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1、第九讲人与环境的界面设计,9.1人体对环境的适应程度,在人机环境系统中，对系统产生影响的一般环境主要有：热环境、照明、振动、粉尘以及有毒物质等。随着人类生产活动领域的扩大，影响系统的还有失重、超重、异常气压、加速度、电离辐射以及非电离辐射等特殊环境因素。根据作业环境对人体的影响和人体对环境的适应程度，可把人的作业环境分为四个区域，即：（1）最舒适区（2）舒适区（3）不舒适区（4）不能忍受区,图9-1决定舒适程度的环境因素范围,9.2人与热环境9.2.1 影响热环境的要素,1.气温作业环境中的气温除取决于大气温度外，还受太阳辐射和作业场所的热源（如各种冶炼炉、化学反应锅、被加热的物体、机器运转发
2、热和人体散热等）影响。2.气湿作业环境的气湿以空气相对湿度表示。相对湿度在80%以上称为高气湿，低于30%称为低气湿。,3.气流作业环境中的气流除受外界风力的影响外，主要与作业场所中的热源有关。室内外温差愈大，产生的气流愈大。4.热辐射正辐射（使人体受热），负辐射（使人体散热）。,9.2.2 人体的热平衡,人体所受热源：（1）机体代谢产热；（2）外界作用的环境热量机体与周围环境的热交换：MCR-E-W=S,S=0 人体处于动态热平衡状态 S0 产热多于散热，人体体温升高S0 散热多于产热，人体体温下降,M为代谢产热量；C为人体与周围环境通过对流交换的热量；R为人体与周围环境通过辐射交换的热量；
3、E为人体通过皮肤表面汗液蒸发的热量；W为人体对外做功所消耗的热量；S为人体的蓄热状态。,9.2.3热环境对人体的影响,1.热舒适环境（人在心理状态上感到满意的热环境）影响热舒适环境的主要因素如下：1）环境因素：空气的干球温度、水蒸气分压力、气流速度、室内物体和壁面辐射温度 2）人的因素：人的新陈代谢、服装,图9-3常用的温湿图和舒适区,有效温度ET、新有效温度ET*,2.过冷、过热环境对人体的影响 1）低温冻伤温度为58时，人体出现冻伤一般需要几天时间；而在-73时，暴露时间只需12s即可产生冻伤。2）低温的全身性影响人在低温环境中暴露时间较长，深部体温便会逐渐降低，出现一系列的低温症状。降至
4、34以下时，产生健忘、呐吃和定向障碍；降至30时，全身剧痛、意识模糊；降至27以下时，随意运动丧失，瞳孔反射、深部腱反射和皮肤反射全部消失，人濒临死亡。3）高温烫伤皮肤温度达4144时即会感到灼痛，若高温继续上升，则皮肤基础组织会受到伤害。4）全身性高温反映人体局部温度高达38便会感到不舒适，人在体力劳动主诉可耐受的深部体温为38.538.8，高温极端不舒适反应的深部体温临界值为39.139.4。,9.2.4热环境对工作的影响,1.热环境对脑力劳动的影响 表现在效率和相对差错次数两方面。,图9-4气温对效率和相对差错的影响,2.热环境对体力劳动的影响 表现在操作效率和事故发生率两方面。,图9-
5、5气温对生产率和事故发生率的影响,9.2.5热环境的主观评价标准,1.主观评价：人对热环境的主观感觉是评价热环境的主要依据之一，参阅表9-1，表9-2 2.耐受标准，见图9-6 3.安全标准，见图9-7 4.工作效率不受影响的湿度范围，见图9-8 5.工业生产热环境标准，参阅表9-3，表9-4,9.3人与光环境9.3.1良好光环境的作用,天然采光：利用自然界的天然光源形成作业场所的光环境。人工照明：利用人工制造的光源构成作业场所的光环境。1.光源对生产率的影响 良好的光环境是通过改善人的视觉条件（照明生理因素）和改善人的视觉环境（照明心理因素）来提高劳动生产率，见图9-9。2.光环境对安全的影
6、响 良好的光环境对降低事故发生率和保护工作人员的视力和安全有明显的效果，见图9-10。,9.3.2对光环境的要求,照明按目的大致可分为以功能为主的明视照明和以舒适性为主的气氛照明。1.设计的基本原则 1)合理的照度平均水平 2)光线的方向和扩散要合理 3)不让光线直接照射眼睛 4)光源光色要合理 5)让照明和色相协调 6)不能忽视经济条件的制约，见图9-11 2.天然光照度和采光系数C，参见表9-5，表9-6 C=En/Ew100%En为室内某一点的照度；Ew为与En同一时刻的室外照度。,3.照明的照度与照度分布，参阅表9-7 照度表明被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面
7、积dA，入射的光通di，照度E=di/dA4.亮度分布，参阅表9-8，表9-9，图9-12，5.光的方向性和扩散性6.光源色和显色性 1）色温，当热辐射光源的光谱与加热到温度为Tc的黑体发出的光谱分布相似时，将该温度Tc称为该光源的色温，见表9-10，表9-11，图9-13。2）显色性，参阅表9-12，表9-13,9.3.3色彩环境,1.色彩的感情效果，参阅表9-14，见图9-14,表9-14色彩的感情效果,2.环境色彩的选择，参阅表9-15 机械设备本体的颜色：色调用5G5B，明度V=56，彩度C=3左右，或用无彩色N67。但大型设备如果也用V=56，会使房间显得暗淡，故可用V=8。但需要把
8、机械的工作部分与本体分开时，工作部分可用7.5YR8/4。一般工作面明度选V=7.58，壁面明度选V=8，尽量避免高彩度，壁面C3。工作温度较高的（朝南屋），墙壁选有寒冷感的，如2.5G；较低的（朝北屋）选有暖感的，如2.5Y。高温工作间用5BG5B。面积较大而天花板较低的车间，白色会产生压抑感，改用天青色较好。最不易使人眼疲劳的颜色是7.5GY8/2，最适用于办公室。,表9-15环境色彩设计举例,9.3.4光环境的综合评价,1.评价方法，见表9-16 2.评分系统 3.项目评分及光环境指数 项目评分计算式 总的光环境指数计算式 4.评价结果与质量等级,9.4人与声环境9.4.1 噪声对人的影
9、响,1.噪声对工作的影响，见图9-15 当噪声达到70dB时，会对工作产生各方面的影响，所以对于需要高度集中精力的工作场所均以50dB的稳定噪声级作为其上限。2.噪声对听觉的影响，见图9-16 会产生暂时性听力下降；听力疲劳；持久性听力损失；暴震性耳聋。3.噪声对机体的其他影响，见图9-17 噪声达90dB以上，对神经系统、心血管系统等有明显的影响。,9.4.2影响噪声对机体作用的因素,1.噪声强度（越强）；2.接触时间（越长）；3.噪声的频谱（高频，窄频带）；4.噪声类型和接触方式（脉冲噪声和持续接触）；5.个体差异；,9.4.3噪声评价标准,1.国外听力保护噪声标准，参阅表9-18；2.工
10、业噪声卫生标准，参阅表9-19；3.环境噪声标准，参阅表9-20。,9.5人与振动环境9.5.1 人体的振动特性，见图9-18,外部刺激使人体产生内部响应。对人体产生三种作用力：惯性力（质量）；粘性阻尼力（阻尼）；弹性力（刚度）。人是一个多自由度的振动系统，其中：第一共振峰：48Hz，对胸腔影响最大；第二共振缝：1012Hz，对腹腔影响最大；第三共振缝：2025Hz，频率再增高，在人体内传递逐步衰减，对生理效应的影响相应减少。显然，对人体影响最大的是低频区。,9.5.2影响振动对机体的作用因素,1.振动频率2.作用方向 3.振动强度以加速度度量振动强度最为广泛4.作用方式 5.振动波形 6.暴
11、露时间,图9-19振动对人体的影响因素,9.5.3 振动对人体的影响，见图9-209.5.4 振动对工作能力的影响，见图9-219.5.5 振动的评价 1.全身承受振动的评价标准（1）健康与安全的界限（EL）（2）疲劳降低工作效率界限（FDP），见图9-22（3）舒适降低界限（RCB）EL=2FDP（两者相差6dB）RCBFDP/3.15（两者相差10dB）2.局部振动评价标准，见图9-23，图9-24，参阅表9-21,9.6人与毒物环境9.6.1 有毒气体和蒸汽9.6.2 工业粉尘和烟雾9.6.3 有毒环境的卫生标准,气温,数 据/%,主观感觉,表9-1在不同气温下工厂工人的主观感受,返回,
12、表9-2热环境对人体舒适感影响的主观评价,返回,图9-6人对高温和低温的主诉可耐时间,返回,图9-7温度的安全限度,返回,图9-8工作效率不受影响的允许温度和温度范围（a）允许温度（b）温度范围,返回,表9-3工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准,返回,返回,表9-4高温作业允许持续接触热时间限值,图9-9良好光环境的作用,返回,图9-10照明与事故发生率的关系,返回,图9-11良好照明的特性因素,返回,表9-5生产车间工作面上的采光系数最低值,返回,返回,表9-6必要的最低照度设计用的天空照度值,表9-7生产车间工作面上的最低照度值,返回,表9-8亮度对比最大值,表9-9室内反射率的推荐值,
13、返回,图9-12室内各表面的反射系数和相对照度,返回,表9-10各种光源的色温度,表9-11对照度和色温的一般感觉,返回,返回,图9-13照度水平与色温舒适感关系,表9-12各种光源的显色指数,表9-13光源的显色性分组,返回,图9-14环境色彩对气氛的影响程度,返回,表9-16评价项目及可能状态的问卷形式（后有续）,表9-16评价项目及可能状态的问卷形式（续表）,返回,图9-15噪声对语言信息传递的影响,返回,返回,图9-16噪声性耳聋的进展形式,返回,图9-17四个噪声品级所造成的影响,第一级：L=30dB(A)65dB(B)，心理影响第二级：L=6590dB(B)，较前者加重植物神经方面
14、的影响。第三级：L=90120dB(B)，较前者造成听觉机构不可恢复性的损失。第四级：L120dB(B)，较前者造成内耳永久性的损伤；若L140dB(B)，可能形成严重的脑损伤。,表9-18国外听力保护噪声允许标准（A声级）,表9-19我国工业企业的噪声允许标准,返回,表9-20 ISO公布的各类环境噪声标准,返回,图9-18人体对振动的敏感范围,返回,图9-20振动的阈值,返回,图9-21振动对操作能力的影响,返回,图9-22全身振动允许界限,返回,图9-23局部振动的方向,返回,表9-21校正系数,返回,图9-24倍频程中心频率/Hz,返回,干球温度（dry bulb temperatur
15、e）是从暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读取的数值。干球温度计温度是温度计自由地被暴露在空气中所测量的温度，同时它应避免辐射和湿气的干扰。干球温度计温度通常被视作所测量空气的实际温度，即我们一般天气预报里常说的气温。,干湿球温度表是同时测定空气温度和湿度的一对规格相同，装置在小百叶箱中的温度表。一支用来测定气温，称“干球温度表”；另一支球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。杯口距球部3cm，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用，称“湿球温度表”。湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得出。,返回,湿空气中，水蒸气单独占有湿空气的容积，并具有与湿空气相同的温度时，所产生的压力，称为水蒸气的分压力，一般常温下大气压中水蒸气分压力所占比例很低，寒冷地区比湿热地区低，冬季比夏季低，但昼夜相差不大。水蒸气分压力随海拔高度的增加而下降，其下降比例比空气压力的比例大。一定温度的空气的水蒸气含量达到饱和时的水蒸气分压力称为该温度的饱和水蒸气分压力。在某一温度下，湿空气的水蒸气分压力与同一温度下的饱和水蒸气分压力的比值为相对湿度。表示湿空气中水蒸气接近饱和的程度。空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高。,返回,
