冷指數和標準

星期二，22 March 2011 20：34

冷指數和標準

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冷應激被定義為身體上的熱負荷，在這種情況下，預計會發生比正常情況下更多的熱損失，並且需要採取補償性體溫調節措施來維持身體熱中性。因此，正常熱損失是指人們在室內生活條件下（氣溫 20 至 25ºC）通常經歷的情況。

與高溫條件相比，衣服和活動是積極的因素，因為更多的衣服可以減少熱量損失，更多的活動意味著更高的內部熱量產生和更大的平衡熱量損失的潛力。因此，評估方法側重於確定給定活動水平下所需的保護（服裝）、給定保護所需的活動水平或給定兩者組合的“溫度”值（Burton 和 Edholm 1955 年；Holmér 1988 年；Parsons 1993 年）。

然而，重要的是要認識到，可以穿多少衣服以及可以長時間維持多高的活動水平是有限制的。防寒服往往體積龐大且步履蹣跚。運動和移動需要更多空間。活動水平可由節奏工作決定，但最好由個人控制。每個人都有一定的最高能量產生率，這取決於體力勞動能力，可以維持很長時間。因此，高體力工作能力可能有利於長時間的極端暴露。

本文涉及評估和控製冷應激的方法。與組織、心理、醫學和人體工程學方面相關的問題在別處處理。

冷作

冷加工包括自然和人工條件下的各種條件。最極端的寒冷暴露與外太空任務有關。然而，地球表面的冷工作條件涵蓋超過 100ºC 的溫度範圍（表 1）。自然地，冷應激的強度和嚴重程度預計會隨著環境溫度的降低而增加。

表 1 各種寒冷職業環境的氣溫

–120℃	人體冷凍療法氣候室
–90℃	南極基地沃斯托克的最低溫度
–55℃	魚肉冷藏和冷凍、乾製產品的生產
–40℃	極地基地的“正常”溫度
–28℃	冷凍產品冷庫
+2 至 +12 ºC	新鮮營養產品的儲存、製備和運輸
–50 至 –20 ºC	加拿大北部和西伯利亞一月平均氣溫
–20 至 –10 ºC	加拿大南部、斯堪的納維亞北部、俄羅斯中部一月平均氣溫
–10 至 0 ºC	美國北部、斯堪的納維亞半島南部、中歐、中遠東部分地區、日本中部和北部的一月平均氣溫

資料來源：根據 Holmér 1993 修改。

從 1 表中可以清楚地看出，許多國家的大量戶外工作者都或多或少地經歷著嚴重的冷應激。此外，冷庫工作遍布世界各地。斯堪的納維亞國家的調查顯示，大約 10% 的工人總人口將寒冷視為工作場所的主要煩惱因素。

冷應激的類型

可以定義以下類型的冷應激：

全身冷卻
局部降溫，包括肢體降溫、對流皮膚降溫（風寒）、傳導性皮膚降溫（接觸降溫）和呼吸道降溫。

最有可能的是，即使不是全部，也有幾個可能同時出現。

冷應激的評估涉及確定一種或多種上述影響的風險。通常，表 2 可用作第一個粗略分類。一般來說，冷應激會增加，體力活動水平越低，可用的保護就越少。

表 2. 冷作分類示意圖

溫度	工作類型	冷應激類型
10 至 20 ºC	久坐、輕作業、精細體力勞動	全身降溫、四肢降溫
0 至 10 ºC	久坐不動，輕度工作	全身降溫、四肢降溫
–10 至 0 ºC	輕體力勞動、搬運工具和材料	全身降溫、四肢降溫、接觸降溫
–20 至 –10 ºC	適度活動、處理金屬和液體（汽油等）、多風條件	全身冷卻、四肢冷卻、接觸冷卻、對流冷卻
低於 –20 ºC	所有類型的工作	所有類型的冷應激

表中給出的信息應被解釋為採取行動的信號。換句話說，如果需要，應評估和控制特定類型的冷應激。在中等溫度下，與不適和由於局部冷卻導致的功能喪失相關的問題普遍存在。在較低的溫度下，緊迫的凍傷風險作為其他影響的後遺症是重要因素。對於許多影響，壓力水平和影響之間的離散關係尚不存在。不能排除特定的寒冷問題也可能在表中指示的溫度範圍之外持續存在。

評估方法

ISO 技術報告 11079 (ISO TR 11079, 1993) 中介紹了評估冷應力的方法。其他有關代謝熱產生測定 (ISO 8996, 1988)、服裝熱特性估計 (ISO 9920, 1993) 和生理測量 (ISO DIS 9886, 1989c) 的標準提供了對冷應激評估有用的補充信息。

圖 1 概述了氣候因素、預期降溫效果和推薦的評估方法之間的關係。下面給出了有關方法和數據收集的更多詳細信息。

圖 1. 與氣候因素和降溫效果相關的冷應力評估。

全身冷卻

全身降溫的風險是通過分析身體熱平衡的條件來確定的。在規定的生理應變水平下實現熱平衡所需的服裝絕緣水平是通過數學熱平衡方程計算的。計算出的所需絕緣值 IREQ 可以視為冷應力指標。該值表示保護級別（以 clo 表示）。數值越高，身體熱失衡的風險越大。應變的兩個級別對應於低級別（中性或“舒適”感覺）和高級別（輕微冷到冷的感覺）。

使用 IREQ 包括三個評估步驟：

確定給定暴露條件下的 IREQ
IREQ與服裝防護等級的比較
如果保護級別的值小於 IREQ，則確定暴露時間

圖 2 顯示了低生理應變（中性熱感覺）的 IREQ 值。針對不同的活動水平給出了值。

圖 2. 在不同溫度下保持低水平生理應變（中性熱感覺）所需的 IREQ 值。

ISO 7243 中描述了估算活動水平的方法（表 3）。

表 3. 代謝率水平分類

課程	代謝率範圍，M		用於計算平均代謝率的值		包機成本結構範例
	相關單位皮膚表面積 (W/m²)	對於平均皮膚表面積 1.8 米² （W）	（瓦/米²)	（W）
0 休息	中號≤65	男≥117	65	117	休息
1 低代謝率	65M≤130	117M≤234	100	180	安坐：輕體力勞動（寫字、打字、畫畫、縫紉、記賬）；手和手臂工作（小型工作台工具、檢查、組裝或輕型材料分類）；手臂和腿部工作（在正常情況下駕駛車輛，操作腳踏開關或踏板）。站立：鑽頭（小零件）；銑床（小零件）；線圈繞組；小電樞繞組；用低功率工具加工；隨意步行（速度可達 3.5 公里/小時）。
2 中度代謝率	130M≤200	234M≤360	165	297	持續的手和手臂工作（釘釘子、填充）；手臂和腿部工作（卡車、拖拉機或建築設備的越野操作）；手臂和軀幹工作（使用氣動錘、拖拉機組裝、抹灰、間歇處理中等重量的材料、除草、鋤地、採摘水果或蔬菜）；推或拉輕型手推車或手推車；以3.5公里/小時的速度行走；鍛造。
3 高代謝率	200M≤260	360M≤468	230	414	緊張的手臂和軀幹工作：搬運重物；鏟; 大錘工作；鋸、刨或鑿硬木；手割草；挖掘; 以 5.5 公里/小時至 7 公里/小時的速度行走。推拉載重的手推車或獨輪車；切削鑄件；混凝土砌塊鋪設。
4 很高代謝率	中號>260	中號>468	290	522	以快速到最大速度進行非常密集的活動；用斧頭工作；強烈的鏟土或挖掘；爬樓梯、坡道或梯子；小步快走、跑步、以大於7公里/小時的速度行走。

資料來源：ISO 7243 1989a

一旦確定了給定條件下的 IREQ，就會將該值與服裝提供的保護級別進行比較。整套服裝的防護等級由其合成絕緣值（“clo-value”）決定。此屬性根據歐洲標準草案 prEN-342 (1992) 測量。它也可以從表 (ISO 9920) 中提供的基本絕緣值中導出。

表 4. 提供了典型整體的基本絕緣值示例。必須校正由身體運動和通風引起的假定減少值。通常，不對靜息水平進行校正。輕度工作的值減少 10%，較高活動水平的值減少 20%。

表 4. 基本絕緣值示例 (I^cl）衣物*

服裝合奏	I^cl (m² ℃/W)	I^cl （關閉）
內褲、短袖襯衫、合身長褲、及膝襪、鞋子	0.08	0.5
內褲、襯衫、合身、長褲、襪子、鞋子	0.10	0.6
內褲、工作服、襪子、鞋子	0.11	0.7
內褲、襯衫、工作服、襪子、鞋子	0.13	0.8
內褲、襯衫、褲子、工作服、襪子、鞋子	0.14	0.9
三角褲、汗衫、內褲、襯衫、工裝褲、及膝襪、鞋子	0.16	1.0
內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、背心、襪子、鞋子	0.17	1.1
內褲、襯衫、褲子、夾克、工作服、襪子、鞋子	0.19	1.3
汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、襪子、鞋子	0.22	1.4
三角褲、T 卹、襯衫、合身長褲、保暖工作服、及膝襪、鞋子	0.23	1.5
內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、帽子、手套、襪子、鞋子	0.25	1.6
內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、外褲、襪子、鞋子	0.29	1.9
內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、外褲、襪子、鞋子、帽子、手套	0.31	2.0
汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、外褲、外套、襪子、鞋子	0.34	2.2
汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、外褲、襪子、鞋子、帽子、手套	0.40	2.6
汗衫、內褲、保暖褲、保暖夾克、外褲和帶襯裡的派克大衣、襪子、鞋子、帽子、連指手套	0.40-0.52	2.6-3.4
北極服裝系統	0.46-0.70	3-4.5
睡袋	0.46-1.1	3-8

*標稱保護級別僅適用於靜態、靜風條件（靜止）。值必須隨著活動水平的增加而降低。

資料來源：根據 ISO/TR-11079 1993 修改。

最好的服裝系統提供的防護等級相當於 3 到 4 克羅。當可用的服裝系統不能提供足夠的絕緣時，將根據實際情況計算時間限制。該時間限制取決於所需衣物絕緣與可用衣物之間的差異。由於不再實現對冷卻的全面保護，因此時間限制是根據預期的身體熱含量減少來計算的。類似地，可以計算恢復時間以恢復相同的熱量。

圖 3 顯示了使用兩種絕緣等級的衣服進行輕度和中度工作的時間限制示例。其他組合的時間限制可以通過插值來估計。當有最好的防寒服時，圖 4 可用作評估暴露時間的指南。

圖 3. 輕度和中度工作的時間限制，採用兩種絕緣級別的服裝。

圖 4. 間歇和持續暴露於寒冷環境的時間加權 IREQ 值。

間歇性暴露通常包括被熱身休息或在較溫暖環境中的工作時間打斷的工作時間。在大多數情況下，很少或根本沒有更換衣服（主要是出於實際原因）。然後可以將組合暴露確定為時間加權平均值的 IREQ。平均週期不得超過一到兩個小時。圖 4 給出了某些類型的間歇暴露的時間加權 IREQ 值。

IREQ 值和時間限制應該是指示性的而不是規範性的。他們指的是普通人。在特徵、要求和偏好方面的個體差異很大。必須通過選擇在保護級別調整方面具有很大靈活性的服裝套裝來處理大部分這種變化。

肢體冷卻

四肢——尤其是手指和腳趾——容易受涼。除非可以維持由溫血輸入的足夠熱量，否則組織溫度會逐漸下降。肢體血流量由精力充沛（肌肉活動所需）和體溫調節需求決定。當全身熱平衡受到挑戰時，外周血管收縮有助於以外周組織為代價減少核心熱量損失。活動度高時，可以獲得更多熱量，並且更容易維持肢體血流。

手部和鞋類在減少熱損失方面提供的保護是有限的。當輸入到四肢的熱量較低時（例如，在休息或低活動時），保持手腳溫暖所需的絕緣材料非常大（van Dilla、Day 和 Siple 1949）。手套和連指手套提供的保護只能延緩冷卻速度，相應地，達到臨界溫度的時間也更長。隨著更高的活動水平，改進的保護允許在較低的環境溫度下溫暖手腳。

沒有可用於評估肢體冷卻的標準方法。但是，ISO TR 11079 建議將 24ºC 和 15ºC 分別作為低壓力和高壓力水平的臨界手部溫度。指尖溫度可能很容易比手部平均皮膚溫度或手背溫度低 5 至 10 °C。

圖 5 中給出的信息在確定可接受的暴露時間和所需的保護時很有用。這兩條曲線指的是有和沒有血管收縮的情況（高和低活動水平）。此外，假設手指絕緣性很高（兩克羅）並且穿著足夠的衣服。

圖 5。手指保護。

一組類似的曲線應該適用於腳趾。然而，更多的克洛可用於保護腳，導致更長的暴露時間。儘管如此，從圖 3 和圖 5 可以看出，對於暴露時間而言，四肢冷卻很可能比全身冷卻更為關鍵。

使用歐洲標準 EN-511 (1993) 中描述的方法評估手飾提供的保護。整個手飾的隔熱性是用電熱手模型測量的。使用 4 m/s 的風速來模擬真實的磨損條件。性能分為四個等級（表 5）。

表 5. 熱阻分類 （I） 用於手飾的對流冷卻

課程	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

資料來源：基於 EN 511 (1993)。

接觸感冒

赤手接觸冰冷的表面可能會迅速降低皮膚溫度並造成凍傷。表面溫度高達 15ºC 時可能會出現問題。特別是，金屬表面具有出色的導電性能，可以快速冷卻接觸皮膚的區域。

目前還沒有用於接觸冷卻一般評估的標準方法。可以給出以下建議（ACGIH 1990；Chen、Nilsson 和 Holmér 1994；Enander 1987）：

與低於 15ºC 的金屬表面長時間接觸可能會損害靈活性。
長時間接觸低於 7ºC 的金屬表面可能會導致麻木。
與低於 0ºC 的金屬表面長時間接觸可能會導致凍裂或凍傷。
短暫接觸低於 –7ºC 的金屬表面可能會導致凍裂或凍傷。
必須避免與零下溫度的液體接觸。

其他材料也存在類似的危害序列，但導電性較低的材料（塑料、木材、泡沫）的溫度較低。

可以使用歐洲標準 EN 511 來確定手飾提供的接觸冷卻防護。給出了四個性能等級（表 6）。

表6 手飾接觸熱阻分類 （I）

課程	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

資料來源：基於 EN 511 (1993)。

對流皮膚冷卻

風寒指數 (WCI) 代表了一種簡單的經驗方法，用於評估未受保護的皮膚（面部）的涼爽程度 (ISO TR 11079)。該方法根據氣溫和風速預測組織熱損失。

與不同 WCI 值相關的響應如表 7 所示。

表 7. 風寒指數 (WCI)，等效冷卻溫度 (T_eq ) 和裸露肉體的冷凍時間

水指數（瓦特/米²)	T_eq （攝氏度）	影響
1,200	- 14	很冷
1,400	- 22	寒冷刺骨
1,600	- 30	裸露的肉體凍結
1,800	- 38	1小時內
2,000	- 45	裸露的肉體凍結
2,200	- 53	1分鐘內
2,400	- 61	裸露的肉體凍結
2,600	- 69	在30秒內

WCI 的一個常用解釋是等效冷卻溫度。該溫度在平靜條件下 (1.8 m/s) 代表與溫度和風的實際組合相同的 WCI 值。表 8 提供了空氣溫度和風速組合的等效冷卻溫度。該表適用於活躍、穿著得體的人。當等效溫度低於 –30ºC 時存在風險，皮膚可能會在低於 –1ºC 的 2 至 60 分鐘內凍結。

表 8. 在幾乎平靜的條件下（風速 1.8 m/s），以等效冷卻溫度表示的風對裸露肉體的冷卻能力

風速（m / s）	實際溫度計讀數 (ºC)
	0	- 5	- 10	- 15	- 20	- 25	- 30	- 35	- 40	- 45	- 50
	等效冷卻溫度 (ºC)
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

帶下劃線的值表示凍裂或凍傷的風險。

呼吸道降溫

在 +10 至 15ºC 的溫度下，吸入寒冷、乾燥的空氣可能會給敏感的人帶來問題。從事輕度至中度工作的健康人員在低至 –30ºC 時無需特別保護呼吸道。長時間暴露期間的非常繁重的工作（例如，運動耐力項目）不應在低於 –20ºC 的溫度下進行。

類似的建議適用於眼睛的冷卻。實際上，與眼睛冷卻相關的巨大不適和視力損害通常需要在接觸變得危險之前很久就使用護目鏡或其他保護措施。

測量

根據預期風險的類型，需要不同的測量集（圖 6）。數據收集程序和測量精度取決於測量的目的。必須獲得有關氣候參數以及活動水平和/或衣服隨時間變化的相關信息。應採用簡單的時間加權程序（ISO 7726）。

圖 6. 預期冷應激風險與所需測量程序的關係。

緩解冷應激的預防措施

控制和減少冷應激的行動和措施意味著在工作輪班的計劃和準備階段以及工作期間需要考慮的一些因素，這些在本章和本章的其他地方討論 百科全書。

更多內容 12971 次最後修改於 26 年 2022 月 21 日星期二 25:XNUMX

出版於 42.熱與冷

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