Värme och kyla – vad tål människan? Vår termiska miljö Vad menar
- ibland överskrids gränsen för vår tålighet! Värme och kyla – vad tål människan? Ingvar Holmér Laboratoriet för termisk miljö Ergonomi och aerosolteknologi Designvetenskap Lunds tekniska högskola ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 1! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Vår termiska miljö! 28 °C värmebalans för en naken person i vila 20-24 °C inomhusklimat -90 °C kallast på jorden (Antarktis) +57 °C varmast på jorden (Libyen) flera 100 °C i industriella miljöer, brand .. ! Ingvar Holmér 2011-03-02 3! 2! Ingvar Holmér 2011-03-02 Thermal Environment Laboratory, LTH ! Vad menar vi med klimat?! • Luftens temperatur • Värmestrålning (solstrålning) • Luftfuktighet • Vind dessutom påverkar • Människans – klädsel – aktivitet Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 4! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Vad tål människan?! Vilka är problemen med extrema klimat?! • Akuta effekter (minuter till timmar) – Vätskebrist, cirkulationssvikt, hög kroppstemperatur – Arbetsförmåga, uthållighet, kollaps – Arbetsliv, idrott och friluftsliv • kunskap om hälso- och prestationseffekter • kunskap om kroppens värmereglering • kunskap om värmeutbytet med omgivningen • Långsiktiga effekter av hög värme (dagar) – – – – Vätskebrist, cirkulationssvikt Arbetsplatser Bostäder Institutioner • metoder för att simulera och beskriva påverkan på människan i olika klimat Tiden är en viktig faktor för svårighetsgraden ! Ingvar Holmér 2011-03-02 5! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Människans värmeproduktion! • • • • • i vila ca 100 W vid promenad 200 – 300 W vid tungt arbete 300 – 500 W vid joggning 500 – 1000 W vid löpning 1000 – 2000 W 6! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Människans värmebalans! • I kyla risk för stora värmeförluster och sjunkande kroppstemperatur • I värme svårt att bli av med kroppsvärme med risk för stigande kroppstemperatur och uttorkning (vätskeförlust) • denna värme måste avges annars stiger kroppstemperaturen • snävt intervall 36-39 °C ! Ingvar Holmér 2011-03-02 8! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 9! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Reglering av kroppstemperatur och värmeavgivning! Symtom vid stigande kroppstemperatur! 1. ändamålsenligt beteende 36-37 °C 37-38 °C 38-39 °C anpassa klädsel, aktivitet, arbetstid etc 2. fysiologiska reaktioner • reglering vid värme – – • 39-40 °C >40 °C Blodkärlen vidgas i hud, armar och ben för ytlig blodcirkulation Svettning och svettavdunstning (värmeavgivning) reglering vid kyla – – ”normal” kroppstemperatur lätt till måttligt tungt arbete tungt till maximalt arbete med tilltagande utmattning risk för svimning, kollaps tilltagande risk för värmeslag Blodkärlen dras samman i hud, armar och ben för djup och central cirkulation Huttring, frossa (värmeproduktion) ! Ingvar Holmér 2011-03-02 10! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Effekter av vätskebrist! Vätskebalansen! • svettavdunstningen viktigaste kylfaktorn i värme • vila vid 30 °C kan kräva 3-5 l per dygn • tungt arbete kan kräva 1-2 l per timme • regelbunden ersättning av denna vätska är nödvändig ! Ingvar Holmér 2011-03-02 12! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 11! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Vätskebrist i % av kroppsvikten liter för 70 kg person 2 % 4 % 1,4 2,8 6 % 4,2 över 10 % mer än 7,0 ! 13! Ingvar Holmér 2011-03-02 symtom törst muntorrhet, trötthet sämre arbetsförmåga ökad puls, ökad kroppstemperatur snabb ökning i kroppstemperatur, risk för dödlig utgång återhämtning endast med dropp Thermal Environment Laboratory, LTH ! Försvårande faktorer! • • • • • • • Vår ”försvar” mot värme! • • • • Ålder Vätskebrist Medicinering Dålig kondition Övervikt Trötthet, sömnbrist Tungt arbete, skyddskläder ! 14! Ingvar Holmér 2011-03-02 Thermal Environment Laboratory, LTH ! underlätta svettavdunstningen öka vätskeintaget lätt och luftig klädsel minska den fysiska aktiviteten (värme) ! 15! Ingvar Holmér 2011-03-02 Thermal Environment Laboratory, LTH ! Effekter av värme! Varmt på jobbet! • Ofta vid utomhusarbete – upp till +35 °C, solsken – bygg- och anläggning, skog och jordbruk, fiske, el- och telekom. • Industrier • • • • diskomfort - obehag mental prestation, uppmärksamhet, vakenhet uppvärmning av kroppen - hypertermi cirkulationsbelastning – ökad puls – svimningsbenägenhet – metall, glas, keramik – kraftverk – livsmedelsindustri • vätskebalans – dehydrering (vätskebrist) • Kontor • arbetsförmåga – “varma dagar” – förhöjd belastning vid samma arbete – sänkt uthållighet • Regelverk – Arbete i stark värme, AFS 1997:2 • värmeskador ! Ingvar Holmér 2011-03-02 16! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 17! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Bedömningsmetoder! • ISO EN SS 7243 WBGT Wet Buld Globe Temperature • ISO EN SS 7933 PHS Predicted Heat strain • Arbetsmiljöverkets regler ! 18! Ingvar Holmér 2011-03-02 Thermal Environment Laboratory, LTH ! AFS regler! • Systematiskt arbetsmiljöarbete, AFS 2001:1 • Arbetsplatsens utformning AFS 2000:42 • Arbete i kylda livsmedelslokaler AFS 1998:2 • Arbete i stark värme, AFS 1997:2 ! Ingvar Holmér 2011-03-02 19! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 21! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Varmt klimat! SS-EN-ISO 7243 • Luftens temperatur • Värmestrålning – – Ergonomics. Estimation of heat stress using the WBGT-index infra röd solstrålning • Luftfuktighet – – vattenångtryck regn • Vind Mätinstrument! – positivt upp till ca 40 °C – negativt över ca 40 °C • Yttemperatur – verktyg, maskiner, material ! Ingvar Holmér 2011-03-02 20! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Arbete i stark värme. AFS 1997:2 SS-EN-ISO 7243 WBGT WBGT är en temperatur som beräknas på basis av mätning av tg tnw ta glob temperatur naturlig våttemperatur lufttemperatur WBGT = 0.7 • tnv + 0.3 • tg I solsken: ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 22! Activity Class Metabolism, W/m2 0 1 2 3 4 Reference value, WBGT Acclimatized Not acclimatized < 65 65 - 130 130 - 200 200 - 260 > 260 33 30 28 26 24 32 29 26 23 20 Referensvärdena indikerar en minimal risk för att någon person i! den exponerade populationen ska nå en kroppstemperatur över 38.0 °C)! WBGT = 0.7 • tnv + 0.2 • t g + 0.1• ta Ingvar Holmér 2011-03-02 WBGT Referens värden! ! Ökning i kroppstemperatur som följd av arbetsintensiteten! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 23! Ingvar Holmér 2011-03-02 Kroppstemperatur i varm miljö! 39,5 % of VO2max! 100! 400 W/m2! 80! 300 W/m2! 60! 200 W/m2! 40! 100 W/m2! 20! 39,0 Core temperature, °C 500 W/m2! 1000 W 500 W 350 W 200 W 38,5 Prescriptive zone 38,0 37,5 37,0 5 10 15 20 25 30 35 WBGT, °C ! Ingvar Holmér 2011-03-02 24! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 25! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Inverkan av olika klädsel på svettens avdunstning! Klädselns inverkan! rectal Temperature, °C 39 Två viktiga egenskaper! - isolation (”clo-värde”)! - ångmotstånd! 38 rectal 37 skin 36 ! restricted evaporation Thermal Environment Laboratory, LTH ! 26! Klimatfaktorer ! o Humidity = 2 kPa Wind = 0,3 m/s 200 Thermal Environment Laboratory, LTH ! 60 Thermal Environment Laboratory, LTH ! 250 Time, min Beräkning av värmebalansen Jämförelse av nödvändig och möjlig avdunstning Beräkning av kroppstemperatur Beräkning av arbetstid om kroppstemperaturen stiger Beräkning av vätskeförlust till följd av svettning Riskbedömning på basis av värden på kroppstemperatur och vätskeförlust Clothing properties important 28! 50 27! isolation ångmotstånd • • • • • • ! 30 40 Time, min. Beräknade temperaturgränser för arbete med olika klädsel! Aktivitet - värmeproduktion Klädsel lufttemperatur medelstrålningstemperatur luftfuktighet (vattenångtryck) lufthastighet 20 Ingvar Holmér 2011-03-02 ISO 7933 Predicted Heat Strain - PHS! Ingvar Holmér 2011-03-02 Air temp. = 45 °C rel.humidity = 15 % air speed =0.5 m/s normal evaporation 35 10 Ingvar Holmér 2011-03-02 skin Activity = 150 W/m coverall 150 100 2 impermeable 50 o 0 10 ! Ingvar Holmér 2011-03-02 20 30 40 50 Air temperature, °C 29! 60 70 Thermal Environment Laboratory, LTH ! Kyla! - ibland går nedkylningen för långt! • -20 till -40 °C inte ovanligt på vintern i vårt land – särskilt på natten • innebär stor risk för nedkylning och kylskador ! Ingvar Holmér 2011-03-02 31! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 36-37 °C 35-36 °C 34-35 °C 33-34 °C 32-33 °C <32 °C <30 °C <28 °C ! 33! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Symtom vid fallande kroppstemperatur! - ibland inträffar mirakel! Ingvar Holmér 2011-03-02 32! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 ”normal” kroppstemperatur kalla händer och fötter huttring, sämre arbetsförmåga trötthet, muskelsvaghet sämre omdöme och medvetande risk för medvetslöshet svag andnings- och hjärtfunktion risk för hjärtsvikt 35! Thermal Environment Laboratory, LTH ! vårt försvar mot nedkylning! • kärlsammandragning och huttring otillräckliga • klädsel, aktivitet och beteende viktigast ! Ingvar Holmér 2011-03-02 36! Thermal Environment Laboratory, LTH ! försvårande faktorer! • • • • • • ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Vid tungt arbete kan man vara lätt klädd även i kyla! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 38! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ålder (barn, äldre) hjärt- och cirkulationsbesvär ”kalla händer och fötter” astma eller liknande besvär rörelsehindrade tidigare kylskador 37! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Vid låg aktivitet krävs mycket isolation! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 39! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Klädseln central för skydd mot kyla! Idag mäter vi kläders isolation (clo-värde) med termisk docka! termisk docka Isolationsförmågan (clo-värdet) europeisk och internationell standard ISO 15831 mäts enligt europeisk standard EN 342 ! Skyddskläder mot kyla - clo-värdet mäts med termisk docka! - plagget märks (CE-värde)! 2,3 2 1 clo=0.155 m2°C/Watt! 40! Ingvar Holmér 2011-03-02 ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! SS-EN-ISO 11079 IREQ isolationsbehov! • Bestämmer nödvändig beklädnadsisolation (clo-värde) för definierad kylabelastning – miniminivå – neutral nivå • Bestämmer arbetstid för situationer med känd klädsel (clo-värde) – definierad avkylning • Bestämmer vindkylepåverkan • Lokal avkylning Thermal Environment Laboratory, LTH ! 41! Ingvar Holmér 2011-03-02 Isolationsbehov i clo enligt ISO 11079! 8 7 . IREQ Isolationsbehov, clo ! clo-värde vindtäthet 6 5 4 Pr a k ti sk ö v re g rä n s f ö r a rb e ts k lä d e r 3 2,3 clo! 2 1 – hand temp !15 (24) °C 0 -40 95-05-25/ IH -30 -20 -10 0 10 20 Omgivningstemperatur, °C ! Ingvar Holmér 2011-03-02 42! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 43! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Vad betyder clo-värdet i plagg provade enligt ENV 342?! 10 2,3 2! • matematiska modeller för att beskriva människans värmebalans och den fysiologiska påverkan • i värme ISO 7933 • i kyla ISO 11079 gränsvärden för exempelvis klimat på arbetsplatser bostäder mm idrottstävlingar 1 clo 0 2 clo Temperatur, °C -10 3 clo -20 4 clo -30 -40 2 M = 115 W/m Vind = 0,2 m/s Luftfuktighet = 50% -50 Analys och bedömning av termiska miljöer! -60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Vistelsetid, timmar ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 44! Ingvar Holmér 2011-03-02 ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! 45! Ingvar Holmér 2011-03-02 Klimatfaktorer och värmeutbyte! Kroppens temperaturreglering och värmebalans! Medelstrålnings-! temperatur! hudtemperatur! Värmeprodution! S = (M ! W ) ! (H res + E + R + C + K ) S = (M ! W ) ! (H res + E + R + C + K ) Värmeutbyte! M är energiomsättning W är utfört mekaniskt arbete Hres är värmeutbyte via andningen E är värmeutbyte via avdunstning R är strålningsvärmeutbyte C är värmeutbyte via konvektion K är värmeutbyte via ledning S är värmeupplagring i kroppen Värmeutbyte! M är energiomsättning W är utfört mekaniskt arbete Hres är värmeutbyte via andningen E är värmeutbyte via avdunstning R är strålningsvärmeutbyte C är värmeutbyte via konvektion K är värmeutbyte via ledning S är värmeupplagring i kroppen svettning! Huttring och ! muskelarbete! i Watts, Watts/m2 eller kJoule! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Lufttemperatur, vind! Värmeprodution! 46! Vatten-! ångtryck,vind! i Watts, Watts/m2 eller kJoule! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 47! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Klädsel och värmeutbyte! Isolation, clo-värde! Värmeprodution! S = (M ! W ) ! (H res + E + R + C + K ) Värmeutbyte! M är energiomsättning W är utfört mekaniskt arbete Hres är värmeutbyte via andningen E är värmeutbye via avdunstning R är strålningsvärmeutbyte C är värmeutbyte via konvektion K är värmeutbyte via ledning S är värmeupplagring i kroppen Vatten-! ångmotstånd! 12 December 2008.! Två svenskar nödlandade på isen! i nordöstra Kanada. Planet sjönk. ! De vandrade på isen i 17 timmar! innan de räddades av en ! dansk trålare.! Temperaturen var ner till -20 °C.! Svenskarna vid gott skick – ! tecken på lokala kylskador.! Nedkylning motverkades genom ! god utrustning (räddningsdräkter)! ständig aktivitet (promenad) på ! isen.! i Watts, Watts/m2 eller kJoule! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 48! կ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 49! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Tack vare skyddet från bil,! kläder och filt bromsades ! nedkylningen av kroppen.! կ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 50! Thermal Environment Laboratory, LTH ! կ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 51! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Analys! Analys! Vattenångtrycket >60 kPa! Hudens smärttröskel ca 44 °C! Vattenångtryck ca ca 9 kPa! Kondensvärme ca > 1000 W/m2! Stråln+konv.värme > 500 W/m2! Totalt 3 kW över kroppen! motsv ca 0,5 kWh på 6 min! ca 1 °C i kroppstemp på 6 min! hudtemperaturen >>45 °C! tilltagande smärta och ! brännskada i huden! cirkulationsbelastning! Vid tungt arbete kan det vara svårt att bli av med tillräckligt med värme ! under dessa förhållanden. Kroppstemperaturen stiger och vid ! över 39 °C ökar risken för utmattning. Till detta bidrar också en tilltagande ! vätskebrist på kanske mer än en liter redan efter en timmes löpning. ! Löphastigheten måste sänkas eller ökar risken för kollaps.! կ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 52! Thermal Environment Laboratory, LTH ! կ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 53! Mätning av fysiologisk belastning på personer i klimatkammare! Effekt av klädsel! 20 min cykling, 20 °C! 30 min gång 5 km/h, 55 °C, 30 % rh! RB 90, SRV ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 54! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 55! AR, Wenaas! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Hjärtfrekvens! PHS beräkning! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 57! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Hudtemperatur! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 59! 58! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Kroppstemperatur! Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 60! Thermal Environment Laboratory, LTH ! Sweating! UW RB90 ARY Händer och fötter! modif ARY 1400 • • • • • • Nedkylning beror av klimat, aktivitet och skydd Starkt beroende av ”centralvärme” Värmen distribueras med cirkulerande blod Perifer cirkulation stängs av vid avkylning Händer och fötter kyls snabbt Händer och huvud kan avge mycket värme när kroppen är varm • Ta av handskar och mössa vid överskottsvärme 1200 Moisture (g) 1000 800 600 400 200 0 Weight loss ! Ingvar Holmér 2011-03-02 Evaporation 61! Accumulation Thermal Environment Laboratory, LTH ! ! Ingvar Holmér 2011-03-02 62! Thermal Environment Laboratory, LTH !
© Copyright 2024