化框图2.冷应激情况下简化的负反馈调节系统寒冷环境下人体热调节系统分为身体受控系统、动态控制系统，二者是相互交织的，仅研究时做概念区分；受控系统体现人体特征与热传递关系，动态控制系统由外周、中枢神经系统构成。人体节段划分示意图节段的分层示意图3.人体阶段划分

节段划分：结合解剖与传热特性，把人体划分为头、颈、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿共15个节段；

分层建模：因各组织热物性差异大，每个节段再分为核心、肌肉、脂肪四层同心结构。体重/kg年龄/岁身高/cm体积/m3面积/m268.025176.00.0691.79标准人的生理参数人体组织的热物理参数序号组织名称热物理参数密度/（kg∙m-3）比热容/（J∙kg-1∙℃-1）导热系数/（W·m-1·℃-1）1皮肤1085.03680.00.442肌肉1085.03800.00.513脂肪920.02300.00.214骨骼1357.01700.00.755结缔组织1085.03200.00.476血液1059.03850.00.474.人体的热物性参数序号节段名称密度/(kg・m-3)比热容/(J·kg-1·℃-1）导热系数/(W·m-1·℃-1)1头部1192.802767.400.582颈部1357.001700.000.753躯干1137.413153.140.524上臂1267.572291.840.665前臂1267.572291.840.666手1328.051910.780.727大腿1281.792197.700.678小腿1281.792197.700.679足1319.031951.280.71人体各节段核心层的质量加权平均热物性参数序号节段名称基础代谢产热热流量/W基础血流量/（m3·s-1·℃-1）核心层肌肉层脂肪层皮肤层核心层肌肉层脂肪层皮肤层1头部17.7610.44210.08380.125412.080.1230.00.5102颈部0.00.39500.00.03500.00.3210.00.0983躯干36.9127.52000.41882.75053.962.6470.01.6734上臂0.65450.94930.05190.08110.3270.2460.00.4435前臂0.58960.49700.03620.05630.1740.1290.00.3116手0.35150.03210.02910.00310.1030.0080.00.8747大腿1.04722.63120.12900.21330.4720.6990.00.3538小腿0.88451.34310.06960.07000.4210.3480.00.6039足0.52720.03230.03810.00880.3490.0080.00.595总计74.5175.91人体各节段的基础代谢产热和基础血流量5.人体能量传递关键因素（1）能量传递路径代谢活动是人体能量的源泉，它将化学能转换成热能，通过组织的传导和血液对流换热，热能从体内传向体外，并且体表以对流、辐射、传导以及蒸发等方式将热量传给外环境。（2）三大核心影响因素影响能量传递的三个重要因素是:①人体组织的导热；②血液与组织间的对流换热；③体表与环境之间的热交换。（3）数学模型框架被控分系统主要是建立能够描述人体能量平衡关系的生物热方程。控制分系统主要是对温度感受器、控制器以及效应器进行数学描述。1.空气温度室内气温是室内热环境与热舒适核心指标：25℃左右脑力效率最佳，大于18℃或小于28℃效率骤降，35℃、10℃效率分别仅为25℃时的50%、30%，建筑热环境最低标准为12℃；常用水银、酒精玻璃温度计测温。2.气流速度空气流速通过对流、蒸发换热影响人体热舒适：适度增大风速可强化换热、加速汗液蒸发，提升热舒适并拓宽适宜温度上限；风速过高易产生冷不适感，过低易积聚室内污染物。人体舒适风速区间为0.1~0.7m/s。3.空气相对湿度相对湿度是同温同压下空气实际水汽与饱和水汽含量比值；适中温度下其对人体热感影响微弱，气温≥28℃且湿度≥70%时影响显著，冬季湿度40%~70%不影响热感受。三、环境因素对体温调节的影响4.平均辐射温度平均辐射温度是假想等温包围面温度，其与人体辐射换热量等于实际环境辐射换热量，该温度偏高会减少人体辐射散热、易升温，偏低则辐射散热增多、易降温，人体热调节系统会调控产热散热稳定体温。5.操作温度操作温度综合空气温度与平均辐射温度，直接影响人体热舒适：舒适区间内人体体温调节负担小；温度偏高会阻碍散热，易引发中暑；长期低温则易失温、冻伤，人体会启动散热或产热机制稳定体温。6.对流换热系数对流换热系数影响人体换热与冷热感知：高温下系数增大利于散热稳体温；低温下系数过小人体难以吸热，体温易降低；空气对流强时人体冷热感知更灵敏，会快速启动体温调节机制。纤维种类导热系数/[W/（m·℃）]kL/kT纤维轴向kL与纤维轴向垂直kT碳纤维7.9480.66212.00棉2.8790.24311.85麻2.8310.3448.23玻璃纤维2.2500.5094.42人造丝1.895--丝绸1.4920.11812.64尼龙1.4330.1718.38人造短纤维1.4140.2375.97聚酯丝1.2570.1578.01聚丙烯1.2410.11111.18聚酯短纤维1.1750.1279.25丙烯1.0200.1725.93羊毛0.4800.1652.91一些纤维的导热系数四、服装对体温调节的影响1.布料的热特性（1）纤维的导热系数布料的热特性主要取决于纤维的热特性和纤维组织内部和纤维之间的空隙中所含空气的热特性。一般纤维的导热系数比静止空气的导热系数约大4~10倍。各种布料厚度与导热量的关系用来制作服装的布料的含纤维率通常不足50%，因而一般布料的导热系数的大小，纤维并非起决定性作用，而且布料的导热量与其本身的空隙率和厚度成反比。布料的含水率与有效导热系数的关系20℃下水导热系数约为空气23倍，布料含水率越高，导热系数越大、热阻越小；布料瞬时接触冷热感受由短时间传热特性决定，编织布料接触体感优于纺织布料。不同颜色和染料制成的细棉纤维布料对太阳光的吸收率（2）布料的接触冷感布料对红外线存在吸收、反射、透射作用；棉织物对太阳光吸收率随波长、颜色、染料变化：在波长为0.5μm，吸收率银色最小，白色较小，黑色最大。对于波长为9μm的红外线而言，除了银色布料的吸收率较小以外，其他颜色的吸收率几乎不变。（3）着装的热阻服装热阻受服装内部和服装之间及其表面存在的空气量及状态、有效面积系数、服装中的空气层、开口、层数，以及人体体型、动作、环境气流影响；可采用铜、合金铝、陶瓷材质暖体假人测试评价服装热阻，该设备可模拟人体换热特性，是服装热性能可靠研究工具。（4）服装的透气性透气性是影响服装热阻的重要因素，对活动人群尤为关键，分为面料透气与服装开口换气两方面。面料透气：空气越易穿透面料，透气性越好；开口换气：领口、袖口、下摆等为服装开口，分为向上、水平、向下开口三大类，开口尺寸、形状影响内部热湿空气流通；上下开口同时打开会产生烟囱效应，散热效果最强。纤维含水率（%）纤维含水率（%）棉8.5尼龙4.5麻12.0聚酯丝0.4羊毛15.0丙烯2.0丝绸11.0维尼纶5.0人造丝11.0聚乙烯0醋酯人造丝6.5聚氨酯0.12.服装的透湿特性（1）布料的透湿性服装透湿性显著影响夏季出汗时人体热舒适；面料吸湿性由吸湿率、吸湿速度衡量，标准环境下天然纤维含水率高于合成纤维，面料结构对含水率影响较小。各种纤维在标准状态的含水量布料的透湿是在纤维内部和纤维间隙之间进行的。在稳定状态下的透湿系数P及非空气透湿阻力R可由下式得出：布料的吸水作用其实是一种纤维的毛细管现象。吸水性可用吸水率和吸水速度表示。吸水速度可按下式计算：布料吸水达到平衡时：（2）服装的透水特性发汗暖体假人用于测定蒸发热阻，测试时假人外层包裹湿棉布；蒸发热阻Re有对应计算公式：五、热适应机理概念萌芽期1960年Webb首次提出适应性热舒适，人体舒适室温趋近日常所处平均室温；1972年Nicol与Humphreys提出使用者与长期所处室内气候构成完整自我调节反馈系统。理论发展期1973年石油危机推动全球建筑节能与人体热适应研究；1976年Humphreys提出适应性假说，构建热中性温度与室外月均温适配模型；1981年deDear完善适应性热舒适理论，将适应分为生理、行为、心理、文化四类。模型成熟期1998年deDear与Brager依托数据库建立适用于自然通风建筑的适应性模型，该模型纳入ASHRAEStandard55—2004，同时被写入国内热舒适评价相关标准并沿用至今。1.生理适应生理适应包含遗传适应、生理习服两类：前者由基因决定，后者受后天环境、神经系统调控，会改变人体体温调定点，寒冷环境习服形成周期更长；生理适应体现在体温、出汗、水盐代谢、心血管功能调节上。2.心理适应心理适应受过往热经历、环境操控能力影响：炎热地区人群更耐受高温，热中性温度夏季高于冬季，春季高于冬季。过往冷热体验会改变心理预期，进而影响主观热感受与热中性温度。3.行为调节行为调节是人为调整自身以维持人体热平衡，环境可控性越高，热适应效果越好，分为三类。个人调节：增减衣物、变换姿势、改变活动强度；技术调节：开窗通风、使用风扇、采暖等设备；生活习惯调节：如夏季午睡降低代谢产热。Nicol和Humphrevs的热舒适反馈系统deDear的热适应反馈系统4.热时应原理图1972年Nicol和Humphreys提出使用者与室内气候构成热舒适自我调节反馈系统；deDear完善适应性热舒适理论，将适应分为生理、行为、心理、文化四类，室内环境引发不适时，人会依靠行为调节维持舒适，以此印证该理论。六、热适应模型1.Humphreys的热适应模型1976年Humphreys整合全球36项现场调研数据，得出热中性温度与室内平均温度高度相关，据此提出适应性假说：人体的生理适应会影响热中性温度。办公场景中，人员可自由增减衣物，让热中性温度区间拓宽至17~32℃。Auliciems先后修正Humphreys回归公式，推出综合室内、室外温度，以及专门适用于办公建筑的热中性温度计算方程。Nicol、Auliciems提出综合模型，指出行为调节会改变人体换热，而气候、成本、生活习惯和社会需求等会约束人与环境的动态热平衡。后续Humphreys与Nicol更新热适应模型显示室内舒适温度与室外月均温度的线性关联，仅回归系数存在差异；同时研究表明，可预判的热环境更易让人获得舒适感。室内可接受的操作温度与室外月平均空气温度的关系2.deDear和Brager的热适应模型deDear和Brager共收集了四大洲、160栋建筑中21000组数据，建立了热舒适数据库ASHRAERP-884，并在此基础上提出了热适应模型，将室内最优舒适温度和室外月平均空气温度联系起来，建立线性关系。模型还分别给出了90%和80%的人群可以接受的舒适温度上下限，已被纳入ASHRAEStandard55标准中，该模型可指导建筑设计与空调运行策略制定。非空调建筑中的实际热感觉投票与PMV模型预测值的比较3.Fanger和Toftum的热适应模型Fanger在2001年汇总多地无空调建筑实测数据，发现PMV模型高估高温环境人体热感受，温度越高偏差越大，32℃时差值达0.8；根源在于有无空调建筑人群热心理预期不同，无空调环境人群更易适应偏热工况。期望值炎热时段空调普及程度期望因子高夏季炎热，时间较短空调建筑普及0.9-1.0中夏季炎热空调建筑有一定普及0.7~0.9低全年炎热空调建筑未普及0.5~0.7偏热环境下无空调房间的期望因子Fanger引入心理期望因子e，构建适用于非空调偏热环境中的PMVe模型。e取值范围0.5~1，主要依据当地热天时长及自然通风建筑与空调建筑数量之比来确定：热天气久、自然通风建筑较多，人们更容易适应炎热的气候和自然通风环境，因此所对应的期望因子取值较小。PMVe模型的预测结果与实际热感觉投票比较Anger与Toftum提出热适应模型：热期望是PMV模型预测非空调建筑热感觉产生偏差的主因；实验否定感知控制、生理习服的影响，认为行为调节可完全由PMV模型解释。4.其他热适应模型现场研究整体规律全球多地实测发现，自然通风建筑人员热舒适温度范围明显更广，得益于开窗等多样化调节行为；即便在可调控的空调建筑中，只要具备充足适应条件，热适应理论同样适用。不同气候区、季节下，人体热中性温度存在明显差异，印证了人体对气候具备热适应性。现有模型的局限当前主流热适应模型多以室外温度为核心变量，存在明显短板：未纳入空气流速、室内温度、着装、活动量等公认影响热感觉的关键因素，难以完整反映热适应内在机理；仅划定舒适温度及80%、90%人群可接受的温度区间，无法预测极端环境下的人体热感觉，应用场景受限；虽得到广泛认可，但对人体热适应机理的体现仍不完善。6.4高温环境CONTENTS01高温环境对人体的危害02高温环境对作业的影响核心定义：WBGT≥25℃高温环境是指生产劳动过程中，工作地点平均湿球黑球温度（WBGT）大于或等于25℃的作业环境。WBGT是综合评价人体接触作业环境热负荷的基本参量，全面考量了气温、湿度、辐射热和风速四大关键因素。高温作业按危害程度分为4级，即轻度危害作业（I级）、中度危害作业（II级）、重度危害作业（III级）和极重度危害作业（IV级）。典型工业领域冶金（炼钢、炼铁）、化工（造纸、塑料）、建材（水泥生产）等重工业是高温环境的主要分布区，熔炉与反应釜会持续释放大量热能。什么是高温环境？循环系统外周血管扩张，心率加快，心脏泵血负荷加重，严重时可致心功能不全。⚠️初期警示症状：脉搏骤增、核心体温轻度升高、头晕头痛、恶心呕吐、肌肉痉挛及极度疲劳感。职业暴露下的生理极限挑战户外作业人员在高温环境下，身体处于持续应激状态。图中工人面部大汗淋漓、神情疲惫，正是热应激初期的典型外在表现，提示身体已发出需要休息和补水的信号。一、高温对人体的生理影响当环境热应力超出人体自身的体温调节能力极限时，机体会出现危险的热失调状态，引发一系列全身性的生理性改变，若不及时干预，将对健康造成严重威胁。体温调节系统核心体温异常升高，汗腺持续分泌，排汗量显著增加，调节功能逐渐失代偿。水盐代谢系统大量出汗导致水分快速流失和电解质紊乱，引发脱水、低钠血症等问题。神经与消化/泌尿系统出现头晕、烦躁等神经症状；消化液分泌减少致食欲不振；肾血流减少引发尿量浓缩减少。重要提示：热环境下人体每小时排汗可达1L或更多。及时、足量补充饮用水，而非感到口渴时才喝水，是预防汗闭性热衰竭的最关键手段。4.0L中度缺水阶段，出现极度干渴、嘴唇焦裂、尿量减少且颜色变深等症状。高温危害（一）：汗闭性热衰竭01/核心成因与症状发展主要由人体严重缺水引起，水分流失远超摄入，导致身体调节功能失衡。初期极度干渴疲劳，若未干预，后期可迅速发展为神志不清，极易恶化为中暑，甚至危及生命。1.5L轻度缺水阈值，身体开始发出明显的“干渴”信号，需立即补充水分。5.0L+重度缺水，循环系统功能开始失灵，心率加快，血压下降，器官运作受阻。15%体重失水量达到体重的15%时，身体调节机制彻底崩溃，将直接导致死亡。缺水量高空作业环境密闭、日照强烈，是热昏厥的高发区。塔吊驾驶室空间狭小，夏季内部温度极易超过40℃，对操作人员的身体耐受度是极大考验。高温危害（二）：热昏厥生理机制：散热失当致脑供血不足身体为散热扩张皮肤血管，血液淤积下肢导致血压骤降，大脑缺血缺氧，引发头晕、眩晕甚至短暂意识丧失。这是身体发出的严重警示信号。高发场景：高温+高强度作业叠加多见于夏季户外剧烈活动、重体力劳动，或在高温环境下持续作业且未能及时补充水分和电解质（盐分）的人群，体液流失严重时风险剧增。关键急救三步立即移至阴凉通风处；让患者平躺并将头部放低以增加脑部供血；及时补充生理盐水或运动饮料，纠正电解质紊乱。警示案例：高空遇险湖州一塔吊女司机中暑被困60米高空，意识模糊。经消防攀爬、医护指导补充盐水，最终用云梯车安全转移，所幸救援及时未酿悲剧。高温危害（三）：中暑中暑是高温环境下发生的急性疾病，核心标志是人体体温调节功能出现障碍，无法有效散热，导致体内热量蓄积，进而引发一系列严重生理反应。38.3℃+轻症中暑体温调节功能轻度失衡，出现头晕、口渴、多汗等症状，需及时转移至阴凉处补水。40℃重症中暑界限体温达到此阈值，属于重症范畴，可能伴随昏迷、抽搐，必须立即采取专业医疗干预。42℃组织不可逆损伤核心体温突破此极限，细胞蛋白开始变性，身体重要器官（脑、心、肾）将遭受永久性伤害。<39℃黄金急救目标急救的首要任务是快速物理降温，在“黄金30分钟”内将直肠温度降至39℃以下，挽救生命。警示：热射病是中暑最严重的类型，死亡率极高。即使是体能强健的运动员，在高温高湿环境下也极易发生，切勿轻视。真实案例警示2023年5月，一名马拉松运动员赛后昏迷，确诊为热射病。这提醒我们：高温环境下的剧烈运动，即使是专业选手也面临巨大的生命风险。生理基础：代谢加速与疲劳累积高温高湿环境会加速人体生理代谢速率，导致水分与电解质失衡，不仅直接引发身体不适，更会加剧精神层面的疲劳感，为心理问题埋下隐患。心理影响：负面情绪与意志薄弱高温易诱发易怒、烦躁、焦虑等负面情绪；同时降低人的自制力与果断性，使人面对困难时更易产生逃避心理，处理问题犹豫不决。唤醒水平：两极波动影响绩效高温环境下大脑唤醒水平极易失衡：要么过度兴奋导致注意力难以集中，要么陷入昏昏欲睡的低迷状态，这两种极端都会显著降低生产效率与决策质量。高温对心理与行为的影响二、高温对作业效率的影响01.核心机制：激发水平与效率的倒U型关系人在低激发水平时精神涣散、效率低下；达到最佳激发水平(A1)时，注意力与唤醒度匹配，效率达到峰值；若温度引发高激发水平，则会因过度紧张或烦躁导致信息处理能力下降，效率回落。复杂/高认知工作需要最小的外界刺激，应保持在接近“热中性温度”的稳定环境，避免温度波动分散有限的认知资源。枯燥/重复性工作需要适度的附加外界刺激（如轻微偏离舒适温度），以提升唤醒度，抵消单调带来的困倦，维持作业效率。过冷或过热本质上都是对神经系统的“额外刺激”。只有当环境温度处于热中性区或略高于中性区时，感官输入最少，激发水平最稳定，才能为高效作业提供最优生理基础。模型示意图寒冷滞动作

低温会影响肢体血液循环，降低灵活性与反应速度。偏离增风险

温度偏离最佳区间，事故发生率会呈现显著上升趋势。简单工作温度偏离T0时效率回升，适度刺激可缓解单调。复杂工作温度在T0附近效率最高，偏离则认知负荷迅速增加。高温对作业效率的影响01.简单枯燥工作：适度偏离激发效率当环境温度适当偏离人体最小激发温度（T0）时，反而能通过增加感官刺激，减少单调感，从而使简单重复性工作的效率得到提升。02.复杂困难工作：趋近T0效率最优对于需要高度专注、逻辑推理的复杂工作，环境温度越接近舒适区（T0），人体的认知负荷越小，注意力越集中，作业效率也就越高。生理机制：高温下重体力劳动会使心跳加快，皮肤血流量激增7倍，体力消耗剧增；热湿环境更易引发深度疲劳，直接导致工作效能下降。现场调查核心结论高温致低效

环境温度过高会直接降低人体的劳动输出能力与耐力。高温对作业效率的影响脑力工作能力阈值标准有效温度(SET)高于33℃时，大脑认知、逻辑判断与注意力分配能力开始出现可观测的下降趋势。普通作业效率衰减环境温度达到35℃时，普通作业的实际完成能力仅为正常温度下的70%左右，且操作失误率显著上升。重体力劳动能力锐减35℃时劳动能力仅剩正常值的30%，即使在30℃环境下，也仅能维持正常水平的50%-70%。短期暴露(<18分钟)受身体应激反应影响，可能短暂调动潜能使效率略有提升，但这是疲劳累积的前兆，不可持续。中期暴露(>30分钟)体内热量持续堆积，神经系统兴奋性降低，导致注意力涣散、动作协调性变差，作业效率显著下降。长期暴露(>120分钟)当温度高于29.4℃时，热应力具有极强的累积损害性，不仅劳动效率极低，更会引发严重的职业健康风险。澳大利亚(2013-14)：高温使每名劳动者年均损失655美元，生产力下降直接影响收入。中国南京(2013)：14天持续高温热浪造成直接经济损失高达274.9亿元，波及多行业。联合国预测(2030)：高温致工作时间减少，全球将流失相当于8000万全职劳动力。02严峻安全风险事故率显著攀升当环境温度偏离人体舒适区时，人的注意力、反应速度和判断力会下降，工业与交通领域的事故发生率随之大幅上升，威胁生产与出行安全。全球高温致死人数惊人2000至2019年间，全球每年因极端高温天气导致的死亡人数约48.9万人，成为气象相关死亡的重要诱因。03典型案例：巴黎奥运2024年巴黎奥运会将炎热天气列为核心挑战。高温不仅损害运动员身体健康，引发中暑等急症，还会导致其认知功能与运动表现下降，考验赛事保障能力。总结：高温已从单纯的气候现象演变为影响全球经济发展、公共安全与重大赛事运行的复合型风险因子。高温导致的经济损失与安全风险01巨额经济损失6.5低温环境CONTENTS01低温环境对人体的危害02低温环境对作业的影响什么是低温环境？核心定义：国家标准明确规定，工作地点平均气温等于或低于5℃的作业，统称为低温作业。低温作业依据温度范围、作业时间率将5℃以下的低温作业的危害程度分为四个级别。典型低温作业场景特殊地理/气候环境

涵盖高山、高原地区作业，以及冬季寒冷气候下的各类野外施工与巡检任务。工业与专业作业领域

包括现代化工厂的低温车间（如冷库、冷链仓储）、潜水员水下作业等。关键影响因素：低温对人体的危害程度并非仅由温度决定，而是综合环境温度、个人活动强度、身体健康状况、饮食摄入热量以及防寒装备的防护有效性共同作用的结果。核心概念：冷伤寒冷对机体的有害作用统称冷伤，分为全身性冷伤（影响全身机能，致体温下降）与局部性冷伤（常见于手、足、耳等部位，即冻伤）两类。全身性影响：体温调节失控初期靠体温调节维持稳定，长时间暴露则致调节障碍、中心体温下降。若降至30-33℃，肌肉僵直、产热停止，可引发死亡。局部影响：肢体功能受损好发于手、足、耳、面颊等末梢部位。症状表现为肢体麻木、知觉迟钝，影响精细操作；严重时局部组织冻结坏死，造成不可逆损伤。典型症状示例：手部冻伤如图所示，严重的手部冻伤会出现皮肤红肿、指尖发绀、表皮破损等症状，不仅伴随剧痛，还会彻底丧失手部精细动作能力，需及时救治。一、低温对人体的危害低温对生理系统的影响因纽特人长期生活在北极严寒环境中，其手部形成了独特的局部冷适应机制，能在低温下维持更好的血液循环。特定人群的健康风险低温会引发毛细血管收缩，使高血压患者血压剧烈波动，增加中风风险；长期低温作业还会对心血管系统造成不可逆的慢性损伤。频繁冷热交替的隐患频繁进出高温与低温环境（如户外与空调房、特殊作业车间）会破坏机体温差适应性，导致疲惫、末梢循环障碍及免疫力下降。人体的冷适应机制全身性冷适应极难形成，但局部适应显著。长期暴露于寒冷的人群，手部能更高效地维持血流，从而在低温下保持更好的操作能力。对脑力劳动的双重影响01.简单脑力劳动：干扰为主

影响相对轻微，但环境中的冷风刺激会分散注意力，导致作业节奏变慢，易出现低级失误，需额外精力克服环境干扰。02.复杂脑力劳动：效率显著下降

身体过冷会引发过度激奋状态，严重干扰持续集中注意力的能力，并对短暂记忆力、逻辑分析和判断决策造成明显负面影响。体力与精细操作能力的核心损害低温导致肌肉收缩度降低、神经传导速度减慢及关节僵硬，直接造成手指精细操作能力急剧下降，是低温作业中最主要、最直接的效率阻碍因素。<15.5℃手部皮肤温度关键阈值，此时操作灵活性开始出现急剧下滑。13~16℃灵敏性明显变差，难以完成穿针、按键等需要精准控制的细微动作。=4℃临界危险值，手部基本失去触觉和知觉，无法进行任何有效操作。关键结论：为维持手部正常的工作能力与操作精度，必须确保手部皮肤温度稳定维持在20℃以上，这是低温作业环境控制与人员防护的核心指标。二、低温对作业效率的影响6.6高/低温作业环境人员防护CONTENTS01极端环境下的人体热反应与工作效率02高温作业环境设计03低温作业环境设计一、极端环境下的人体热反应与工作效率01.寒冷环境的双重影响：生理与健康生理机能受限手指麻木僵硬、关节灵活性下降，厚重着装增加体力负荷，导致精密操作失误率显著上升。多系统健康风险长期暴露可引发神经、血液循环障碍，削弱免疫系统，加速骨关节退行性病变。临界数据警示在-20~8℃环境每日工作3h，头痛、头晕及关节疼痛的发生率比常温环境高40%以上。02.热环境的干扰：从体力到调节极限体力作业的显著衰减高温导致心率加快、脱水风险增加，肌肉耐力大幅下降，重体力劳动的可持续时间显著缩短。汗调节区的隐蔽影响即使在体温可维持恒定的中等热环境中，人体为散热消耗的额外能量仍会导致注意力分散和工作能力隐性下降。03.核心机制：兴奋水平与任务适配基础阈值：±3℃的舒适缓冲带研究表明，温度在人体最佳舒适温度（约25℃）基础上偏离±3℃时，一般不会对工作能力产生显著负面影响，人体可通过自身调节适应。复杂/高难度任务需要低刺激的安静舒适环境，避免环境干扰导致