寒冷ストレスは、通常よりも大きな熱損失が予想される身体への熱負荷として定義され、身体を熱的に中立に保つために代償的な体温調節作用が必要です。 したがって、通常の熱損失とは、室内の生活条件 (気温 20 ～ 25 ℃) で人が通常経験することを指します。
暑さの状況とは対照的に、衣服と活動は、より多くの衣服が熱損失を減らし、より多くの活動がより高い内部熱産生と熱損失のバランスをとる可能性が高いことを意味するという意味で、プラスの要因です. したがって、評価方法は、特定の活動レベルで必要な保護 (衣類)、特定の保護に必要な活動レベル、または特定の 1955 つの組み合わせの「温度」値の決定に焦点を当てています (Burton and Edholm 1988; Holmér 1993; Parsons XNUMX)。
ただし、着用できる衣類の量や、長時間持続できる高レベルの活動には限界があることを認識することが重要です。 防寒着はかさばり、足を引きずりがちです。 動きや動きにはより多くのスペースが必要です。 活動レベルは、作業のペースによって決定される場合がありますが、できれば個人が管理する必要があります。 各個人には、物理的な作業能力に応じて、特定の最高エネルギー生産率があり、長期間維持することができます. したがって、高い身体的作業能力は、長期にわたる極度の被ばくに対して有利である可能性があります。
この記事では、寒冷ストレスの評価と制御の方法について説明します。 組織的、心理的、医学的、人間工学的な側面に関連する問題は、別の場所で扱われます。
冷間加工
冷間加工には、自然条件だけでなく人工条件の下でもさまざまな条件が含まれます。 最も極端な寒さへの暴露は、宇宙空間でのミッションに関連しています。 しかし、地表の低温作業条件は、100℃を超える温度範囲をカバーしています (表 1)。 当然のことながら、寒冷ストレスの規模と重症度は、周囲温度が低下するにつれて増加すると予想されます。
表 1. さまざまな寒い職業環境の気温
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–120℃ |
人間の凍結療法のための気候室 |
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–90℃ |
南極基地ヴォストックの最低気温 |
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–55℃ |
魚肉の冷蔵・冷凍・乾物の製造 |
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–40℃ |
極底での「通常の」温度 |
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–28℃ |
冷凍品の冷蔵倉庫 |
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+2～+12℃ |
新鮮な栄養製品の保管、準備、輸送 |
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–50～–20℃ |
カナダ北部とシベリアの XNUMX 月の平均気温 |
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–20～–10℃ |
カナダ南部、スカンジナビア北部、ロシア中部の XNUMX 月の平均気温 |
|
–10～0℃ |
米国北部、スカンジナビア南部、中央ヨーロッパ、中東および極東の一部、日本中部および北部の XNUMX 月の平均気温 |
出典: Holmér 1993 を改変。
1 つの表から明らかなように、多くの国で大規模なアウトドア ワーカーが多かれ少なかれ重度の寒冷ストレスを経験しています。 さらに、冷蔵倉庫作業は世界のあらゆる場所で行われています。 スカンジナビア諸国での調査によると、全労働者人口の約 10% が寒さを職場での主要な不快要因と見なしていることが明らかになりました。
寒冷ストレスの種類
次のタイプの低温ストレスを定義できます。
- 全身冷却
- 四肢の冷却、対流による皮膚の冷却（風の冷却）、伝導性の皮膚の冷却（接触冷却）、および気道の冷却を含む局所的な冷却。
ほとんどの場合、これらのすべてではないにしてもいくつかが同時に存在する可能性があります。
寒冷ストレスの評価には、前述の影響の 2 つまたは複数のリスクの確認が含まれます。 典型的には、表２が第１の大まかな分類として使用され得る。 一般に、寒冷ストレスが増加すると、身体活動のレベルが低下し、利用できる保護が低下します。
表 2. 冷間加工の概略分類
|
温度 |
仕事の種類 |
寒冷ストレスの種類 |
|
10～20℃ |
座りっぱなし、軽作業、細かい手作業 |
全身冷却、四肢冷却 |
|
0～10℃ |
座りっぱなしの軽作業 |
全身冷却、四肢冷却 |
|
–10～0℃ |
軽い肉体労働、道具や材料の取り扱い |
全身冷却、四肢冷却、接触冷却 |
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–20～–10℃ |
適度な活動、金属や液体 (ガソリンなど) の取り扱い、風の強い状況 |
全身冷却、四肢冷却、接触冷却、対流冷却 |
|
–20℃以下 |
あらゆる種類の仕事 |
あらゆる種類の寒冷ストレス |
表に示されている情報は、行動を促す信号として解釈する必要があります。 言い換えれば、必要に応じて、特定のタイプの寒冷ストレスを評価し、制御する必要があります。 中程度の温度では、局所的な冷却による不快感や機能の喪失に関連する問題が蔓延しています。 低温では、他の影響の結果として、寒冷障害の差し迫った危険性が重要な要因となります。 多くの効果について、ストレスレベルと効果の間の個別の関係はまだ存在していません。 表に示されている温度範囲外でも、特定の低温の問題が持続する可能性があることを排除することはできません。
評価方法
寒冷ストレスの評価方法は、ISO Technical Report 11079 (ISO TR 11079, 1993) に示されています。 代謝熱産生の決定 (ISO 8996, 1988)、衣服の熱特性の推定 (ISO 9920, 1993)、および生理学的測定 (ISO DIS 9886, 1989c) に関するその他の規格は、寒冷ストレスの評価に役立つ補足的な情報を提供します。
図 1 は、気候要因、予想される冷房効果、および推奨される評価方法の関係をまとめたものです。 方法とデータ収集の詳細については、以下で説明します。
図 1. 気候要因と冷却効果に関連した寒冷ストレスの評価。
全身冷却
体温バランスの条件を分析することで、全身冷えのリスクを判定します。 定義された生理学的負担レベルでの熱収支に必要な衣類の断熱レベルは、数学的な熱収支方程式を使用して計算されます。 計算された必要な断熱値 IREQ は、コールド ストレスの指標と見なすことができます。 値は保護レベルを示します (clo で表されます)。 値が高いほど、体温の不均衡のリスクが高くなります。 緊張の XNUMX つのレベルは、低レベル (ニュートラルまたは「快適」な感覚) と高レベル (わずかに冷たい感じから冷たい感覚) に対応します。
IREQ の使用は、次の XNUMX つの評価ステップで構成されます。
- 与えられた曝露条件に対する IREQ の決定
- IREQと衣類による保護レベルの比較
- 保護レベルが IREQ より小さい値の場合の露出時間の決定
図 2 は、低生理的緊張 (中性温度感覚) の IREQ 値を示しています。 さまざまな活動レベルの値が示されています。
図 2. さまざまな温度で低レベルの生理学的緊張 (中立的な熱感覚) を維持するために必要な IREQ 値。
活動レベルを推定する方法は、ISO 7243 (表 3) に記載されています。
表 3. 代謝率のレベルの分類
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CLASS |
代謝率範囲、M |
平均代謝率の計算に使用する値 |
例 |
||
|
関連する |
平均皮膚表面積の場合 |
|
|
||
|
0 |
M≤65 |
M≧117 |
65 |
117 |
休憩 |
|
1 |
65M≦130 |
117M≦234 |
100 |
180 |
ゆったりと座っている: 軽い手作業 (執筆、タイピング、描画、裁縫、簿記)。 手と腕の仕事（小さなベンチツール、軽い材料の検査、組み立てまたは選別）; 腕と脚の作業 (通常の状態での車両の運転、フット スイッチまたはペダルの操作)。 立っている：ドリル（小さな部品）; フライス盤（小部品）; コイル巻き; 小さな電機子巻線; 低動力工具による機械加工; カジュアルなウォーキング (時速 3.5 km までの速度)。 |
|
2 |
130M≦200 |
234M≦360 |
165 |
297 |
持続的な手と腕の作業 (釘打ち、詰め物); 腕と脚の作業 (トラック、トラクター、または建設機械のオフロード操作); 腕と幹の作業 (空気圧ハンマー、トラクターの組み立て、左官工事、適度に重い材料の断続的な取り扱い、除草、くわ引き、果物や野菜の摘み取り); 軽量カートまたは手押し車を押したり引いたりする。 3.5 km/h の速度で歩く; 鍛造。 |
|
3 |
200M≦260 |
360M≦468 |
230 |
414 |
激しい腕と胴体の作業: 重い物を運ぶ。 シャベル; スレッジハンマー作業; 硬材の製材、計画、または彫刻。 手刈り; 掘る; 5.5km/h～7km/hの速さで歩く。 重い荷物を載せた手押し車や手押し車を押したり引いたりする。 チッピング鋳物; コンクリートブロックの敷設。 |
|
4 |
M>260 |
M>468 |
290 |
522 |
高速から最大のペースでの非常に集中的な活動。 斧での作業; 激しいシャベルまたは掘削; 階段、スロープ、またははしごを登る。 小さなステップで素早く歩く、走る、時速 7 km を超える速度で歩く。 |
出典: ISO 7243 1989a
与えられた条件でIREQが決定されると、その値は衣類によって提供される保護レベルと比較されます。 衣類アンサンブルの保護レベルは、結果として得られる断熱値 (「clo-value」) によって決まります。 この特性は、ドラフトの欧州規格 prEN-342 (1992) に従って測定されます。 また、表に示されている基礎絶縁値から導き出すこともできます (ISO 9920)。
表 4. は、典型的なアンサンブルの基礎絶縁値の例を示しています。 身体の動きや換気によって減少すると推定される値を補正する必要があります。 通常、安静時レベルの補正は行われません。 軽作業の場合は値が 10% 減少し、活動レベルが高い場合は 20% 減少します。
表 4. 基礎絶縁値の例 (Icl) 衣類*
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衣装アンサンブル |
Icl (m2 ℃/W) |
Icl (クロ) |
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ブリーフ、半袖シャツ、フィットしたズボン、ふくらはぎ丈の靴下、靴 |
0.08 |
0.5 |
|
パンツ、シャツ、フィット、ズボン、靴下、靴 |
0.10 |
0.6 |
|
パンツ、カバーオール、靴下、靴 |
0.11 |
0.7 |
|
パンツ、シャツ、カバーオール、靴下、靴 |
0.13 |
0.8 |
|
パンツ、シャツ、ズボン、スモック、靴下、靴 |
0.14 |
0.9 |
|
ブリーフ、アンダーシャツ、アンダーパンツ、シャツ、オーバーオール、ふくらはぎ丈の靴下、靴 |
0.16 |
1.0 |
|
パンツ、アンダーシャツ、シャツ、ズボン、ジャケット、ベスト、靴下、靴 |
0.17 |
1.1 |
|
パンツ、シャツ、ズボン、ジャケット、カバーオール、靴下、靴 |
0.19 |
1.3 |
|
アンダーシャツ、アンダーパンツ、保温ズボン、保温ジャケット、靴下、靴 |
0.22 |
1.4 |
|
ブリーフ、Tシャツ、シャツ、フィットしたズボン、断熱カバーオール、ふくらはぎ丈の靴下、靴 |
0.23 |
1.5 |
|
パンツ、アンダーシャツ、シャツ、ズボン、ジャケット、オーバージャケット、帽子、手袋、靴下、靴 |
0.25 |
1.6 |
|
パンツ、アンダーシャツ、シャツ、ズボン、ジャケット、オーバージャケット、オーバーズボン、靴下、靴 |
0.29 |
1.9 |
|
パンツ、アンダーシャツ、シャツ、ズボン、ジャケット、オーバージャケット、オーバーズボン、靴下、靴、帽子、手袋 |
0.31 |
2.0 |
|
アンダーシャツ、アンダーパンツ、インサレーションパンツ、インサレーションジャケット、オーバートラウザー、オーバージャケット、ソックス、シューズ |
0.34 |
2.2 |
|
アンダーシャツ、アンダーパンツ、保温ズボン、保温ジャケット、オーバーパンツ、靴下、靴、帽子、手袋 |
0.40 |
2.6 |
|
アンダーシャツ、アンダーパンツ、保温ズボン、保温ジャケット、オーバーパンツ、裏地付きパーカー、靴下、靴、帽子、ミトン |
0.40-0.52 |
2.6-3.4 |
|
北極服システム |
0.46-0.70 |
3-4.5 |
|
寝袋 |
0.46-1.1 |
3-8 |
*公称保護レベルは、静的で風の強い状態 (静止) にのみ適用されます。 値は、活動レベルの増加とともに減少する必要があります。
出典: ISO/TR-11079 1993 を修正。
利用可能な最高の衣類システムによって提供される保護レベルは、3 から 4 clo に相当します。 利用可能な衣類システムが十分な断熱を提供しない場合、実際の条件に対して制限時間が計算されます。 この制限時間は、必要な衣類の断熱材と入手可能な衣類の断熱材の違いによって異なります。 冷却に対する完全な保護がもはや達成されないため、制限時間は、予想される体温の低下に基づいて計算されます。 同様に、同じ量の熱を回復するための回復時間も計算できます。
図 3 は、衣服の 4 つの断熱レベルでの軽作業と中作業の制限時間の例を示しています。 他の組み合わせの制限時間は、補間によって見積もることができます。 図 XNUMX は、最高の防寒服が利用できる場合の曝露時間の評価のガイドラインとして使用できます。
図 3. 衣類の XNUMX つの断熱レベルを使用した軽作業と中作業の時間制限。
図 4. 断続的および連続的な寒冷暴露の時間加重 IREQ 値。
断続的な暴露は、通常、ウォームアップ休憩またはより暖かい環境での作業時間によって中断される作業時間で構成されます。 ほとんどの状況では、衣服の交換はほとんどまたはまったく行われません (主に実用的な理由による)。 次いで、ＩＲＥＱは、結合されたエクスポージャーに対して時間加重平均として決定され得る。 平均期間は 4 ～ XNUMX 時間を超えてはなりません。 いくつかのタイプの断続的な暴露に対する時間加重 IREQ 値を図 XNUMX に示します。
IREQ の値と時間制限は、規範ではなく参考にすべきです。 彼らは平均的な人を指します。 特性、要件、および好みに関する個人差は大きい。 このバリエーションの多くは、保護レベルの調整などの点で柔軟性の高い衣服のアンサンブルを選択することによって処理する必要があります。
四肢冷却
四肢、特に手足の指は冷えやすいです。 温血による十分な熱入力を維持できない限り、組織温度は徐々に低下します。 四肢の血流は、エネルギー (筋肉の活動に必要) と体温調節の必要性によって決まります。 全身の熱バランスが損なわれると、末梢血管収縮は、末梢組織を犠牲にしてコアの熱損失を減らすのに役立ちます. 活動が活発になると、より多くの熱が利用可能になり、四肢の血流がより容易に維持されます。
ハンドウェアとフットウェアによる熱損失の低減という観点からの保護には限界があります。 四肢への熱入力が少ない場合 (例えば、安静時または低活動時)、手足を暖かく保つために必要な断熱材は非常に大きくなります (van Dilla, Day and Siple 1949)。 手袋とミトンによって提供される保護は、冷却速度の遅延を提供するだけであり、それに応じて、臨界温度に達するまでの時間が長くなります. より高い活動レベルでは、改善された保護により、より低い周囲温度で手と足を暖かくすることができます。
四肢冷却の評価に利用できる標準的な方法はありません。 ただし、ISO TR 11079 では、ストレスのレベルが低い場合と高い場合の重要な手の温度として、それぞれ 24°C と 15°C を推奨しています。 指先の温度は、平均的な手の皮膚温度または単純に手の甲の温度よりも 5 ～ 10 °C 低くなります。
図 5 に示されている情報は、許容される露出時間と必要な保護を決定する際に役立ちます。 XNUMX つの曲線は、血管収縮がある状態とない状態 (高活動レベルと低活動レベル) を示しています。 さらに、指の断熱性が高く（XNUMX クロー）、適切な衣服が使用されていることを前提としています。
図 5.指の保護。
同様の一連の曲線がつま先にも適用されます。 ただし、足を保護するためにより多くのクロが利用できる場合があり、その結果、露出時間が長くなります。 それにもかかわらず、図 3 と図 5 から、露出時間に関しては、全身冷却よりも四肢冷却の方が重要である可能性が高いことがわかります。
ハンドウェアによる保護は、欧州規格 EN-511 (1993) に記載されている方法を使用して評価されます。 ハンドウェア全体の断熱性は、電気的に加熱されたハンドモデルで測定されます。 現実的な摩耗条件をシミュレートするために、4 m/s の風速が使用されます。 パフォーマンスは 5 つのクラスで与えられます (表 XNUMX)。
表 5. 熱抵抗の分類 （I） ハンドウェアの対流冷却に
|
CLASS |
I (m2 ℃/W) |
|
1 |
0.10≤ I 0.15 |
|
2 |
0.15≤ I 0.22 |
|
3 |
0.22≤ I 0.30 |
|
4 |
I ≤0.30 |
出典: EN 511 (1993) に基づく。
コンタクトコールド
素手と冷たい表面が接触すると、皮膚温度が急速に低下し、凍傷を引き起こす可能性があります。 表面温度が 15ºC に達すると問題が発生する場合があります。 特に、金属表面は優れた導電特性を提供し、接触する皮膚領域を急速に冷却する可能性があります。
現在、接触冷却の一般的な評価のための標準的な方法は存在しません。 次の推奨事項を示すことができます (ACGIH 1990; Chen、Nilsson、および Holmér 1994; Enander 1987):
- 15℃未満の金属面に長時間接触すると、器用さが損なわれる可能性があります。
- 7℃以下で金属表面に長時間接触すると、しびれを誘発することがあります。
- 0℃未満の金属面に長時間接触すると、凍傷や凍傷を引き起こす可能性があります。
- –7ºC 以下の金属面に短時間接触すると、凍傷や凍傷を引き起こす可能性があります。
- 氷点下の液体との接触は避けなければなりません。
他の物質も同様の一連の危険をもたらしますが、伝導性の低い物質 (プラスチック、木材、フォーム) では温度が低くなります。
ハンドウェアによる接触冷却に対する保護は、欧州規格 EN 511 を使用して決定できます。6 つの性能クラスが示されています (表 XNUMX)。
表 6. ハンドウェアの接触熱抵抗の分類 （I）
|
CLASS |
I (m2 ℃/W) |
|
1 |
0.025≤ I 0.05 |
|
2 |
0.05≤ I 0.10 |
|
3 |
0.10≤ I 0.15 |
|
4 |
I ≤0.15 |
出典: EN 511 (1993) に基づく。
対流皮膚冷却
Wind Chill Index (WCI) は、保護されていない皮膚 (顔) の冷却を評価するための単純で経験的な方法を表しています (ISO TR 11079)。 この方法は、気温と風速に基づいて組織の熱損失を予測します。
表 7. 風冷指数 (WCI)、等価冷却温度 (Teq ) 露出した肉の凍結時間
|
WCI (W/m2) |
Teq （ºC） |
効果 |
|
1,200 |
-14 |
とても寒い |
|
1,400 |
-22 |
ひどく寒いです |
|
1,600 |
-30 |
露出した肉が凍る |
|
1,800 |
-38 |
1時間以内 |
|
2,000 |
-45 |
露出した肉が凍る |
|
2,200 |
-53 |
1分以内に |
|
2,400 |
-61 |
露出した肉が凍る |
|
2,600 |
-69 |
30秒以内 |
よく使用される WCI の解釈は、等価冷却温度です。 穏やかな状態 (1.8 m/s) でのこの温度は、温度と風の実際の組み合わせと同じ WCI 値を表します。 表 8 は、気温と風速の組み合わせに対する等価冷却温度を示しています。 この表は、活動的で身なりの良い人に適用されます。 等価温度が -30ºC を下回るとリスクが存在し、皮膚は -1ºC 以下で 2 ～ 60 分以内に凍結する可能性があります。
表 8. 露出した肉に対する風の冷却力は、ほぼ無風状態 (風速 1.8 m/s) での等価冷却温度として表されます。
|
風速（m / s） |
実際の温度計の読み（℃） |
||||||||||
|
0 |
-5 |
-10 |
-15 |
-20 |
-25 |
-30 |
-35 |
-40 |
-45 |
-50 |
|
|
等価冷却温度 (℃) |
|||||||||||
|
1.8 |
0 |
-5 |
-10 |
-15 |
-20 |
-25 |
-30 |
-35 |
-40 |
-45 |
-50 |
|
2 |
-1 |
-6 |
-11 |
-16 |
-21 |
-27 |
-32 |
-37 |
-42 |
-47 |
-52 |
|
3 |
-4 |
-10 |
-15 |
-21 |
-27 |
-32 |
-38 |
-44 |
-49 |
-55 |
-60 |
|
5 |
-9 |
-15 |
-21 |
-28 |
-34 |
-40 |
-47 |
-53 |
-59 |
-66 |
-72 |
|
8 |
-13 |
-20 |
-27 |
-34 |
-41 |
-48 |
-55 |
-62 |
-69 |
-76 |
-83 |
|
11 |
-16 |
-23 |
-31 |
-38 |
-46 |
-53 |
-60 |
-68 |
-75 |
-83 |
-90 |
|
15 |
-18 |
-26 |
-34 |
-42 |
-49 |
-57 |
-65 |
-73 |
-80 |
-88 |
-96 |
|
20 |
-20 |
-28 |
-36 |
-44 |
-52 |
-60 |
-68 |
-76 |
-84 |
-92 |
-100 |
下線付きの値は、凍傷または凍傷のリスクを表します。
気道の冷却
冷たく乾燥した空気を吸い込むと、敏感な人は+10～15℃で問題を引き起こす可能性があります. 軽度から中程度の作業を行う健康な人は、-30ºC まで気道を特に保護する必要はありません。 -20℃以下の温度では、長時間の暴露中の非常に重労働（例えば、運動持久力イベント）を行うべきではありません.
同様の推奨事項が目の冷却にも当てはまります。 実際には、目の冷却に伴う大きな不快感と視覚障害のため、通常、露出が危険になるずっと前にゴーグルまたはその他の保護具を使用する必要があります。
波形パラメータ計測
予想されるリスクのタイプに応じて、さまざまな測定セットが必要です (図 6)。 データ収集の手順と測定の精度は、測定の目的によって異なります。 気候パラメータの時間的変化、活動レベルおよび/または服装に関する適切な情報を取得する必要があります。 単純な時間加重手順を採用する必要があります (ISO 7726)。
図 6. 予想される寒冷ストレス リスクと必要な測定手順との関係。
冷えストレス解消の予防対策
寒冷ストレスの制御と軽減のための行動と対策は、作業シフトの計画段階と準備段階、および作業中の多くの考慮事項を意味します。 百科事典。