高溫工作環境廣泛分布於各種工業生產當中，如冶金工業的冶煉、煉焦、軋鋼、煉鋼作業，機械製造工業的鍛造、鑄造作業，玻璃、磚瓦、搪瓷、陶瓷等的爐窯作業，輪船和火力發電廠的鍋爐作業；造紙、紡織工業的繅絲、造紙、印染等高溫高濕作業，以及採礦業、建築、農業、搬運等的露天高溫作業。在高溫環境中，人體可能產生體溫升高、出汗脫水、心率加快等生理變化。根據高溫熱環境下人體生理參數的變化和人體生理指標安全閾值，可對高溫熱環境中人體安全狀態進行評價。
基本介紹
- 中文名：高溫環境熱安全評價
- 依據：生理參數變化和生理指標安全閾值
- 套用：工業生產
- 方法：熱應力指標、真人實驗手段等
- 行業：冶金工業、機械製造工業等
- 學科：暖通空調
基於真人實驗的高溫環境熱安全評價,基於熱應力指標的高溫環境熱安全評價,基於暖體假人實驗的高溫環境熱安全評價,基於人體熱生理模型計算的熱安全評價,
基於真人實驗的高溫環境熱安全評價
通過將真人置於模擬環境的實驗艙內進行實驗，依據實驗過程中的人體生理指標的變化直接評價人體安全狀態，是早期進行熱環境中人體安全狀態的重要研究方向。
在國內，周青等研究高溫高濕環境下運動對人體相關生理指標的影響情況，發現新老戰士由於在此環境下生活時間長短不同，因而出現的難耐受和適應情況不同。孫麗婧對高溫高濕環境中工作個體的耐熱反應、生理指標及其他環境指標進行了測量及分析，得出不同空氣溫度、濕度條件下人體耐熱極限的各種生理指標值。劉曉林測量了高溫高濕低氧環境下勞動人員的口腔溫度、心率、收縮壓和舒張壓4個生理因素，研究試驗中不同生理因素的變化及相應的人體忍耐極限。
通過真人實驗研究熱環境下的人體安全，雖然能得到熱環境下人體生理指標的真實結果，但也有較大的局限性。由於人體個體生理差異客觀存在，要得到統計學意義上的比較準確的生理指標值，就需要較大的樣本量，同時為保證實驗個體的安全，實驗艙所設定的熱物理參數不能過高或過低，人體在艙內的時間也不能過長。以上這些原因使得真人實驗的人力、物力、資金投入變得巨大，限制了真人實驗方法的發展。
基於熱應力指標的高溫環境熱安全評價
套用環境的熱應力指標評價人體安全狀態，主要是依據測得的熱應力指標直接評價或間接評價人體可能的熱危害。近年來，國際上發展出許多評價熱應力或人體熱耐受能力的指標，主要有：
- 直接指標：幹球溫度、濕球溫度、濕球黑球溫度、黑球溫度所對應濕球溫度、黑球溫度所對應濕球溫度。
- 經驗指標：有效溫度、環境應力指標等。
理論指標：操作溫度、熱應力指標、皮膚濕潤度、必須出汗率、預測熱應激等。
此外，也有一些學者提出根據人體生理參數變化來評估熱應力等級，這些生理參數指標主要包括：體溫、出汗量、皮膚溫度、血液水分含量、工作及恢復期心率等。除了這些指標之外，國際上還在此基礎上制定出了相關標準，如基於WBGT的ISO 7243、基於生理學指標的ISO 9886。同時還有一些相關的標準，如熱環境儀器及檢測方法標準ISO 7726、評價新陳代謝產熱的熱環境工效學ISO 8996、衡量衣服熱阻的ISO 9920。
套用熱應力指標評價人體安全狀態在數據獲取與使用方面都比較簡單，但由於其依據環境熱物理參量直接或間接評價環境的熱應力，進而對人體安全進行評價，而不是根據人體的熱生理指標進行評價，所以準確性有限。
基於暖體假人實驗的高溫環境熱安全評價
對於高溫環境著防護服的人體熱傷害研究，單純的數學建模其準確性需要實驗驗證，而高溫下用真人實驗很難保證安全性。因此，有學者開發出了暖體假人用於這一問題的研究。暖體假人作為一種通用的儀器設備，已經廣泛套用於紡織、職業健康、環境、消防、石油、交通安全、航空航天等領域。暖體假人在身體軀段的數量、尺寸、外形、控制模式、呼吸、出汗、運動等生理調節模式等方面，高溫環境下人體出汗對所受傷害的影響研究具有很好的適應性。高溫下的熱危害不僅由熱輻射和熱對流造成，而且由高溫熱防護服壓迫皮膚的熱傳導造成的熱傷害也是重要原因。這種緊密接觸是熱生理學模擬計算很難實現的，因此套用暖體假人進行人體模擬試驗研究是其重要優點。
基於人體熱生理模型計算的熱安全評價
通過熱生理模型計算人體安全狀態，需要綜合生理學、材料學、熱學等多學科知識，考慮環境與人體的相互影響。經過多年研究，學者們建立了多種模型來計算熱環境下的人體熱生理變化。
在人體熱反應模型研究方向，除傳統的熱反應外，將人體熱系統分為被動系統和主動系統，並在熱傳遞的基礎上進一步考慮了濕傳遞問題。Gagge熱生理模型用來模擬人體的熱生理現象，如新陳代謝、出汗、寒戰等。國內，王小玲通過將人體分為六節段兩層，建立了肌體各層間和各節段的傳熱數學模型，編制了相應的電腦程式，開發了實時的數學-物理仿真系統、人體熱反應預測及評價系統，並進行了高溫艙人體實驗。結果表明；熱輻射是造成冶金車間環境熱強度過高的主要原因；高濕則是紡織企業印染車間環境熱強度過高的主要原因。
這類方法基於對人體生理學和熱物理的研究成果，進行數學建模、編程計算，得到熱環境下人體生理指標的變化，對人體生理學和熱物理的理論研究成果要求較高，且由於計算機能力的限制，使此類方法在一些細節問題上準確性有待提高。並且，由於是純理論計算，對現實中容易出現的一些非理想情況，如防護服裝與人體貼合度不同、人體運動造成的服裝與人體之間關係的非規律性改變等，研究能力有限。
