Donnerstag, 27 Oktober 2011 19: 47

Fallstudie: Wärmeindizes: Formeln und Definitionen

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I. Thermischer Stressindex (ITS)

Das hat sich verbessert Wärmebilanzgleichung ist:

wo ist die Verdunstung erforderlich, um den Wärmehaushalt aufrechtzuerhalten,  ist die Solarlast und die metabolische Wärmeproduktion H wird anstelle der Stoffwechselrate verwendet, um externe Arbeit zu berücksichtigen. Eine wichtige Verbesserung ist die Erkenntnis, dass nicht der gesamte Schweiß verdunstet (z. B. einige Tropfen), daher hängt die erforderliche Schweißrate mit der erforderlichen Verdunstungsrate zusammen durch:

woher nsc ist die Effizienz des Schwitzens.

In Innenräumen verwendet, wird die fühlbare Wärmeübertragung berechnet aus:

Für Außenbedingungen mit Sonneneinstrahlung,  durch Solarlast ersetzt und berücksichtigt (RS ) durch:

Die verwendeten Gleichungen sind Anpassungen an experimentelle Daten und nicht streng rational.

Maximaler Verdampfungswärmeverlust ist:

und Effizienz des Schwitzens ist gegeben durch:

aber

nsc = 1, dh

und

nsc = 0.29, dh

Der Index der thermischen Belastung (STIs) in g/h ist gegeben durch:

woher  ist die erforderliche Verdunstungsrate, 0.37 umgerechnet in g/h undnsc ist die Effizienz des Schwitzens (McIntyre 1980).

II. Erforderliche Schweißrate

Ähnlich wie bei den anderen rationalen Indizes wird aus den sechs Grundparametern (Lufttemperatur (), Strahlungstemperatur ( ), relative Luftfeuchtigkeit Luftgeschwindigkeit (v), Kleidungsisolierung ( ), Stoffwechselrate (M) und externe Arbeit (W)). Es werden auch effektive Bestrahlungsflächenwerte für die Körperhaltung (sitzend = 0.72, stehend = 0.77) benötigt. Daraus errechnet sich die erforderliche Verdunstung aus:

Gleichungen werden für jede Komponente bereitgestellt (siehe Tabelle 8 und Tabelle 9). Die mittlere Hauttemperatur wird aus einer multiplen linearen Regressionsgleichung berechnet oder es wird ein Wert von 36 °C angenommen.

Aus der erforderlichen Verdunstung (Ereg) und maximale Verdunstung (Emax) und Schwitzeffizienz (r) werden berechnet:

Erforderliche Hautbenetzung 

Erforderliche Schweißrate 

III. Vorhergesagte 4-Stunden-Schweißrate (P4SR)

Schritte zum Erhalt der P4SR Indexwert werden von McIntyre (1980) wie folgt zusammengefasst:

If , Feuchtkugeltemperatur erhöhen um .

Wenn die Stoffwechselrate M > 63 , erhöhen Sie die Feuchtkugeltemperatur um den in der Tabelle angegebenen Betrag (siehe Abbildung 6).

Wenn die Männer bekleidet sind, erhöhen Sie die Feuchtkugeltemperatur um .

Die Modifikationen sind additiv.

Die (P4SR) wird aus Abbildung 6 bestimmt. Die P4SR ist dann:

IV. Pulsschlag

woher M ist Stoffwechselrate, ist die Lufttemperatur in °C und Pa ist der Dampfdruck in Mb.

Givoni und Goldman (1973) liefern Gleichungen zur Vorhersage der Herzfrequenz von Personen (Soldaten) in heißen Umgebungen. Sie definieren einen Index für die Herzfrequenz (IHR) aus einer Änderung der vorhergesagten rektalen Gleichgewichtstemperatur,

IHR ist dann:

woher M = Stoffwechselrate (Watt), = mechanische Arbeit (Watt), clo = Wärmedämmung der Kleidung,  = Lufttemperatur = gesamte Stoffwechsel- und Umweltwärmebelastung (Watt), = Verdunstungskühlleistung für Kleidung und Umgebung (Watt).

Die Gleichgewichtsherzfrequenz (in Schlägen pro Minute) ist dann gegeben durch:

für IHR 225

das heißt, eine lineare Beziehung (zwischen rektaler Temperatur und Herzfrequenz) für Herzfrequenzen bis zu etwa 150 Schlägen pro Minute. Für IHR > 225:

das heißt, eine exponentielle Beziehung, wenn sich die Herzfrequenz dem Maximum nähert, wobei:

= Gleichgewichtsherzfrequenz (bpm),

65 = angenommene Ruheherzfrequenz unter angenehmen Bedingungen (bpm) und t = Zeit in Stunden.

V. Feuchtkugeltemperaturindex (WBGT)

Die Feuchtkugeltemperatur ist gegeben durch:

für Bedingungen mit Sonneneinstrahlung und:

für Innenraumbedingungen ohne Sonneneinstrahlung, wobei Tnwb= Temperatur eines natürlich belüfteten Feuchtkugelthermometers, Ta = Lufttemperatur und Tg = Temperatur eines schwarzen Kugelthermometers mit 150 mm Durchmesser.

 

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Inhalte

Wärme- und Kältereferenzen

ACGIH (Amerikanische Konferenz staatlicher Industriehygieniker). 1990. Schwellenwerte und biologische Expositionsindizes für 1989–1990. New York: ACGIH.

—. 1992. Kältestress. In Grenzwerte für physikalische Einwirkungen in der Arbeitsumgebung. New York: ACGIH.

Bedford, T. 1940. Umweltwärme und ihre Messung. Medizinisches Forschungsmemorandum Nr. 17. London: Schreibwarenbüro Ihrer Majestät.

Belding, HS und TF Hatch. 1955. Index zur Bewertung von Hitzestress hinsichtlich der daraus resultierenden physiologischen Belastung. Heizungsrohre Klimaanlage 27: 129–136.

Bittel, JHM. 1987. Hitzeschuld als Index für Kälteanpassung bei Männern. J. Appl. Physiol. 62(4):1627–1634.

Bittel, JHM, C. Nonotte-Varly, GH Livecchi-Gonnot, GLM Savourey und AM Hanniquet. 1988. Körperliche Fitness und thermoregulatorische Reaktionen in einer kalten Umgebung bei Männern. J. Appl. Physiol. 65: 1984–1989.

Bittel, JHM, GH Livecchi-Gonnot, AM Hanniquet und JL Etienne. 1989. Thermische Veränderungen, die vor und nach der Reise von JL Etienne zum Nordpol beobachtet wurden. Eur. J. Appl. Physiol. 58: 646–651.

Bligh, J und KG Johnson. 1973. Glossar der Begriffe für thermische Physiologie. J Appl Physiol 35(6):941–961.

Botsford, JH. 1971. Ein nasses Globe-Thermometer zur Messung der Umweltwärme. Am Ind Hyg J 32:1–10.

Boutelier, C. 1979. Survie et protection des équipages en cas d'immersion Accidentelle en eau froide. Neuilly-sur-Seine: AGARD AG 211.

Brouha, L. 1960. Physiologie in der Industrie. New York: Pergamonpresse.

Burton, AC und OG Edholm. 1955. Der Mensch in einer kalten Umgebung. London: Eduard Arnold.

Chen, F, H Nilsson und RI Holmer. 1994. Cooling responses of finger pad in contact with a aluminium surface. Am Ind Hyg Assoc J 55(3):218-22.

Europäisches Komitee für Normalisierung (CEN). 1992. EN 344. Schutzkleidung gegen Kälte. Brüssel: CEN.

—. 1993. EN 511. Schutzhandschuhe gegen Kälte. Brüssel: CEN.

Kommission der Europäischen Gemeinschaften (CEC). 1988. Proceedings of a Seminar on Heat Stress Indices. Luxemburg: CEC, Direktion Gesundheit und Sicherheit.

Daanen, HAM. 1993. Verschlechterung der manuellen Leistung bei Kälte und Wind. AGARD, NATO, CP-540.

Dasler, AR. 1974. Belüftung und thermische Belastung, an Land und zu Wasser. In Kapitel 3, Handbuch der Präventivmedizin der Marine. Washington, DC: Navy Department, Büro für Medizin und Chirurgie.

—. 1977. Hitzestress, Arbeitsfunktionen und physiologische Hitzebelastungsgrenzen beim Menschen. In Thermal Analysis—Human Comfort—Indoor Environments. NBS-Sonderveröffentlichung 491. Washington, DC: US-Handelsministerium.

Deutsches Institut für Normierung (DIN) 7943-2. 1992. Schlafsacke, Thermophysiologische Prüfung. Berlin: DIN.

Dubois, D und EF Dubois. 1916. Klinische Kalorimetrie X: Eine Formel zur Schätzung der geeigneten Oberfläche, wenn Größe und Gewicht bekannt sind. Arch Int Med 17: 863–871.

Eagan, CJ. 1963. Einführung und Terminologie. Fed Proc 22: 930–933.

Edwards, JSA, DE Roberts und SH Mutter. 1992. Verhältnisse für den Einsatz in kalter Umgebung. J Wildlife Med 3:27–47.

Enander, A. 1987. Sensorische Reaktionen und Leistung bei mäßiger Kälte. Doktorarbeit. Solna: Nationales Institut für Arbeitsmedizin.

Fuller, FH und L. Brouha. 1966. Neue technische Methoden zur Bewertung des Arbeitsumfelds. ASHRAE J 8(1):39–52.

Fuller, FH und PE Smith. 1980. Die Wirksamkeit vorbeugender Arbeitsverfahren in einer heißen Werkstatt. In FN Dukes-Dobos und A. Henschel (Hrsg.). Proceedings of a NIOSH Workshop on Recommended Heat Stress Standards. Washington DC: DHSS (NIOSH) Veröffentlichung Nr. 81-108.

—. 1981. Bewertung der Hitzebelastung in einer heißen Werkstatt durch physiologische Messungen. Am Ind Hyg Assoc J 42:32–37.

Gagge, AP, AP Fobelets und LG Berglund. 1986. Ein Standardvorhersageindex der menschlichen Reaktion auf die thermische Umgebung. ASHRAE Trans 92:709–731.

Gisolfi, CV und CB Wenger. 1984. Temperaturregulierung während des Trainings: Alte Konzepte, neue Ideen. Übungssport Sci Rev 12: 339–372.

Givoni, B. 1963. Eine neue Methode zur Bewertung der industriellen Hitzebelastung und der maximal zulässigen Arbeitsbelastung. Auf dem International Biometeorological Congress in Paris, Frankreich, im September 1963 eingereichtes Papier.

—. 1976. Mensch, Klima und Architektur, 2. Aufl. London: Angewandte Wissenschaft.

Giveni, B. und RF Goldman. 1972. Vorhersage der rektalen Temperaturreaktion auf Arbeit, Umgebung und Kleidung. J Appl Physiol 2(6):812–822.

—. 1973. Vorhersage der Reaktion der Herzfrequenz auf Arbeit, Umwelt und Kleidung. J Appl Physiol 34(2):201–204.

Goldmann, RF. 1988. Standards für die menschliche Exposition gegenüber Hitze. In Environmental Ergonomics, herausgegeben von IB Mekjavic, EW Banister und JB Morrison. London: Taylor & Francis.

Hales, JRS und DAB Richards. 1987. Hitzestress. Amsterdam, New York: Oxford Excerpta Medica.

Hammel, HT. 1963. Zusammenfassung vergleichender thermischer Muster beim Menschen. Fed Proc 22:846–847.

Havenith, G, R Heus und WA Lotens. 1990. Atmungs-, Dampfwiderstands- und Durchlässigkeitsindex von Kleidung: Veränderungen durch Körperhaltung, Bewegung und Wind. Ergonomie 33:989–1005.

Heu. 1988. In Environmental Ergonomics, herausgegeben von IB Mekjavic, EW Banister und JB Morrison. London: Taylor & Francis.

Holmér, I. 1988. Bewertung von Kältestress in Bezug auf die erforderliche Kleidungsisolierung – IREQ. Int J Ind Erg 3: 159–166.

—. 1993. Arbeit in der Kälte. Überprüfung von Methoden zur Bewertung von Kältestress. Int Arch Occ Env Health 65: 147–155.

—. 1994. Kältestress: Teil 1 – Richtlinien für den Praktiker. Int J Ind Erg 14: 1–10.

—. 1994. Kältestress: Teil 2 – Die wissenschaftliche Grundlage (Wissensbasis) für den Leitfaden. Int J Ind Erg 14:1–9.

Houghton, FC und CP Yagoglou. 1923. Bestimmung gleicher Komfortlinien. J ASCHWE 29:165–176.

Internationale Organisation für Normung (ISO). 1985. ISO 7726. Thermische Umgebungen – Instrumente und Methoden zur Messung physikalischer Größen. Genf: ISO.

—. 1989a. ISO 7243. Heiße Umgebungen – Abschätzung der Hitzebelastung des arbeitenden Menschen, basierend auf dem WBGT-Index (Wet Bulb Globe Temperature). Genf: ISO.

—. 1989b. ISO 7933. Heiße Umgebungen – Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Belastung durch Berechnung der erforderlichen Schweißrate. Genf: ISO.

—. 1989c. ISO DIS 9886. Ergonomie – Bewertung der thermischen Belastung durch physiologische Messungen. Genf: ISO.

—. 1990. ISO 8996. Ergonomie – Bestimmung der metabolischen Wärmeerzeugung. Genf: ISO.

—. 1992. ISO 9886. Bewertung der thermischen Dehnung durch physiologische Messungen. Genf: ISO.

—. 1993. Bewertung des Einflusses der thermischen Umgebung unter Verwendung subjektiver Beurteilungsskalen. Genf: ISO.

—. 1993. ISO CD 12894. Ergonomie der thermischen Umgebung – medizinische Überwachung von Personen, die heißen oder kalten Umgebungen ausgesetzt sind. Genf: ISO.

—. 1993. ISO TR 11079 Evaluation of Cold Environments – Determination of Required Clothing Insulation, IREQ. Genf: ISO. (Technischer Bericht)

—. 1994. ISO 9920. Ergonomie – Schätzung der thermischen Eigenschaften eines Bekleidungsensembles. Genf: ISO.

—. 1994. ISO 7730. Moderate Thermal Environments – Bestimmung der PMV- und PPD-Indizes und Spezifikation der Bedingungen für thermischen Komfort. Genf: ISO.

—. 1995. ISO DIS 11933. Ergonomie der thermischen Umgebung. Grundsätze und Anwendung internationaler Standards. Genf: ISO.

Kenneth, W., P. Sathasivam, AL Vallerand und TB Graham. 1990. Einfluss von Koffein auf Stoffwechselreaktionen von Männern im Ruhezustand bei 28 und 5 °C. J. Appl. Physiol. 68(5):1889–1895.

Kenney, WL und SR Fowler. 1988. Methylcholin-aktivierte ekkrine Schweißdrüsendichte und -leistung als Funktion des Alters. J Appl Physiol 65:1082–1086.

Kerslake, DMcK. 1972. Der Stress heißer Umgebungen. Cambridge: Cambridge University Press.

LeBlanc, J. 1975. Mann in der Kälte. Springfield, IL, USA: Charles C. Thomas Publ.

Leithead, CA und AR Lind. 1964. Hitzestress und Kopfstörungen. London: Kassel.

Lind, AR. 1957. Ein physiologisches Kriterium zur Festlegung thermischer Umgebungsgrenzen für die Arbeit aller. J Appl Physiol 18:51–56.

Lotens, WA. 1989. Die tatsächliche Isolierung von mehrschichtiger Kleidung. Scand J Work Environ Health 15 Suppl. 1:66–75.

—. 1993. Wärmeübertragung von Menschen, die Kleidung tragen. Diplomarbeit, Technische Universität. Delft, Niederlande. (ISBN 90-6743-231-8).

Lotens, WA und G. Havenith. 1991. Berechnung der Kleidungsisolierung und des Dampfwiderstands. Ergonomie 34:233–254.

Maclean, D und D Emslie-Smith. 1977. Unbeabsichtigte Hypothermie. Oxford, London, Edinburgh, Melbourne: Blackwell Scientific Publication.

Macpherson, RK. 1960. Physiologische Reaktionen auf heiße Umgebungen. Sonderberichtsserie Nr. 298 des Medical Research Council. London: HMSO.

Martineau, L und ich Jacob. 1988. Muskel-Glykogen-Nutzung während der zitternden Thermogenese beim Menschen. J Appl Physiol 56:2046–2050.

Maughan, RJ. 1991. Flüssigkeits- und Elektrolytverlust und Ersatz beim Training. J Sport Sci 9: 117–142.

McArdle, B, W Dunham, HE Halling, WSS Ladell, JW Scalt, ML Thomson und JS Weiner. 1947. Die Vorhersage der physiologischen Wirkungen warmer und heißer Umgebungen. Rep. 47/391 des Medizinischen Forschungsrates. London: RNP.

McCullough, EA, BW Jones und PEJ Huck. 1985. Eine umfassende Datenbank zur Schätzung der Kleidungsisolierung. ASHRAE Trans 91:29-47.

McCullough, EA, BW Jones und T. Tamura. 1989. Eine Datenbank zur Bestimmung des Verdunstungswiderstandes von Kleidung. ASHRAE Trans 95:316–328.

McIntyre, DA. 1980. Raumklima. London: Applied Science Publishers Ltd.

Mekjavic, IB, EW Banister und JB Morrison (Hrsg.). 1988. Umweltergonomie. Philadelphia: Taylor & Francis.

Nielsen, B. 1984. Dehydratation, Rehydratation and Thermoregulation. In E. Jokl und M. Hebbelinck (Hrsg.). Medizin und Sportwissenschaft. Basel: S. Karger.

—. 1994. Hitzestress und Akklimatisierung. Ergonomie 37(1):49–58.

Nielsen, R, BW Olesen und PO Fanger. 1985. Einfluss von körperlicher Aktivität und Luftgeschwindigkeit auf die Wärmeisolierung von Kleidung. Ergonomie 28: 1617–1632.

Nationales Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH). 1972. Berufliche Exposition gegenüber heißen Umgebungen. HSM 72-10269. Washington, DC: US-Ministerium für Gesundheitserziehung und Wohlfahrt.

—. 1986. Berufliche Exposition gegenüber heißen Umgebungen. NIOSH-Veröffentlichung Nr. 86-113. Washington, DC: NIOSH.

Nishi, Y und AP Gagge. 1977. Effektive Temperaturskala für hypo- und hyperbare Umgebungen. Luft- und Raumfahrt und Envir Med 48: 97–107.

Olesen, B.W. 1985. Hitzestress. In Bruel und Kjaer Technical Review Nr. 2. Dänemark: Bruel und Kjaer.

Olesen, BW, E. Sliwinska, TL Madsen und PO Fanger. 1982. Einfluss von Körperhaltung und Aktivität auf die Wärmeisolation von Kleidung: Messungen durch eine bewegliche Wärmepuppe. ASHRAE Trans 88:791–805.

Pandolf, KB, BS Cadarette, MN Sawka, AJ Young, RP Francesconi und RR Gonzales. 1988. J. Appl. Physiol. 65(1): 65–71.

Parsons, KC. 1993. Human Thermal Environments. Hampshire, Großbritannien: Taylor & Francis.

Reed, HL, D Brice, KMM Shakir, KD Burman, MM D'Alesandro und JT O'Brian. 1990. Verringerter freier Anteil an Schilddrüsenhormonen nach längerem Aufenthalt in der Antarktis. J. Appl. Physiol. 69: 1467–1472.

Rowell, LB. 1983. Kardiovaskuläre Aspekte der menschlichen Thermoregulation. Circ Res. 52: 367–379.

—. 1986. Regulation des menschlichen Kreislaufs bei körperlicher Belastung. Oxford: OUP.

Sato, K und F Sato. 1983. Individuelle Variationen in Struktur und Funktion der menschlichen ekkrinen Schweißdrüse. Am J Physiol 245:R203–R208.

Savourey, G., AL Vallerand und J. Bittel. 1992. Allgemeine und lokale Anpassung nach einer Skireise in einer strengen arktischen Umgebung. Eur. J. Appl. Physiol. 64:99–105.

Savourey, G., JP Caravel, B. Barnavol und J. Bittel. 1994. Schilddrüsenhormonveränderungen in einer Kaltluftumgebung nach lokaler Kälteakklimatisierung. J. Appl. Physiol. 76(5):1963–1967.

Savourey, G, B Barnavol, JP Caravel, C Feuerstein und J Bittel. 1996. Hypothermische allgemeine Kälteanpassung, induziert durch lokale Kälteakklimatisierung. Eur. J. Appl. Physiol. 73:237–244.

Vallerand, AL, I Jacob und MF Kavanagh. 1989. Mechanismus der erhöhten Kältetoleranz durch eine Ephedrin/Koffein-Mischung beim Menschen. J Appl Physiol 67:438–444.

van Dilla, MA, R Day und PA Siple. 1949. Spezielle Probleme der Hände. In Physiologie der Wärmeregulierung, herausgegeben von R Newburgh. Philadelphia: Saunders.

Vellar, OD. 1969. Nährstoffverluste durch Schwitzen. Oslo: Universitätsforlaget.

Vogt, JJ, V. Candas, JP Libert und F. Daull. 1981. Erforderliche Schweißrate als Maß für die thermische Belastung in der Industrie. In Bioengineering, Thermal Physiology and Comfort, herausgegeben von K Cena und JA Clark. Amsterdam: Elsevier. 99–110.

Wang, LCH, SFP Man und AN Bel Castro. 1987. Stoffwechsel- und Hormonreaktionen bei Theophyllin-erhöhter Kälteresistenz bei Männern. J. Appl. Physiol. 63:589–596.

Weltgesundheitsorganisation (WHO). 1969. Gesundheitsfaktoren beim Arbeiten unter Hitzestress. Technischer Bericht 412. Genf: WHO.

Wißler, EH. 1988. Eine Überprüfung menschlicher Wärmemodelle. In Environmental Ergonomics, herausgegeben von IB Mekjavic, EW Banister und JB Morrison. London: Taylor & Francis.

Waldschnepfe, AH. 1962. Moisture Transfer in Textil Systems. Teil I. Textile Res J 32: 628–633.

Yaglou, CP und D. Minard. 1957. Kontrolle von Hitzeopfern in militärischen Ausbildungszentren. Am Med Assoc Arch Ind Health 16: 302–316 und 405.