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1、第8章 作业环境及其对工作效率的影响作业环境直接影响人机系统的效率和操作者的身心健康与安全，是人机工程学的重要研究方面。作业环境涉及到的内容比较多，本章主要讨论温度、噪音、照明和振动等环境条件对人的工作效率和健康的影响以及对这些环境条件的改善。8.1温度温度是评价作业环境气候条件的主要指标。温度与气压、空气电离度以及空气污染等指标都是构成环境的重要方面。它们对人的健康、舒适和工作绩效都有很大的影响。8.1.1热交换过程对于变化无常的气候条件，人类主要是通过改变自身的生活条件来适应，如建造房屋，穿着合适的衣服，使用空调等。同时，人类自身也具有适应气候条件的生理调节机制。人体的这套机制是一套尽力保
2、持体内温度相对稳定的复杂的热调节系统。热调节系统主要是由下丘脑控制。热感觉神经遍布在皮肤、肌肉和胃等全身各部位。下丘脑中含有对动脉血压变化敏感的神经元，并从各种感觉神经收集信息并调节身体产热和散热。调节的机制主要是收缩或扩张机体深处和体表的血管、出汗和发抖。通常我们可以认为身体是由核心和体表组成。体表是身体中皮肤表面以下的部分，而核心当然是指身体的重要器官（心、肺、腹部器官和脑）。热调节系统保持的是内核温度。通常状态下，核心和皮肤温度差大约在4左右，但在严酷的气候下，这种差别可能大至20。人体通过新陈代谢过程将化学能转化为热能和机械能。在大多数环境中人体所产生的热量比我们的内核所需的热量要多。
3、因此，从新陈代谢来的能量大约有70转变成热量散发掉了，只有大约25变成机械能。事实上在舒适的气候条件下这些热量也必须消散掉，否则它将不断聚集在体内，最终会使人因过热而死去。而在寒冷环境下，为了维持稳定的体温，人体尽力限制热量散发到环境中去。1热交换方式 身体与环境间热交换方式有四种：传导：通过直接接触固体，液体来传递热量，其中包括空气的热转移。当大气温度低于人体时，人所接触的衣服、物体都会传导出一部分热量。但是，由于人体表面和皮下组织以及衣服都是热的非良导体，因此，通过传导所散的热量极少。对流：通过气体或液体来交换热量的一种传热方式。人体周围总围绕着一层空气，空气是对流的介质，人体将热量传给空
4、气，空气流动便将热量带走。以空气为介质的对流所散发的热量的快慢，受风速和人体与介质之间温度差的影响。辐射： 通过物体间电磁辐射而转移热能。人体表面能够辐射出波长较长的红外线，通过空气层周围较冷的物体所吸收。这种由人体向物体辐射热量的过程叫做“负辐射”，负辐射使人体散热。散热量和散热速度都与人体辐射面积和人体与物体之间的温差有关。若物体温度高于人体温度时，物体的热量便反过来向人体辐射，这时人体受热，叫做“正辐射”。人体对正辐射比较敏感，而对负辐射则感觉迟钝。因此，人在寒冷季节会不知不觉地丧失热量而导致感冒。蒸发：物体形态转变过程中需要从人体吸收热量，例如从汗水转变为水蒸气。它可分为不感蒸发和发汗
5、两种。不感蒸发是指体液中水分直接透出皮肤和粘膜（主要是呼吸道粘膜）表面，并在未聚成明显水滴前就蒸发掉的一种散热形式。不感蒸发是在蒸发表面弥漫性地持续进行的。汗液是汗腺的分泌物。发汗是在人体表面上出现明显汗滴的一种散热形式，又叫“可感蒸发”。当气温等于或超过皮肤温度时，辐射、对流、传导等散热方式已趋失效，机体要维持热平衡，蒸发便成为唯一的散热途径。每克汗液在皮肤表面蒸发时，可带走0.58千卡的热量。2热交换方程式身体的热交换过程可用公式来表示如下：其中 体内热能含量（存储）的变化量 M新陈代谢的热量 W劳动消耗的热量 R辐射交换的热量 C对流交换的热量 E蒸发的热量损失新陈代谢是正的，因为该过程
6、产生热能。蒸发总是负的，因为该过程总是损失热能。图8-1气温和墙面温度组合中蒸发、辐射和传导散热的百分比假如身体处于热平衡状态，将是零。在不平衡时，身体温度会升高（0）或降低（0）。当不平衡程度极大时，可导致死亡。 3影响热交换的环境因素以下四个环境因素对热交换过程有很大的影响：空气温度、湿度、空气流动和周围物体的表面温度（墙、天花板、火炉等等，有时这些温度面称作壁面温度）。这些因素的相互作用是相当复杂的。在高气温和高壁面温度条件下，对流和辐射引起的热损失会减小到最低，因此会导致身体热能增加。在这种情况下，所剩的唯一散热手段是蒸发。但如果湿度也很高，蒸发散热也将减到最低，导致体温升高。图8-1
7、列出了对气温和墙面温度的五种组合中的蒸发、辐射和传导散热的构成百分比。它说明了这样一个事实：在气温和壁面温度较高时，传导和辐射不能散发多少体热。散热主要靠蒸发过程，而蒸发散热是受湿度限制的。4衣着对热交换的影响衣着对热交换过程具有重要影响。当天冷时，衣服具有绝热效果可以减少热量的损失。天热时，衣服阻碍散热，这影响了热交换过程。不利于保持身体的正常温度。大部分材料的热阻值是其厚度的直接线性函数。材料本身（不管是羊毛的、棉的，还是尼龙的对绝热性能的影响很小。这是因为在编织线和纤维之间有一定的空气，它起着绝热的作用。假如材料是实心的或浸湿的，就会因为失去束缚的空气而大大降低其绝热性能。测量衣服绝热性
8、能的单位是克劳(clo)。在一间通风正常、气温为21以及湿度为50的房子里, 使一个坐着休息的被试者保持舒适状态的衣服绝热能力，称为一单位克劳。因为有代表性的裸体被试者在大约30时是感到舒适的，若低于此温度时就需要穿上衣服。一个单位克劳大约有补偿温度下降9所要求的绝热量。衣服厚度绝热的代表值大约为1.57clo/cm。另一个影响热交换的因素是衣料对湿气的渗透性。正是这种渗透性使得蒸发性的热传递能通过织物。织物的克劳值越大，它的渗透度越低。渗透度指标（im）是无量纲的。总渗透度从0.0到1.0。1.0表示湿气可以顺利穿过衣物。0.0表示湿气不能穿过衣物。数值越小表示阻止湿气渗透的能力越强。在不流
9、动的空气中，大部分衣服材料的im值小于0.5。经过防护处理的以及织的很紧的织物能显著减小im的值。在热环境中，热量的蒸发对维持热平衡至关重要。阻碍热量蒸发这一过程会导致热量蓄积。例如在冷环境中，假如汗液的蒸发受阻，衣服会渐渐被汗水渗透，因此减少它的绝热能力。8.1.2环境温度的测量构成热环境测量的五种基本指标是：空气温度或干球温度（DB）：避开辐射热源，用一个玻璃温度计测量到的温度；空气的相对湿度，是空气中的水蒸气量相对于同样温度下空气所能容纳的最大水蒸气量的一个测量值。相对湿度用湿度计测量；湿球温度，是用一只有湿灯芯的，放在传感元件上并保持空气流动的温度计而测量到的温度。测量是用一只湿灯芯覆
10、盖的、末端可以摆动的温度计来测量的。自然湿球温度跟这相似，只是不用摆动温度计。温度计必须避开辐射热源，且不能阻碍自然风流动；平均辐射温度，通常称作球体温度，是用放在黑色的铜球中央的温度计测量的，黑色球体吸收辐射热能，内部空气温度指明其吸收热能的多少；空气速度，用风速计测量的。为了反映温度、湿度和空气流动综合对人体舒适程度的影响，常采用以下指标。图8-2 有效温度常规有效温度（ET）表示人在不同的气温、湿度和气流速度的作用下产生的主观冷暖感受指标。它仅仅用温度来度量这一主观感受。不同的空气温度、湿度和气流速度的组合可产生相同的冷暖感受。例如，21ET表征的是以21温度和100湿度相组合的温度感觉
11、。同样的温度感觉也能由其他温度和湿度（如27和10）组合产生。此指标使用比较方便，缺点是在一般温度条件下过高估计了冷和中性条件下的影响，忽视了暖和条件的影响，而在高温情况下又低估了风速、高湿度的不利作用。新的有效温度（ET*），常规有效温度ET只考虑了气温、湿度和气流速度，而没有考虑热辐射，因此对于高辐射的环境不大适用。1981年，美国采暖，制冷和空气调节工程师协会（ASHRAE）提出了新的有效温度。它是由一个基于环境变量对身体生理调节影响的公式得到的。对于相应的条件，新的ET值总是在数值上大于常规的ET值。 如图8-2所示。牛津指标（WD）或湿干指标是湿球温度和干球温度的简单加权和，即 WD
12、=0.85WB+0.15DB 。牛津指标在指示具有相似的忍耐限度下的等效气候条件方面作用突出。湿球黑球温度（WBGT）是自然湿球温度（NWB），球体温度（GT）和干球球体温度（DB）的加权平均。对于室内，夜间或阴天，公式为WBGT=0.7NWB+0.3GT。对于室外，太阳是产热的主要因素，公式为WBGT=0.7NWB+0.2GT+0.1DB。它的一个特征是不用直接测量气流速度，其值已反映在自然湿球球体温度上了。WBGT指标较常用，因为它确实考虑了上面所谈到的变量的组合。但WBGT不可能足量地补偿空气流速的影响。在WBGT相同，但辐射热、湿度和空气流速不同时，人类的生理反应不同。当湿度很高，空气
13、流速很低时，使用WBGT测量效果最差，它低估了情况的严重性。Botsball（BB）指标是使用一种专用温度计，产生将空气温度、湿度、风速和辐射的作用相结合的单一指标。公式为BB=WBGT3o，对于中等水平的湿度和辐射来讲，温度的测量很精确。但在极端情况下，公式将偏差几度。BB指标是实用简单的工具，工人可以掌握使用。不过，也有一些操作上的限制。以上的混合指标是按温度（摄氏度）表示的，不能按传统的干球温度解释，因为它们也考虑了其他变量，像湿度，空气流动等。8.1.3热舒适与感觉热舒适有着显著的个体差异，一方面是新陈代谢水平不同；另一方面，所进行的工作，所穿的服装，甚至一年中的季节都能影响舒适感。风
14、俗，习惯和传统也可能影响舒适温度。这可能可以解释新加坡的舒适室温比美国高，美国又比英国高的事实。1气流对热舒适的影响这里的气流是指由一阵空气运动引起的风。它可以使人体局部受凉，所以人们不希望它出现。人们对头顶（即头，颈肩和背部）的空气流动最敏感。短头发的人比长头发人对气流的感受更迟钝。2低湿度对热舒适的影响低湿度能引起鼻腔、喉咙和皮肤干燥，嘴唇干裂，对气味也更敏感。当相对湿度小于或等于30时，戴和不戴隐性眼镜的人都会感到由低湿度带来的对眼睛的刺激，并且四小时以后这种刺激更加显著。8.1.4高温在高温情况下，身体吸收或产生的热量比散发的热量更多。这会导致身体核心温度上升，出现疾病，甚至死亡。在农
15、业，建筑业，矿业和钢铁工业中，因为热病而发生事故比例最高。热病也能发生在温和的气候中。甚至在寒冷的气候下，穿不透水的安全服干重体力活的时候也能发生。消防队员和处理有害废物的工人就是例子。1高温对生理的影响高温的一个最直接的影响是使身体核心温度升高，每升高1，新陈代谢增加10，称为Q10效应。增加的新陈代谢产生更多需要散发的热量，如不能及时散发，身体核心温度将继续升高，导致新陈代谢和产热进一步增加。这就形成了恶性循环，严重者将导致死亡。(1)心血管反应心血管系统对高温有两种基本反应，一种是皮肤的血管扩张，使供给体内热量的血液流向皮肤，升高皮肤温度。在舒适的环境中，皮肤的血液流量只占心脏输出量的5
16、，特别热时会增加到20或更多。另一种基本反应是心率增加，心脏输出量能够增加5075。增加的血液输出流向皮肤散热，散热的需要使皮肤和工作肌肉争夺血液，可能使输向工作肌肉的氧气不足，而导致乳酸积累，肌肉酸痛出现疲劳。在热环境中从体力劳动中恢复也要更长的时间，因为血液既要散热又要带走乳酸。(2)出汗当传导和辐射散热不能维持热平衡时，身体对高温的第二道防线是增加排汗。蒸发汗水可以散热，但汗水滴掉而不是蒸发掉时不会起散热作用，只是失去废水。处于强高温中的工人每天能损失67升汗水。汗腺会出现疲劳，长期处于热环境中即使失去的水分由等量的饮水来补充，出汗速率也会逐渐减小。这似乎与皮肤潮湿有关，因为假如按固定时
17、间间隔用毛巾将皮肤擦干，出汗速率会增加。如果不喝水补充，过量的排汗会引起缺水或脱水。脱水会影响体温调节，引起身体核心温度升高，导致肌肉痉挛，减小体力劳动的持续性。脱水的人不一定会感到口渴，因此建议工作于高温环境中的人每1520分钟喝水（1015）150200ml。汗水中含有盐分。出汗会损失一定的盐分。在工业化国家中普遍的做法是在一般工人的饮食中添加相对较多的盐分，这样既不需要也不鼓励额外补充盐分。盐药片会刺激胃，食盐太多会提高高血压的患病率。(3)热病长期高温或极高的温度会引起几种机体功能紊乱，最严重的是中暑，它会导致死亡。热疹，俗称痱子，皮肤上出现小红点，水泡状的肿块，是由汗腺阻塞，汗水积留
18、发炎引起的，遇热时有刺痛的感觉；热痉挛，工作中或工作几小时以后出现肌肉痉挛（大多在手臂，大腿和腹部），与盐分摄取不足和大量出汗有关；热衰竭，特征是肌肉无力，恶心，呕吐，头昏。主要是由脱水引起的，更可能发生在热致水土不服和身体状态不好的人身上；中暑，由于体温过高，温度调节机制失效引起的急性疾病。特征是恶心，头痛，脑功能紊乱，突然失去知觉等。最典型的起因是汗腺疲劳和不出汗。2个体差异与高温导致人们对高温的忍耐度存在个体差异的因素有： 身体健康状况。身体越健康，对工作热环境的忍耐度越大。身体健康的人能完成一定水平的体力工作，产生的热量及发生中暑的机会比身体虚弱的人少。这部分是因为健康人输送氧气给工作
19、肌肉的能力更强，能把更多的血液送往皮肤去散热，而不用减少对肌肉氧气的供给。 老龄化。老龄化导致汗腺反应更加迟钝，体内总水分更少。这使体温调节的效率减小。例如，金矿工人中，40岁以上的男性比25岁以下的男性中暑的可能性高10倍。 性别。在高温情况下，妇女一般表现出发热速率增加更多。最大出汗速率更低，皮肤温度更高，湿热严重， 身体核心温度更高。她们受脱水的影响更严重，女性对热的适应能力比男性差。主要原因是男女健康程度不同。身体健康的女性对高温的反应类似与同样健康的男性，但往往女性的健康程度比男性差。 脂肪。大量的脂肪会给工作于热环境中的人带来困难，多余的脂肪意味着要携带多余的热量，且随着体重的增加
20、，身体体表面积不能相应的成倍增加，导致更不利于散热。脂肪也在皮肤和深层身体组织之间产生了一个绝热层，妨碍热量扩散出人体。 酒精。饮酒易于引起中暑，它干挠中枢和周围神经的正常工作。在工作前或工作中摄取酒精会减小热忍耐度，增加中暑的危险。3对高温的适应性经常工作于热环境中的人表现出对高温明显的适应性。伴随适应性出现的生理变化包括出汗效率的提高（更早出汗，出汗量更大及含盐量更低）；产热速率降低，更低的身体核心温度。处于热环境47天后大部分人就适应了。在1214天末就完全适应了。简短的日常暴露对维持适应性是必须的。坚持每天100分钟的暴露就足够维持适应性了。暴露中不补充水分可能会延缓适应性的产生。若身
21、体健康，则会更早出现适应性。维生素C可能也会提高热适应性。建议新工人第一天在高温环境下工作20的时间，以后每天工作时间增加20，第五天就能整班工作了。适应性效果会随热暴露持续几周，但仅仅几天不暴露，热忍耐度就会减小。对已适应的高温环境，但有一段时间不工作的人建议的工作量是第一天40，第二天60，第三天80，第四天100。人们对热适应的能力有很大的差异，因此即使有一个严格控制的热适应计划，工作于高温环境中的工人必须在达到生理极限水平的适应过程中进行生理监测。 8.1.5高温的各项指标1热压指标HSI它是现有的综合性最好的指标之一，但由于太复杂而未普遍使用。新陈代谢产生的体热通过传导、辐射和向环境
22、的蒸发来散发，这种能力用HSI度量。它指出了散热的相对容易或困难程度。它也考虑了像温度，湿度和空气运动之类的环境因素，附加考虑了新陈代谢速率和服装的影响。2热指标它是对热和湿度影响人体自身冷却能力的量度。热指标量度表示在图83中，每条线代表了对人有相同的总体影响的空气温度和相对湿度的组合。在高风险组中的4类影响列在下面：表81 高温的影响类别热指标总体影响1极热55持续的热暴露极可能引起热中暑2很热4155长期的热暴露和/或体力劳动可能引起中暑、热痉挛或热衰竭3热3241长期热暴露和/或体力劳动可能引起中暑，热痉挛和热衰竭4很温和2732长期暴露和/或体力劳动可能引起疲劳美国国家气象服务机构使
23、用热指标的目的是使人们意识到热湿组合是危险的，能引起中暑或痉挛。8.1.6高温对绩效的影响1对体力工作的影响高温引起体力劳动所用肌肉和散热皮肤间争夺血液，因此在热环境中比在一个适宜环境中进行重体力劳动会更早地出现筋疲力尽。坐着休息的男性能忍受100牛津热指标3小时或更长时间，而在其承担负荷为280千卡/小时工作时，忍耐时间减至30分钟。在有效温度升至大约28ET时，并不影响人的生产效率；有效温度继续升高，生产效率才开始下降。在大约30ET时，生产效率降至90%；随着有效温度的继续升高，生产效率下降速率加快，在34ET时，生产效率降至50。2对运动神经绩效的影响(1).高温对绩效的影响与工作类型
24、有关。认识和观察任务可分成简单和复杂两类。 简单任务包括视觉和听觉的反应，解决算术问题，译码和短期记忆等。简单任务的绩效降低通常不是由热环境引起的，除非在环境条件接近生理热容忍极限时才会影响简单任务的绩效。实际上，在热环境中，短时地进行这些简单任务能提高绩效。 复杂的任务包括追踪，时刻警惕的任务和复杂的双重任务等。在3033WBGT时，开始出现绩效降低。一般认为暴露时间的长短与绩效的降低没有显著的关系。在同样的WBGT温度下，暴露30分钟及几个小时都有可能发生绩效降低的情况。(2).高温引起的绩效降低的原因有：警觉的变化、意志和体温的影响。 警觉的变化：高温开始时提高警觉程度，经过一段时间后将
25、降低警觉程度。这可解释高温对简单任务绩效最初有促进作用。高温最初把警觉总水平提高到更接近于最佳警觉状态。 意志的影响：某些与高温有关的绩效降低是由于个人努力水平降低，也就是向不可控的高温“屈服”。 体温的影响：绩效的降低可能与脑部温度和身体内部温度升高有关，大脑会对外界热量的大幅度的变化立即产生反应。 3对安全行为的影响我们观察工人的不安全行为与环境温度的关系为“U”字型，在1723WBGT之间，工人不安全行为比例最小，当气候条件在这段适宜的范围之外时，不安全行为事件增加。因此，值得为人们提供舒适的工作环境。4减小高温影响的建议减小高温影响最好采用系统化和综合性的方法。使用空调，电风扇或除湿器
26、来改变大气状况。当空气温度低于皮肤温度时，提高空气流速可增加传导性的散热；提高工作区的空气速度，减小相对湿度和湿气可增加蒸发性的散热；辐射性热源要用适当的障碍物来遮掩以保护工人。改变任务方式以减小高温的影响。减小完成任务所需的能耗水平能大大减小高温影响；经常在凉快的环境中休息以及限制在热环境中的时间；在工作区附近提供足够的凉水，并鼓励所有工人多喝水。让工人们进行适当的工作、对其进行卫生知识培训和急救实践训练。系统化的适应和健身计划对提高高温忍耐度是重要的；同时应当通过健康检查来找出不耐热的人，并为其选择合适的工作。通过各种保护设备减小工作环境中的高温影响。包括水冷或空气冷却的背心或帽子、冰袋背
27、心或隔热服等。减小高温影响，背心比帽子有效，冰袋背心效果最好。穿一件冰袋背心通常在工作中就能渐渐适应热环境。这些设备不仅确实减小了热衰竭，而且不妨碍热适应过程。8.1.7低温低温对健康危害的严重性比高温小。虽然低温也会使人死亡，但很少发生，而死于中暑的却较为普遍。与寒冷环境有关的工作者的主要职业性伤害是冻疮，通常发生在用冷冻产品或接触冷的金属或液体时。1低温的生理影响主要有两种生理影响：血管收缩和寒颤。当体内温度降至28以下时，会危及生命。(1).血管收缩。身体遇冷首先会收缩皮肤和四肢的血管。流向这些部分的血流会大大减少，使得温暖的血液能避开冰冷的皮肤，减少散失到环境中的热量；并且，皮肤的绝热
28、能力提高至6倍。这样，手指和脚趾的温度将迅速降至周围空气的温度，引起局部冷伤害。血管收缩也能使更多的血液流向内部器官，这也就是为何在冷环境中排尿多的原因。血管收缩也会影响血液流动的通畅性，限制了血液的含氧量，最终肌肉疲劳，使血管膨胀，未经循环缺氧的血液流入组织，使皮肤发青。(2).寒颤。假如身体核心温度不能由血管收缩维持，身体将通过寒颤来提高新陈代谢热产量。它能使新陈代谢的水平提高至休息状态下热平衡的24倍。这足能抵销散失到环境中的热，使净热存储为零。身体条件越好，寒颤产热效率越高，保持寒颤而不衰竭的时间越长。2严酷的低温最常见的冷伤害是冻疮。冻疮是身体组织受冻，在组织细胞中形成冰晶。手脚最容
29、易受冻，能引起冻疮。即使内核温度保持在正常水平，但与低温金属或液体接触也能引起皮肤受冻。更深层的组织受冻时会出现真正的危险.，组织细胞会被冰晶弄破裂，血液细胞会在血管中凝集，导致坏疽。低温可引起体温过低，通常表现为体温低于35。最初阶段表现为不辨方向，冷淡，幻觉或兴奋。当体温进一步降低时，人可能昏迷，甚至死亡。在极端的低温下，身体的新陈代谢速率变慢，身体需要更少的氧气。如掉到冰冻的湖中的人（特别的是孩子）即使在水中10分钟后奇迹般地生存下来，往往很少或没有大脑损伤。冰冻的水降低了身体温度，减少了大脑对氧气的需求。正常体温下，缺氧3分钟必然损伤大脑。3对低温的适应人重复地暴露于冷环境中，即使没有
30、明显寒颤时，新陈代谢速率也会提高。习惯于把手伸到冷水中的切鱼片工人，他们流向手的血流增加以使手保持暖和。生理性的适应，相对于技能、经验和健康状况的重要性来说，其实际价值是很小的。4低温的指标:风冷指数WCIWCI是度量空气温度和风速对人不适感的联合影响的一个指标，表明冷环境中的相对严酷性，特别是风速低于80km/h时。实际上常用的是等效风冷指标。等效风冷指标指与给定的空气温度和风速时等效的风冷温度。即在和风状态下，某个空气温度与给定的空气温度和风速的联合作用产生相同的主观不适感。如气温1，风速64km/h,与气温22，和风状态有相同的不适感。表82不同气温和风速下的等效风冷指标风速气温（）（k
31、m/h）-1-7-12-18-23-29和风-1-7-12-18-23-298-3-9-14-21-26-3116-9-16-23-28-36-4332-15-23-31-39-47-5548-19-28-36-45-54-6164-22-30-38-47-56-655低温的主观感受舒适或不适的感觉部分与皮肤温度有关。表83表明各种感觉时的平均皮肤温度和手部皮肤温度。表83 与皮肤温度有关的主观感觉。感觉平均皮肤温度手皮肤温度舒服感到不舒服的冷令人寒颤的冷极冷痛苦的冷33.33130292015 58.1.8低温对绩效的影响影响绩效的因素有任务或功能的特定类型，空气温度、湿度、空气流动和辐射的
32、相互作用，暴露时间长短，身体是暖和还是寒冷，冷却速度，不同身体部位的暴露，适应性和个体差异。1体力劳动低温对体力工作有破坏性影响。身体核心温度或肌肉温度的降低减小身体作功能力，导致肌肉力量和忍耐度降低。身体核心温度每降低1，最大作业量（持续小于3分钟）下降46%。对于持续38分钟的作业任务，下降水平为8%。原因有两个：其一，身体核心温度下降减小了肌肉中新陈代谢的速率；其二，寒冷减小了神经中枢在外围运动神经中的传导速率。2触觉灵敏度触觉灵敏度是皮肤温度的L型函数，每个人有一个相对稳定的临界温度，在该温度下，绩效显著降低。灵敏度下降使得使用物体的任务变得困难。例如，组装和修理任务就受寒冷的不利影响
33、。3手工任务绩效皮肤温度下，慢冷却比快冷却导致更大的绩效降低，更深层组织温度对绩效降低影响更大。不损害绩效的下限为以平均手部皮肤温度计为1318，按周围温度计约从24降至13时绩效有一个适度的下降，在131.7时，绩效急剧下降。在冷环境中进行手工工作绩效提高的水平比在温和气候中进行时要高。起初学习一项任务时，在冷环境中可能比在温和气候中较不利些，一旦掌握了技巧，在冷环境中进行可能比在温和环境中进行更有利。4跟踪任务的绩效周围温度为413时跟踪任务受到寒冷的显著影响。此时工作者激情显著消失，漠不关心的情绪增浓，这使得绩效降低。5反应时间寒冷对基本反应时间影响不大，但确实存在不利影响。6脑力活动低
34、温对脑力劳动的影响的证据不明确，一些人发现没有什么影响，另一些人发现有影响。寒冷干扰某些类型的脑力活动的绩效，影响状况将依赖与任务类型，寒冷的严酷程度，被试者技术水平，以及被试者先前在冷环境中工作的经验。8.1.9低温的保护措施1使用手套主要用手的工作或其它活动可以戴手套。要求用灵巧的手指时，可以使用半截手套，这样可露出手指的末端和中节，保护手的其它部分。必要时可对手指暴露的部分提供一些附带性的保护。2使用辅助加热器辅助加热的方法对保持任务绩效很有用。在某些情形中（建筑或伐木等工作）不适宜使用辅助加热器。3取暖设施 暴露于寒冷中往往会有一个或几个相关的指标（像皮肤温度，手皮肤温度，身体核心温度
35、，空气温度，工作绩效等超过合理的忍耐水平。当超过这些忍耐水平时，人应到取暖的地方（像暖和的房间暖和一段时间再进行工作。4讨论为了有效的和安全的设计工作，就要理解空气温度，湿度和空气流动对人类健康和工作绩效的影响，以及各种保护措施的效率。8.2照明当人们在室内或夜间活动时，通常必须要有一定形式的人工照明。人工照明系统的设计确实对那些使用该环境的人的绩效和舒适感以及人们对环境的有效反应有影响。照明工程既是一种艺术又是一种科学。科学性的方面包括对各种照明参数的测量和高能效的照明系统的设计。艺术性体现在给含光源来创作， 像饭店、橱窗里的特殊照明，或完成一个特殊的色彩设计。8.2.1光光是能使视网膜产生
36、兴奋和产生视觉的辐射能源。 整个电磁波波长从10-15米到104米，范围包括宇宙射线，伽玛射线，X射线，紫外线，可视光谱，红外射线，雷达波，调频波，电视波和电台广播波及电力波。1.颜色光波波长不同，光颜色也不同。如波长为400纳米左右为紫光，450纳米为绿光等等。周围亮度约为3cd/m2时，眼睛才能看到颜色。眼睛对各种波长的光线敏感程度不同。眼睛由两类基本的细胞杆状和锥状细胞构成，每一类都有它自己的敏感功能。在高亮度下，杆状和锥状细胞都发挥作用（亮视觉），此时眼睛对绿光是最敏感的。照明度下降时，锥状细胞停止发挥作用，杆状细胞承担了全部视觉工作（微光视觉），此时眼睛对波长为500纳米左右的光是敏
37、感的。从亮视觉到微光视觉的敏感性的变化称为普尔钦效应。应用该效应的一个实例是把耙子做成蓝绿色以提高夜间的可视性。光线有两个来源：白炽体（“热”光源，像太阳，照明器或火焰）和发光体（“冷”光源，即在周围能看到的发射光线的物体）。白光包含大部分波长，且各种波长近似等量。但在特定范围的光谱内，较其他范围有更大的能量的光，则呈现黄、红、蓝等色。光源的色温是描述其显示色彩的。当热辐射光源（如白炽灯、卤钨灯等）的光谱与加热到温度为Tc的黑体发出的光谱分布相似时，则将温度Tc称为光源的色温，其单位是绝对温度（K）。中午阳光的色温度为5500k。较低的温度显得更红些，较高的温度显得更蓝些。色温所区别的仅是光源
38、的色彩，而不是实际的光谱成分。不同的光谱成分可以有相同的色彩。但用它们照射某表面时可以产生不同的颜色。因此，色温并不完全可靠地指出物体在光源照射下所呈现的颜色。热物体发出的光照到一物体上时，某些特定组合的波长被该物体吸收，反射光是光源的光谱特性和物体的光谱吸收特性相互作用的结果。有色物体在白光下观察，所呈现的是它的自然色。当不同光源分别照射同一种颜色的物体上时，该物体将呈现不同的颜色（表现色），这种现象称为光源的显色性。显色性通常以显色指数表示，并把显色性最好的日光作为标准，其显色指数定为100，其他光源的显色指数均小于100，如表84所示。由表可知，物体的颜色将随照明条件的不同而变化，物体的
39、本色只有在天然光照明的条件下才会不失真地显示出来。显色指数愈小，显色性愈差。表84 人工光源的显色指数光源显色指数光源显色指数白炽灯97金属卤化物灯53-72日光色荧光灯75-94高压汞灯22-51氙灯95-97高压钠灯21白色荧光灯55-85物体所反射出的光有三个特性：主波长、亮度和饱和度。主波长产生颜色的感觉。亮度与反射光相关系，引起明亮的感觉。饱和度是某一窄范围波长内的主要波长，或与同亮度的灰色颜色不同的程度，也称纯度。2.光的测量基本的光学量是光通量，它是指光能从光源发射出来的速率。光通量()的法定计量单位是流明（lm）。1lm（555nm)=0.0015W，即在人眼最敏感的波段内，1
40、lm的光通量相当于0.0015W的功率。光源的发光强度是用光源发出的每单位立体角()的流明量测算的。光强度(I)的单位是坎德拉（cd）。一个cd的光源发射12.57lm。I=/。其中I指发光强度（cd），指光通量（lm），指立体角（sr）。光源置于一球面内部，照到球面内表面任一点的光量称为照明度。如每平方米光通量为1流明（lm/m2）则称照明度(E)为一勒克司（lx）。E=/S。从点光源射到一表面的光量遵循平方反比定律：EIcos/r2。其中I是光源的发光强度（坎德拉），r是光源至受照表面的距离（米，为光线在受照射面上的入射角（度）。光线射到一表面，一些被吸收了，另一些被反射了。反射出来的光使
41、我们“看到”物体的形状和颜色。离开一表面的每单位面积的光量称为亮度（L）。离开表面的光线可能是表面反射出来的，或由该表面放射出来的。亮度用光流量（流明）或发光度（烛光）来测量。亮度的公制单位是熙提(sb)，国际单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。1sb=1cd/cm2=104cd/m2。用照明度为300lx的光源照射的一张放在桌上的纸将有大约7080cd/m2的照明度。表面反射的光量与照到该表面的光量的比称作反射系数。对于一个完全漫射的表面，反射系数 亮度/照明度。当所考虑的表面不是完全漫反射式表面时，反射系数由照明因子代替。照明因子是指站在相同的观察角度，以相同的照明水平照射两个表面（被测表
42、面和完全漫反射式表面），被测表面的照度与完全漫反射式表面的照度的比值。8.2.2灯和照明器照明器是一个由一盏或多盏灯及散光部分、固定和保护部分、连接电源部分所构成的完整发光单元，它即可以是常见的圆球状，也可以是精心制作的枝状吊灯。1.灯有两种类型的灯：白炽灯，由电加热灯丝而产生光；和弧光灯，由电流通过气体而产生光。弧光灯有三类：高强度弧光灯，包括汞灯、高压汞灯、低压汞灯和荧光灯。在荧光灯中，由电流通过气体产生的辐射是不可见的，而这辐射能激活涂在灯泡内表面的磷，从而产生可见辐射光。不同的磷能产生不同颜色的照明光。2.灯的颜色不同类型灯的光谱（俗称颜色）有显著不同，它会影响照明效果和照明环境中人们
43、的主观感受。表85物体受照明色影响所显示的颜色照明的颜色物体的颜色红黄绿天蓝白淡红淡黄淡绿淡蓝黑红黑橙黑绿黑蓝黑红灿红亮红黄红深蓝红天蓝红蓝淡红蓝绿蓝亮蓝蓝深红紫淡红紫深绿紫灿蓝黄红橙灿淡橙淡绿黄淡棕棕棕红棕橙深橄榄棕蓝棕3.节能节能已成为系统设计中的一个主要指标，尤其在设计照明系统中更为重要。发光效率，即光源的效率是按每单位功率消耗而产生的光的总量来计算的。图84画出了各种光源的一些典型的发光效率值。相对于白炽灯，荧光管节约44能量，寿命长20倍，多发30的光。功率不同的白炽灯能发出同样流明的光。荧光长寿的100瓦灯泡可能只发出1470lm，而标准的100瓦灯泡能发出1740lm。4.照明器
44、当选择使用一个特定类型的照明器时，要求考虑到光线分布模式、闪烁、任务照明度、阴暗处理和能效等因素。包括透视、反射器、遮挡物和反射面等在内的各种设备可以和荧光照明器协调以控制光的分布。5.可见性的概念可见是指某物如何完好地为人所见。影响可见性的一个关键性因素是对比度。可见性可以用几种方式来定义。例如，“看见大象”可能指“可发现它在舞台上”或可能指“可看清它是头印度象”。这些不同的定义显然与目标的可见度水平有关系。8.2.3照明对绩效的影响照明系统应使细节更易于看到、颜色更易于分辨而不产生不适或分心的感觉。完成任务通常需要视觉、认识和运动神经共同配合。视觉对任务完成程度的贡献越大，照明系统的影响也
45、越大。1.视觉绩效模型已有许多定量描述视觉绩效与照明参数关系的数学模型。如视觉绩效阈值模型，描述刚刚能看到或认出所关心物体的状态与照明参数的关系，研究的是观察或认出目标的可能性。视觉绩效超阈值模型，此时的照明足以看到或认出目标，它所研究的是辨认时间问题。例如，一张表是用很强对比度墨水印制的，而另一张表的对比度是变化的。模型把对比度和对光线的适应性与读参考表所花费的时间联系在一起研究。需要指出：目前尚没有能处理复杂的视觉任务的视觉绩效模型。没有一个视觉效果模型能够完全预测工作效果，除非工作中非视觉效果的影响趋于零，因此这方面还有许多工作要做。2.一般性结论目前研究的一般性结论是：在一定范围内照明
46、水平的提高虽可以提高工作效率，但随着照明水平的提高，工作效率的改善将越来越小，直至出现负效率（效率减低）。出现效率降低的点随任务不同而不同。一般地说，工作任务越困难，即物体越小，对比度越低，则出现效率降低点的照明水平越高。通过改变任务特征（即放大它的尺寸或提高对比度比通过提高照明水平在视觉效果上更能取得满意效果。一般很难仅仅通过提高照明水平来使视觉困难的任务（小尺寸、低对比度）的工作效果达到与视觉容易任务的工作效果同样的水平。操作者的年龄对工作效果有很大的影响，照度对老人更重要。在3468cd/m2以上的背景亮度时，与照度相比，其他因素特别是年龄和印刷质量是工作效果更重要的决定因素。照度提高到
47、500lx以上后，若再增加照度对完成工作仅有一点点附加的改善。虽然随照度增加，工作效果的改善有所减弱，但由于附加照明水平使得任务的难度不断下降。对于两个任务的情形，把任务的亮度从40提高到80cd/m2，对首要视觉任务的完成没有什么影响，但确实减少了第二听觉任务的错误。这将表明更高水平的亮度可以减小对工人的信息处理系统的要求，并因此提高了智力工作效率。然而提供高水平的照明量有时是不明智的，除了浪费能量外，太强的照明可能产生副作用。如耀眼，对周围光线的反应时间随中心任务亮度的增加而增加。假如照明范围外的视觉是重要的，那么太强的亮度实际上可能会降低工作效率。另外，高亮度容易使人兴奋，如在一所大学的过道里分别布置出“高”和“低”水平的照明度，则所测得的由在教室外等待的学生所产生的噪声，在高亮度条件
