Värme och kyla vad tål människan? Vår termiska miljö! Vad menar vi med klimat?! - ibland överskrids gränsen för vår tålighet!

Transkript

1 - 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 1 Thermal Environment Laboratory, LTH 2 Thermal Environment Laboratory, LTH Vår termiska miljö 28 C värmebalans för en naken person i vila C inomhusklimat -90 C kallast på jorden (Antarktis) +57 C varmast på jorden (Libyen) flera 100 C i industriella miljöer, brand.. Vad menar vi med klimat? Luftens temperatur Värmestrålning (solstrålning) Luftfuktighet Vind dessutom påverkar Människans klädsel aktivitet 3 Thermal Environment Laboratory, LTH 4 Thermal Environment Laboratory, LTH

2 Vilka är problemen med extrema klimat? Vad tål människan? Akuta effekter (minuter till timmar) Vätskebrist, cirkulationssvikt, hög kroppstemperatur Arbetsförmåga, uthållighet, kollaps Arbetsliv, idrott och friluftsliv Långsiktiga effekter av hög värme (dagar) Vätskebrist, cirkulationssvikt Arbetsplatser Bostäder Institutioner kunskap om hälso- och prestationseffekter kunskap om kroppens värmereglering kunskap om värmeutbytet med omgivningen metoder för att simulera och beskriva påverkan på människan i olika klimat Tiden är en viktig faktor för svårighetsgraden 5 Thermal Environment Laboratory, LTH 6 Thermal Environment Laboratory, LTH Människans värmeproduktion Människans värmebalans i vila ca 100 W vid promenad W vid tungt arbete W vid joggning W vid löpning W 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 C 8 Thermal Environment Laboratory, LTH 9 Thermal Environment Laboratory, LTH

3 Reglering av kroppstemperatur och värmeavgivning Symtom vid stigande kroppstemperatur 1. ändamålsenligt beteende C C C anpassa klädsel, aktivitet, arbetstid etc 2. fysiologiska reaktioner reglering vid värme 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) 10 Thermal Environment Laboratory, LTH 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 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 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

4 Försvårande faktorer Vår försvar mot värme Ålder Vätskebrist Medicinering Dålig kondition Övervikt Trötthet, sömnbrist Tungt arbete, skyddskläder 14 Thermal Environment Laboratory, LTH underlätta svettavdunstningen öka vätskeintaget lätt och luftig klädsel minska den fysiska aktiviteten (värme) 15 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 16 Thermal Environment Laboratory, LTH 17 Thermal Environment Laboratory, LTH

5 Bedömningsmetoder AFS regler ISO EN SS 7243 WBGT Wet Buld Globe Temperature ISO EN SS 7933 PHS Predicted Heat strain Arbetsmiljöverkets 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 18 Thermal Environment Laboratory, LTH 19 Thermal Environment Laboratory, LTH Varmt klimat Luftens temperatur Värmestrålning infra röd solstrålning Luftfuktighet vattenångtryck regn Vind positivt upp till ca 40 C negativt över ca 40 C Yttemperatur verktyg, maskiner, material SS-EN-ISO 7243 Ergonomics. Estimation of heat stress using the WBGT-index Mätinstrument 20 Thermal Environment Laboratory, LTH 21 Thermal Environment Laboratory, LTH

6 Arbete i stark värme. AFS 1997:2 WBGT Referens värden SS-EN-ISO 7243 WBGT WBGT är en temperatur som beräknas på basis av mätning av t g glob temperatur t nw naturlig våttemperatur t a lufttemperatur WBGT = 0.7 t nv t g I solsken: WBGT = 0.7 t nv t g t a Activity Reference value, WBGT Class Metabolism, W/m2 Acclimatized Not acclimatized 0 < > Referensvärdena indikerar en minimal risk för att någon person i den exponerade populationen ska nå en kroppstemperatur över 38.0 C) 22 Thermal Environment Laboratory, LTH 23 Thermal Environment Laboratory, LTH Ökning i kroppstemperatur som följd av arbetsintensiteten 39,5 Kroppstemperatur i varm miljö % of VO 2 max 39, W 500 W 350 W 200 W 500 W/m W/m W/m W/m W/m Core temperature, C 38,5 38,0 37,5 Prescriptive zone 37, WBGT, C 24 Thermal Environment Laboratory, LTH 25 Thermal Environment Laboratory, LTH

7 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 isolation ångmotstånd Time, min. Beräknade temperaturgränser för arbete med olika klädsel Aktivitet - värmeproduktion Klädsel lufttemperatur medelstrålningstemperatur luftfuktighet (vattenångtryck) lufthastighet 20 ISO 7933 Predicted Heat Strain - PHS Air temp. = 45 C rel.humidity = 15 % air speed =0.5 m/s normal evaporation skin Activity = 150 W/m coverall impermeable 50 o Air temperature, C Thermal Environment Laboratory, LTH

8 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 31 Thermal Environment Laboratory, LTH C C C C C <32 C <30 C <28 C 33 Thermal Environment Laboratory, LTH Symtom vid fallande kroppstemperatur - ibland inträffar mirakel 32 Thermal Environment Laboratory, LTH 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

9 vårt försvar mot nedkylning försvårande faktorer kärlsammandragning och huttring otillräckliga klädsel, aktivitet och beteende viktigast ålder (barn, äldre) hjärt- och cirkulationsbesvär kalla händer och fötter astma eller liknande besvär rörelsehindrade tidigare kylskador 36 Thermal Environment Laboratory, LTH 37 Thermal Environment Laboratory, LTH Vid tungt arbete kan man vara lätt klädd även i kyla Vid låg aktivitet krävs mycket isolation 38 Thermal Environment Laboratory, LTH 39 Thermal Environment Laboratory, LTH

10 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 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 Thermal Environment Laboratory, LTH SS-EN-ISO 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 Isolationsbehov i clo enligt ISO IREQ Isolationsbehov, clo clo-värde vindtäthet 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 / IH Omgivningstemperatur, C 42 Thermal Environment Laboratory, LTH 43 Thermal Environment Laboratory, LTH

11 Vad betyder clo-värdet i plagg provade enligt ENV 342? Analys och bedömning av termiska miljöer 2,3 2 Temperatur, C clo 2 clo 3 clo 4 clo Vistelsetid, timmar M = 115 W/m 2 Vind = 0,2 m/s Luftfuktighet = 50% matematiska modeller för att beskriva människans värmebalans och den fysiologiska påverkan i värme ISO 7933 i kyla ISO gränsvärden för exempelvis klimat på arbetsplatser bostäder mm idrottstävlingar 44 Thermal Environment Laboratory, LTH 45 Thermal Environment Laboratory, LTH Kroppens temperaturreglering och värmebalans hudtemperatur Värmeprodution S = (M W ) (H res + E + R + C + K) Värmeutbyte Klimatfaktorer och värmeutbyte Värmeprodution Medelstrålnings- temperatur S = (M W ) (H res + E + R + C + K) Värmeutbyte Lufttemperatur, vind M är energiomsättning W är utfört mekaniskt arbete H res 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 M är energiomsättning W är utfört mekaniskt arbete H res 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 Vatten- ångtryck,vind i Watts, Watts/m 2 eller kjoule i Watts, Watts/m 2 eller kjoule 46 Thermal Environment Laboratory, LTH 47 Thermal Environment Laboratory, LTH

12 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 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 48 կ Thermal Environment Laboratory, LTH 49 Thermal Environment Laboratory, LTH Tack vare skyddet från bil, kläder och filt bromsades nedkylningen av kroppen. կ 50 Thermal Environment Laboratory, LTH կ 51 Thermal Environment Laboratory, LTH

13 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 52 Thermal Environment Laboratory, LTH կ 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 54 Thermal Environment Laboratory, LTH Thermal Environment Laboratory, LTH 55 AR, Wenaas Thermal Environment Laboratory, LTH

14 Hjärtfrekvens PHS beräkning 57 Thermal Environment Laboratory, LTH Hudtemperatur Thermal Environment Laboratory, LTH Kroppstemperatur Thermal Environment Laboratory, LTH 60 Thermal Environment Laboratory, LTH

15 1400 Sweating UW RB90 ARY modif ARY Händer och fötter Moisture (g) 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 0 Weight loss Evaporation Accumulation 61 Thermal Environment Laboratory, LTH 62 Thermal Environment Laboratory, LTH