文摘

风险保护人类免受热应力、热舒适和热应力潜在的干旱环境下进行评估,也从来没有为这样的气候。热指数THI, WBGT、宠物和UTCI被用来评估热舒适和热应力。雷曼软件模型被用来估计宠物,和用于UTCI UTCI计算器。干和湿球的温度(,),自然湿球温度(),全球温度()测定在夏天使用的计算。结果显示如下。(i)的热感觉和热应力水平可以通过宠物或UTCI评价尺度,并且都是有效的极高温度在干旱的环境。(ii)在舒适区,大约75%的人会满意的周边环境和感觉舒适的在整个一天。(3)人暴露于强烈的热应力和在夏天将大部分的白天会感到不舒服。(iv)预计热疲劳,长时间暴露于阳光和活动。白天(v),人类应该安排他们的活动根据的最高容许值WBGT避免热冲击。

1。介绍

人体热舒适的定义是一个条件,周边环境表示满意。高温和湿度产生不适的感觉,有时热应力(即。降温,减少身体的能力本身)。此外,不适和热应力降低生产力的工人和可能导致更严重的健康问题,尤其是对年龄的人。在炎热的夏天季节干旱地区,室外空气温度过高,由于太阳辐射强度和较低的相对湿度。因此,预计不适感觉和热应力。因此,人应该照顾在炎热的夏天外出时保护他们的健康不受高温和/或中暑。

自1950年代以来,人类(即在室内热舒适条件。,in residential, industrial, commercial, and institutional buildings) and outdoor conditions have been discussed exhaustively in several reports, for example, [1- - - - - -15]。这些研究关注全球的热舒适和/或热应力区域干旱地区。不同尺度对热舒适和热应力的形式建立了数值或图形的关系。在这些鳞片,温湿度指数(THI)和湿bulb-globe温度指数(WBGT)用于热应力很久以前的事了。最近,生理有效温度(PET)和通用热气候指数(UTCI)用于热舒适和热应力;都是在温标。宠物是一个热指数,给出了一个估计的热感觉和相应的热应力水平。慕尼黑宠物是基于能量平衡模型对个人(MEMI),和一个两节点模型;不受制于稳态方法,宠物既适用于室内和室外环境研究(14]。几个优点使用宠物的报道(14]包括以下(我)这是一个普遍的指数,无论服装(克罗值)和代谢活动(值),(2)它给真正的人类的感觉气候的影响,(3)以°C,所以可以很容易地与共同的经验,及(iv)是有用的在炎热和寒冷气候,因此它可以成功应用在干旱环境(高温、低相对湿度)。宠物可以通过雷曼计算软件,这是免费的。雷曼模型避免并发症的两节点模型,简单的输入,即空气干球温度()、相对湿度(RH),风速()和平均辐射温度()或全球太阳辐射通量()[16]。雷曼模型是有效的热,阳光明媚的气候的值超过60°C在中午。范围的宠物°C为不同等级的热感觉人类是报道(17]。

另一个开发(即规模。,the universal thermal climatic index (UTCI)) as an equivalent temperature for a given combination of wind, radiation, humidity, and air dry bulb temperature. The associated assessment scale for the UTCI was developed from the simulated physiological responses and comprises 10 categories that range from extreme cold stress to very strong cold stress, strong cold stress, moderate cold stress, slight cold stress, no thermal stress, moderate heat stress, strong heat stress, very strong heat stress, and extreme heat stress [18]。UTCI可以计算通过使用UTCI计算器,其作者做了免费的(19]。这个计算器的输入参数是空气干球温度()、相对湿度(RH)和温度的差异)。

之前的研究进行的调查发现,大多数的研究集中在对人类占用室内或室外环境条件评价人体热舒适和热应力在全世界不同地区的潜力。然而,舒适干燥气候条件(例如,在阿拉伯半岛)从未被评估。因此,热应力和人体热舒适评价在城市在干旱的环境下,如在阿拉伯半岛,是迫切需要的。本研究旨在评估人类感觉和热应力水平在炎热的夏天,(i)描述的意思是感觉的人在户外干旱环境和(2)评估风险的水平由于热应力的潜力。一整天(日间和夜间)被认为是(2012年5月8日至9日,);那一天表示,在某种程度上,夏季的天气条件。几个指标(即。,THI, WBGT, PET, and UTCI) were evaluated to examine the applicability of using these scales in the arid environment.

2。理论背景

影响人体热舒适性的因素可分为如下。

(我)环境因素如空气的干球温度和相对湿度(和RH),气流速度(),和周围环境的平均辐射温度()。后者的定义是,均匀温度的一个虚构的黑色外壳一个人有相同的辐射交换与实际环境。的价值(°C)可以通过测量计算(°C)和全球温度(°C)和使用报告的关系(6,7] 在哪里全球的发射率是黑色的(例如,),斯蒂芬玻尔兹曼常数,(°)之间的对流传热系数是黑色的地球表面和周围的空气。这个系数可以估计(6,15), 在哪里地球的直径黑色传感器(0.15米)。在目前的研究自由对流被认为是由于风速较低(< 0.5年代⁻¹实验期间)。

(2)生理因素,如身体代谢热生成率(在见面的时候,Wm⁻²),这取决于不同的因素,如个人活动,性别,年龄,国籍,和类型的衣服。因此,这些因素是个体之间的不同。因此,许多统计研究已经进行大量的所有年龄段的人,性别,民族,和活动检查人体对环境的反应条件和到达人体热舒适性的定量描述。热天平对人类意味着感觉环境是基于人体能量平衡在舒适的条件下,产生的能量中,一个人的身体()应该等于能源所需的外部机械功(率)+能量释放的速度从人体通过呼吸、蒸发、对流和辐射。热效率(人类个体的身体,作为一个引擎(,估计平均≤20% (8]。因此,一个人应该失去热量的速度()为了舒适。

从身体的服装表面热损失对环境辐射,对流,由于出汗蒸发,皮肤扩散,呼吸道蒸发热量,和呼吸对流热损失。人类在户外或室内暴露在热负荷,主要取决于衣服的表面温度之间的差异()°C和平均辐射温度()(1)。的价值受到身体和周围的环境,和直接测量是不可能的。因此,价值通常是使用以下方程迭代计算(4,9]: 在哪里是整个服装的绝缘电阻(例如,°C m²W⁻¹户外的衣服)。衣服的身体面积的比值是裸体区(平均),是服装表面之间的对流系数和周围的空气(Wm吗⁻² C⁻¹),是由(4,7,8] 在夏天的干旱地区,人体热舒适可能不会实现白天大部分时间。在这种情况下,高的肢体以及requries普遍热应力指标用于评价人体热感觉和热应力的水平。合适的热应力指数是宠物和UTCI。这些尺度可以计算通过使用雷曼软件和UTCI计算器(免费提供他们的作者)。

然而,除了软件的可用性有两种热应力指标可以计算(即只需使用两个简单的关系。、温湿度指数(THI)和湿bulb-globe温度(WBGT))。这些尺度已经成功地用于很久以前的事了。这个学位°C是由(20.,21] 在这°C和RH %。

风险对应于给定的热应力水平的分类根据THI价值观和报告(21)如下:°C(安全);27°C°C(热疲劳是可能的长期接触和活动);32°C°C(中暑,中暑是可能与长期接触和活动);41°C°C(中暑和热痉挛是可能的)°C(中暑,中暑和热混乱,或谵妄是可能的)。

WBGT (°C)是一种热应力指数对人体的热环境。这是一个干球温度、气流速度和相对湿度的空气和辐射(20.]。WBGT可以计算使用iso - 7234标准提出的相关的户外条件(太阳辐射)的存在,是由20.] 在哪里(°C)是自然湿球温度(即。,commonly measured with a thermometer that is covered with a moist, white muslin wick and exposed to the atmosphere without ventilation or shading) and(°C)是全球温度(即。,commonly measured with a temperature probe placed in the center of a blackened, hollow copper sphere). Both和是被动地暴露于周围的环境,而干球温度()通常是由气吸式湿度计测量。

3所示。实验测量

实验在户外进行农业研究和实验,农业工程系,沙特国王大学(利雅得的中部地区,沙特阿拉伯,46°47′E 24°39′N经度和纬度)。一个实验是在同一位置进行测量环境参数用于其它目的;从4月29日到7月15日,2010年。最大、最小和平均值的空气干球温度(图中所示1。在这个图中,均值和最大和最小值之间的偏差很小,然后选择一天在目前的实验条件是可以接受的代表夏天的季节。因此,目前的实验是在一个完整的一天(一天和夜间)在夏季(2012年5月8日至9日,)测量所需的环境参数用于计算,THI WBGT,宠物,UTCI。测量数据是每10秒,平均和记录每一分钟在数据记录器(CR-23X式微),然后平均在每一个小时。测量参数如下。(我)干和湿球的温度(和)使用气吸式湿度计。干湿表有两个类型t的热电偶(直径0.3毫米的铜康铜)。干湿表校准,和误差≤1.2%°C的干球温度高达100°C。(2)全球温度()使用黑色球形测温探头(BST131)有一个球形的直径0.15米,20分钟的时间响应,表面反射率≤2%,工作温度范围的−50°C - 80°C和测量误差°C的干球温度高达80°C。(3)自然湿球温度()使用铜-康铜热电偶类型t的直径0.3毫米,其结满是潮湿的,白色棉布灯芯,继续暴露在环境中。RH (5)被替换的测量值计算和在湿度关系报告(22]。每日平均的空气速度()估计基于可用的计量数据在0.5年代⁻¹。

4所示。结果与讨论

在夏天是很重要的评价热应力和人体热舒适,避免风险,可能发生在户外在干旱地区。图2说明了时间测量的气象参数(例如,,、RH和)。在这个图中,由于密集的太阳辐射通量()、空气的干球温度()达到40°C,全球温度(在中午左右)超过50°C,相对湿度(RH)低于30%。在夜间,的值低于由于地球表面的冷却的影响(即。,发射到天空)。

不适和热应力的主要来源是热负荷之间的交流人员和周围环境通过辐射和对流模式。辐射交流依赖于差异,平均辐射温度之间的4次方()和服装表面温度(),对流交换取决于之间的区别和干球温度()的空气。课程的时间和预测使用(1)和(3)和说明在图3。这个数字表明,在白天,远高于除了短期在日出日落。因此,人类的身体总是经历积极的散热负荷(即。,他们有一个净热量增益)。在夜间,相对低于造成负辐射热负荷(从身体释放出来)。另一方面,相对比在白天,造成负面的对流热从身体释放出来。然而,在夜间对流交换是次要的。辐射的热负荷有显性效应,因为温差()远高于()。此外,人的活动显示无显著的变化对服装表面温度的影响。

图4说明了时间的简单指数(THI)和计算在那一天(2012年5月8日至9日,)。尽管空气温度级别()高,可能达到约40°C中午,这从热应力指数表明,人是安全风险在中午之前(11:30)和在夜间。这是因为相对湿度(RH)低(见图2)和结合和RH (1)生产对人类安全的条件。预计从11:30到日落,热应力与活动。然而,这个指数只提供一个热应力的期望作为一个整体,没有细节显示不同级别的风险在此期间(从11:30到日落)。

图5说明了WBGT指数的时间进程在整个一天在户外。根据预测值的WBGT在此图中,几种类型的活动可以安全地在夏季,因为这个地区的高温分配较低的相对湿度。然而,活动的程度(轻、中、重)和作息时间应该根据容许值分布与白天的热应力的WBGT避免风险和不适的感觉。分类的不同级别的活动,可以做和相应的最高容许值的WBGT报道(7,23,24]。一个人遵循这些指令将在夏天在户外安全。

图6显示时间的宠物指示人的意思是感觉和相应的热应力水平以及测量的日子。一个人会感到很热在一天中大部分(下午9:30 am-5:00)。在早上和晚上,感觉是分布在图稍微温暖,温暖,热。宠物是一种通用指标,无论服装和活动水平。然而,增加活动将提供更多的舒适感觉的水平由于出汗和呼吸率的增加。

通用热气候指数的时间进程(UTCI)如图7;这个指数估计使用UTCI计算器。基于UTCI值图7,热感觉的分布和相应的热应力几乎是类似于图6。因此,宠物和UTCI指数可成功地用于干旱的环境。

除了宠物,雷曼软件还包括预测的输出意味着投票规模(PMV)。因此,对应值的预测不满意百分比(产后抑郁症)可以计算使用著名的指数关系报告(4]。一般来说,对于不同级别的活动(),的PMV值对产后抑郁症的值在图绘制8。这个数字显示,即使在舒适区,说明在图中,大约25%的人会不满意,不喜欢环境,其中约75%将周围的环境感到舒适和满意。

5。结论

评价人体热舒适和热应力在夏季的一天(2012年5月)在干旱的气候条件下。户外研究城市环境被选中。本研究的主要结论可以总结如下。(我)在炎热的阳光明媚的夏日,个人在户外环境中会感到非常热,不舒服白天的大部分时间里,尤其是在中午。预计热应力在白天的大部分时间;然而,活动可以做没有风险,从热应力和人是安全的,如果他们计划他们的活动根据WBGT指数的容许值。(2)预计在一天的大部分时间里,热疲劳,长时间暴露于太阳辐射和活动。(3)宠物和UTCI尺度可成功地用于干旱的环境评估热感觉和热应力及其结果几乎是相似的。

承认

这项工作是支持的财务可持续能源技术(套),科研院长职,沙特国王大学。短道研究项目。是SP12 / A1/007。