Hitzestress tritt auf, wenn die Umgebung einer Person (Lufttemperatur, Strahlungstemperatur, Feuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit), Kleidung und Aktivität interagieren, um eine Tendenz zum Anstieg der Körpertemperatur zu erzeugen. Das Thermoregulationssystem des Körpers reagiert dann, um den Wärmeverlust zu erhöhen. Diese Reaktion kann kraftvoll und effektiv sein, aber sie kann auch eine Belastung für den Körper hervorrufen, die zu Unbehagen und schließlich zu Hitzekrankheiten und sogar zum Tod führt. Daher ist es wichtig, heiße Umgebungen zu bewerten, um die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten.
Hitzestressindizes bieten Werkzeuge zur Bewertung heißer Umgebungen und zur Vorhersage einer wahrscheinlichen thermischen Belastung des Körpers. Grenzwerte, die auf Wärmebelastungsindizes basieren, zeigen an, wann diese Belastung voraussichtlich unannehmbar wird.
Die Mechanismen von Hitzestress sind allgemein bekannt, und Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen sind gut etabliert. Dazu gehören Kenntnisse über die Warnzeichen von Hitzestress, Eingewöhnungsprogramme und Wasserwechsel. Es gibt jedoch immer noch viele Opfer, und diese Lektionen müssen offenbar neu gelernt werden.
1964 beschrieben Leithead und Lind eine umfangreiche Untersuchung und kamen zu dem Schluss, dass Hitzestörungen aus einem oder mehreren der folgenden drei Gründe auftreten:
- das Vorhandensein von Faktoren wie Dehydrierung oder mangelnde Akklimatisierung
- das Fehlen einer angemessenen Einschätzung der Hitzegefahren seitens der Aufsichtsbehörde oder der gefährdeten Personen
- zufällige oder unvorhersehbare Umstände, die zu einer sehr hohen Hitzebelastung führen.
Sie kamen zu dem Schluss, dass viele Todesfälle auf Vernachlässigung und Rücksichtslosigkeit zurückzuführen sind und dass selbst beim Auftreten von Störungen viel getan werden kann, wenn alle Voraussetzungen für die richtige und zeitnahe Abhilfe vorhanden sind.
Hitzestress-Indizes
Ein Hitzestressindex ist eine einzelne Zahl, die die Wirkungen der sechs Grundparameter in jeder menschlichen thermischen Umgebung integriert, so dass ihr Wert mit der thermischen Belastung variiert, die die Person erfährt, die einer heißen Umgebung ausgesetzt ist. Der (gemessene oder berechnete) Indexwert kann in der Konstruktion oder in der Arbeitspraxis verwendet werden, um sichere Grenzwerte festzulegen. Es wurde viel geforscht, um den endgültigen Hitzestressindex zu bestimmen, und es wird diskutiert, welcher der beste ist. Zum Beispiel präsentiert Goldman (1988) 32 Hitzestress-Indizes, und es gibt wahrscheinlich mindestens doppelt so viele, die weltweit verwendet werden. Viele Indizes berücksichtigen nicht alle sechs Grundparameter, obwohl alle diese bei der Anwendung berücksichtigen müssen. Die Verwendung von Indizes hängt von individuellen Kontexten ab, daher die Erstellung so vieler. Einige Indizes sind theoretisch unangemessen, können aber für spezifische Anwendungen basierend auf Erfahrungen in einer bestimmten Branche gerechtfertigt werden.
Kerslake (1972) merkt an: „Es ist vielleicht selbstverständlich, dass die Art und Weise, wie die Umweltfaktoren kombiniert werden sollten, von den Eigenschaften des Subjekts abhängen muss, das ihnen ausgesetzt ist, aber keiner der derzeit gebräuchlichen Hitzestressindizes berücksichtigt dies formell “. Der jüngste Anstieg der Standardisierung (z. B. ISO 7933 (1989b) und ISO 7243 (1989a)) hat zu einem Druck geführt, weltweit ähnliche Indizes einzuführen. Es wird jedoch notwendig sein, Erfahrungen mit der Verwendung eines neuen Indexes zu sammeln.
Die meisten Hitzestress-Indizes gehen direkt oder indirekt davon aus, dass die Hauptbelastung des Körpers durch Schwitzen entsteht. Je mehr Schwitzen beispielsweise erforderlich ist, um den Wärmehaushalt und die innere Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, desto größer ist die Belastung für den Körper. Damit ein Hitzestressindex die thermische Umgebung des Menschen darstellt und Hitzebelastung vorhersagen kann, ist ein Mechanismus erforderlich, um die Fähigkeit einer schwitzenden Person abzuschätzen, Wärme in der heißen Umgebung zu verlieren.
Ein Index, der sich auf die Verdunstung von Schweiß an die Umgebung bezieht, ist nützlich, wenn Personen die innere Körpertemperatur im Wesentlichen durch Schwitzen aufrechterhalten. Diese Bedingungen werden allgemein als in der bezeichnet vorgeschriebene Zone (WHO 1969). Daher bleibt die tiefe Körpertemperatur relativ konstant, während die Herzfrequenz und die Schweißrate bei Hitzestress ansteigen. An der oberen Grenze der vorgeschriebenen Zone (ULPZ) reicht die Thermoregulation nicht aus, um den Wärmehaushalt aufrechtzuerhalten, und die Körpertemperatur steigt. Dies wird als die bezeichnet Umweltorientierte Zone (WHO 1969). In dieser Zone hängt die Wärmespeicherung mit dem Anstieg der Körperinnentemperatur zusammen und kann als Index verwendet werden, um zulässige Expositionszeiten zu bestimmen (z. B. basierend auf einer vorhergesagten Sicherheitsgrenze für die „Kern“-Temperatur von 38 °C; siehe Abbildung 1).
Abbildung 1. Berechnete Verteilungen von Wasser im extrazellulären Kompartiment (ECW) und intrazellulären Kompartiment (ICW) vor und nach 2 h körperlicher Dehydrierung bei 30 °C Raumtemperatur.
Hitzestressindizes können bequem kategorisiert werden als rational, empirisch or Direkt. Rationale Indizes basieren auf Berechnungen mit der Wärmebilanzgleichung; empirische Indizes basieren auf der Aufstellung von Gleichungen aus den physiologischen Reaktionen menschlicher Probanden (z. B. Schweißverlust); und direkte Indizes basieren auf der Messung (normalerweise Temperatur) von Instrumenten, die verwendet werden, um die Reaktion des menschlichen Körpers zu simulieren. Die einflussreichsten und am weitesten verbreiteten Hitzestress-Indizes werden im Folgenden beschrieben.
Rationale Indizes
Der Hitzestressindex (HSI)
Der Hitzestressindex ist das Verhältnis der Verdunstung, das erforderlich ist, um das Wärmegleichgewicht aufrechtzuerhalten (Ereq) auf die maximal erreichbare Verdunstung in der Umgebung (Emax), ausgedrückt in Prozent (Belding und Hatch 1955). Gleichungen sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1. Bei der Berechnung des Hitzestressindex (HSI) und der zulässigen Expositionszeiten (AET) verwendete Gleichungen
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Gekleidet |
Unbekleidet |
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(1) Strahlungsverlust (R)
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|
für |
4.4 |
7.3 |
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(2) Konvektionsverlust (C)
|
|
für |
4.6 |
7.6
|
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(3) Maximaler Verdunstungsverlust (
|
|
für |
7.0 |
11.7
|
|
(4) Erforderlicher Verdampfungsverlust (
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(5) Hitzestressindex (HSI) |
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(6) Zulässige Belichtungszeit (AET) |
|
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|
|
)
(Obergrenze von 390 
)
)
wo: M = Stoffwechselleistung; 
= Lufttemperatur; 
= Strahlungstemperatur; 
= Dampfpartialdruck; v = Luftgeschwindigkeit
Das HSI als Index wird daher für Werte zwischen 0 und 100 auf die Belastung bezogen, im Wesentlichen in Bezug auf das Schwitzen des Körpers. At HSI = 100 ist die erforderliche Verdunstung das maximal erreichbare und damit die obere Grenze des Vorgabebereichs. Für HSI>100 liegt eine Körperwärmespeicherung vor und die zulässigen Expositionszeiten werden auf der Grundlage eines Anstiegs der Kerntemperatur um 1.8 °C berechnet (Wärmespeicherung von 264 kJ). Für HSI0 Es gibt eine leichte Kältebelastung – zum Beispiel, wenn sich Arbeiter von einer Hitzebelastung erholen (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2. Interpretation der Hitzestressindex (HSI)-Werte
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HSI |
Wirkung einer achtstündigen Exposition |
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-20 |
Leichte Kältebelastung (z. B. Erholung nach Hitzeeinwirkung). |
|
0 |
Keine thermische Belastung |
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10-30 |
Leichte bis mittlere Hitzebelastung. Geringe Auswirkung auf körperliche Arbeit, aber mögliche Auswirkung auf qualifizierte Arbeit |
|
40-60 |
Starke Hitzebelastung, die eine Gesundheitsgefährdung mit sich bringt, es sei denn, Sie sind körperlich fit. Akklimatisierung erforderlich |
|
70-90 |
Sehr starke Hitzebelastung. Das Personal sollte durch ärztliche Untersuchung ausgewählt werden. Achten Sie auf eine ausreichende Wasser- und Salzaufnahme |
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100 |
Tägliche Höchstbelastung für fitte, akklimatisierte junge Männer |
|
Über 100 |
Expositionszeit begrenzt durch Anstieg der tiefen Körpertemperatur |
Eine Obergrenze von 390 W/m2 ist zugeordnet Emax (Schweißrate von 1 l/h, angenommen als die maximale Schweißrate, die über 8 h aufrechterhalten wird). Es werden einfache Annahmen über die Auswirkungen der Kleidung (langärmliges Hemd und Hose) getroffen und die Hauttemperatur wird als konstant bei 35 °C angenommen.
Der Index der thermischen Belastung (ITS)
Givoni (1963, 1976) lieferte den Index of Thermal Stress, der eine verbesserte Version des Heat Stress Index war. Eine wichtige Verbesserung ist die Erkenntnis, dass nicht aller Schweiß verdunstet. (Siehe „I. Index der thermischen Belastung“ in Fallstudie: Wärmeindizes.)
Erforderliche Schweißrate
Eine theoretische und praktische Weiterentwicklung des HSI und ITS war die geforderte Schweißrate (SWreq)-Index (Vogt et al. 1981). Dieser Index berechnete das für das Wärmegleichgewicht erforderliche Schwitzen aus einer verbesserten Wärmegleichgewichtsgleichung, stellte aber vor allem auch eine praktische Methode zur Interpretation von Berechnungen bereit, indem das Erforderliche mit dem verglichen wurde, was physiologisch möglich und beim Menschen akzeptabel ist.
Umfangreiche Diskussionen und Labor- und Industriebewertungen (CEC 1988) dieses Index führten dazu, dass er als Internationaler Standard ISO 7933 (1989b) akzeptiert wurde. Unterschiede zwischen beobachteten und vorhergesagten Reaktionen von Arbeitnehmern führten zur Aufnahme von Warnhinweisen zu Methoden zur Bewertung von Dehydration und Verdunstungswärmeübertragung durch Kleidung in die Annahme als vorgeschlagene Europäische Norm (prEN-12515). (Siehe „II. Erforderliche Schweißrate“ in Fallstudie: Wärmeindizes.)
Interpretation von SWreq
Referenzwerte – in Bezug darauf, was akzeptabel ist oder was Personen erreichen können – werden verwendet, um eine praktische Interpretation der berechneten Werte bereitzustellen (siehe Tabelle 3).
Tabelle 3. Referenzwerte für Kriterien der thermischen Spannung und Dehnung (ISO 7933, 1989b)
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Eigenschaften |
Nicht akklimatisierte Probanden |
Akklimatisierte Themen |
|||
|
Warnung |
Achtung |
Warnung |
Achtung |
||
|
Maximale Hautbenetzung |
|||||
|
wmax |
0.85 |
0.85 |
1.0 |
1.0 |
|
|
Maximale Schweißrate |
|||||
|
Ruhe (M 65 Wm-2 ) |
SWmax Wm-2 gh-1 |
100 |
150 |
200 |
300 |
|
260 |
390 |
520 |
780 |
||
|
Arbeit (M≥65 Wm-2 ) |
SWmax Wm-2 gh-1 |
200 |
250 |
300 |
400 |
|
520 |
650 |
780 |
1,040 |
||
|
Maximale Wärmespeicherung |
|||||
|
Qmax |
Wm-2 |
50 |
60 |
50 |
60 |
|
Maximaler Wasserverlust |
|||||
|
Dmax |
Wm-2 g |
1,000 |
1,250 |
1,500 |
2,000 |
|
2,600 |
3,250 |
3,900 |
5,200 |
||
Zunächst eine Vorhersage der Hautbenetzung (Wp), verdunstungsrate (Ep) und Schweißrate (SWp) werden hergestellt. Wenn das, was als erforderlich berechnet wurde, erreicht werden kann, handelt es sich im Wesentlichen um vorhergesagte Werte (z. SWp = SWreq). Wenn sie nicht erreicht werden können, können die Maximalwerte genommen werden (z. B. SWp=SWmax). Weitere Einzelheiten sind in einem Entscheidungsflussdiagramm angegeben (siehe Abbildung 2).
Abbildung 2. Entscheidungsflussdiagramm für 
(erforderliche Schweißrate).
Wenn die erforderliche Schweißrate von Personen erreicht werden kann und kein unannehmbarer Wasserverlust verursacht wird, gibt es keine Begrenzung aufgrund der Hitzeeinwirkung über eine 8-Stunden-Schicht. Wenn nicht, die zeitlich begrenzten Expositionen (DLE) errechnen sich aus:
Wann Ep = Ereq und SWp = Dmax/8, dann DLE = 480 Minuten und SWreq kann als Hitzestressindex verwendet werden. Wenn die oben genannten Punkte nicht erfüllt sind, dann:
DLE1 = 60Qmax/( Ereq -Ep)
DLE2 = 60Dmax/SWp
DLE ist der untere von DLE1 und DLE2. Ausführlichere Einzelheiten sind in ISO 7933 (1989b) enthalten.
Andere rationale Indizes
Das SWreq Index und ISO 7933 (1989) bieten die ausgeklügeltste rationale Methode auf der Grundlage der Wärmebilanzgleichung, und sie waren große Fortschritte. Weitere Entwicklungen mit diesem Ansatz können gemacht werden; Ein alternativer Ansatz besteht jedoch darin, ein thermisches Modell zu verwenden. Im Wesentlichen liefern die Neue Effektive Temperatur (ET*) und die Standard Effektive Temperatur (SET) Indizes, die auf dem Zwei-Knoten-Modell der menschlichen Thermoregulation basieren (Nishi und Gagge 1977). Auch Givoni und Goldman (1972, 1973) liefern empirische Vorhersagemodelle zur Beurteilung von Hitzestress.
Empirische Indizes
Effektive Temperatur undkorrigierte effektive Temperatur
Der effektive Temperaturindex (Houghton und Yaglou 1923) wurde ursprünglich eingeführt, um eine Methode zur Bestimmung der relativen Auswirkungen von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit auf den Komfort bereitzustellen. Drei Probanden beurteilten, welche von zwei Klimakammern wärmer war, indem sie zwischen den beiden hindurchgingen. Unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit (und später anderer Parameter) wurden Linien gleicher Behaglichkeit ermittelt. Sofortige Abdrücke wurden gemacht, damit die transiente Reaktion aufgezeichnet wurde. Dies hatte zur Folge, dass die Wirkung der Feuchtigkeit bei niedrigen Temperaturen überbetont und bei hohen Temperaturen (im Vergleich zu stationären Reaktionen) unterschätzt wurde. Obwohl ursprünglich ein Komfortindex, lieferte die Verwendung der Schwarzkugeltemperatur als Ersatz für die Trockenkugeltemperatur in den ET-Nomogrammen die korrigierte effektive Temperatur (CET) (Bedford 1940). Die von Macpherson (1960) berichtete Forschung legte nahe, dass die CET die physiologischen Wirkungen einer Erhöhung der mittleren Strahlungstemperatur vorhersagte. ET und CET werden heute selten als Komfortindizes verwendet, wurden jedoch als Hitzestressindizes verwendet. Bedford (1940) schlug CET als Wärmeindex vor, mit Obergrenzen von 34 °C für „angemessene Effizienz“ und 38.6 °C für Toleranz. Weitere Untersuchungen zeigten jedoch, dass ET schwerwiegende Nachteile für die Verwendung als Hitzestressindex hatte, was zum Index der vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate (PXNUMXSR) führte.
Vorhergesagte Vier-Stunden-Schweißrate
Der Index der vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate (P1947SR) wurde in London von McArdle et al. (7) und in Singapur in 1960 Jahren Arbeit ausgewertet, zusammengefasst von Macpherson (4). Es ist die Menge an Schweiß, die von fitten, akklimatisierten jungen Männern abgesondert wird, die XNUMX Stunden lang der Umgebung ausgesetzt sind, während sie während eines Seegefechts Waffen mit Munition laden. Die einzelne Zahl (Indexwert), die die Auswirkungen der sechs Grundparameter zusammenfasst, ist eine Schweißmenge der spezifischen Bevölkerung, sollte jedoch als Indexwert und nicht als Hinweis auf eine Schweißmenge in einer einzelnen Gruppe verwendet werden Interesse.
Es wurde anerkannt, dass außerhalb der vorgeschriebenen Zone (z. B. P4SR>5 l) Schweißrate war kein guter Indikator für Belastung. Die P4SR-Nomogramme (Abbildung 3) wurden angepasst, um dies zu berücksichtigen. Der P4SR scheint unter den Bedingungen, für die er entwickelt wurde, nützlich gewesen zu sein; Die Auswirkungen von Kleidung werden jedoch zu stark vereinfacht und sind als Wärmespeicherindex am nützlichsten. McArdleet al. (1947) schlugen einen P4SR von 4.5 l als Grenze vor, bei der keine Behinderung fitter, akklimatisierter junger Männer auftritt.
Abbildung 3. Nomogramm zur Vorhersage der „vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate“ (P4SR).
Herzfrequenzvorhersage als Index
Fuller und Brouha (1966) schlugen einen einfachen Index vor, der auf der Vorhersage der Herzfrequenz (HR) in Schlägen pro Minute basiert. Die ursprünglich formulierte Beziehung mit Stoffwechselrate in BTU/h und Dampfpartialdruck in mmHg lieferte eine einfache Vorhersage der Herzfrequenz aus (T + p), daher die T + p Index.
Givoni und Goldman (1973) liefern auch Gleichungen für die Änderung der Herzfrequenz mit der Zeit und auch Korrekturen für den Akklimatisierungsgrad von Probanden, die angegeben sind Fallstudie" Wärmeindizes unter „IV. Pulsschlag".
Eine Methode der Arbeits- und Erholungsherzfrequenz wird von NIOSH (1986) (aus Brouha 1960 und Fuller und Smith 1980, 1981) beschrieben. Körpertemperatur und Pulsfrequenz werden während der Erholung nach einem Arbeitszyklus oder zu bestimmten Zeiten während des Arbeitstages gemessen. Am Ende eines Arbeitszyklus sitzt der Arbeiter auf einem Hocker, es wird die orale Temperatur gemessen und die folgenden drei Pulsfrequenzen aufgezeichnet:
P1—Pulsfrequenz von 30 Sekunden bis 1 Minute gezählt
P2—Pulsfrequenz von 1.5 bis 2 Minuten gezählt
P3—Pulsfrequenz von 2.5 bis 3 Minuten gezählt
Das ultimative Kriterium in Bezug auf die Hitzebelastung ist eine orale Temperatur von 37.5 ºC.
If P3≤90 bpm und P3-P1 = 10 bpm, dies zeigt an, dass das Arbeitsniveau hoch ist, aber die Körpertemperatur nur wenig ansteigt. Wenn P3>90 bpm und P3-P110 bpm ist die Belastung (Hitze + Arbeit) zu hoch und es besteht Handlungsbedarf, um die Arbeit neu zu gestalten.
Vogtet al. (1981) und ISO 9886 (1992) stellen ein Modell (Tabelle 4) zur Verfügung, das die Herzfrequenz zur Bewertung thermischer Umgebungen verwendet:
Tabelle 4. Modell mit Herzfrequenz zur Beurteilung von Hitzestress
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Gesamtherzfrequenz |
Aktivitätslevel |
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HR0 |
Ruhe (thermische Neutralität) |
|
HR0 + PersonalwesenM |
Arbeiten |
|
HR0 + PersonalwesenS |
Statische Anstrengung |
|
HR0 + Personalwesent |
Thermische Belastung |
|
HR0 + PersonalwesenN |
Emotion (psychologisch) |
|
HR0 + Personalwesene |
Restwert |
Basierend auf Vogt et al. (1981) und ISO 9886 (1992).
Der Anteil der thermischen Dehnung (möglicher Wärmespannungsindex) errechnet sich aus:
HRt = HRr-HR0
woher HRr ist die Herzfrequenz nach Erholung und HR0 ist die Ruheherzfrequenz in einer thermisch neutralen Umgebung.
Indizes für direkten Hitzestress
Der Feuchtkugel-Globustemperaturindex
Der WBGT-Index (Wet Bulb Globe Temperature) ist weltweit der mit Abstand am weitesten verbreitete. Es wurde in einer US-Navy-Untersuchung über Hitzeverluste während des Trainings (Yaglou und Minard 1957) als Annäherung an die umständlichere korrigierte effektive Temperatur (CET) entwickelt, die modifiziert wurde, um die Sonnenabsorption grüner Militärkleidung zu berücksichtigen.
WBGT-Grenzwerte wurden verwendet, um anzuzeigen, wann Militärrekruten trainieren konnten. Es wurde festgestellt, dass durch die Verwendung des WBGT-Index anstelle der Lufttemperatur allein Hitzeverluste und Zeitverluste aufgrund der Beendigung des Trainings in der Hitze reduziert wurden. Der WBGT-Index wurde von NIOSH (1972), ACGIH (1990) und ISO 7243 (1989a) übernommen und wird noch heute vorgeschlagen. ISO 7243 (1989a), basierend auf dem WBGT-Index, bietet eine Methode, die in einer heißen Umgebung einfach anzuwenden ist, um eine „schnelle“ Diagnose zu stellen. Die Spezifikation der Messgeräte ist in der Norm enthalten, ebenso WBGT-Grenzwerte für akklimatisierte oder nicht akklimatisierte Personen (siehe Tabelle 5). Beispielsweise beträgt der Grenzwert für eine ruhende, akklimatisierte Person in 0.6 clo 33ºC WBGT. Die Grenzwerte in ISO 7243 (1989a) und NIOSH 1972 sind nahezu identisch. Die Berechnung des WBGT-Index ist in Abschnitt V des Anhangs angegeben Fallstudie: Hitzeindizes.
Tabelle 5. WBGT-Referenzwerte aus ISO 7243 (1989a)
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Stoffwechselrate M (Wm-2 ) |
Referenzwert des WBGT |
|||
|
Person akklimatisiert |
Person nicht akklimatisiert |
|||
|
0. Ruhe M≤65 |
33 |
32 |
||
|
1. 65 M ≤ 130 |
30 |
29 |
||
|
2. 130 M ≤ 200 |
28 |
26 |
||
|
Keine spürbare Luftbewegung |
Sensible Luftbewegung |
Keine spürbare Luftbewegung |
Sensible Luftbewegung |
|
|
3. 200M260 |
25 |
26 |
22 |
23 |
|
4. M>260 |
23 |
25 |
18 |
20 |
Hinweis: Die angegebenen Werte wurden unter Berücksichtigung einer maximalen Rektaltemperatur von 38 °C für die betreffenden Personen ermittelt.
Die Einfachheit des Index und seine Verwendung durch einflussreiche Gremien haben zu seiner weit verbreiteten Akzeptanz geführt. Wie alle direkten Indizes hat es Einschränkungen, wenn es zur Simulation menschlicher Reaktionen verwendet wird, und sollte in praktischen Anwendungen mit Vorsicht verwendet werden. Es ist möglich, tragbare Instrumente zu kaufen, die den WBGT-Index bestimmen (z. B. Olesen 1985).
Physiologischer Wärmebelastungsgrenzwert (PHEL)
Dasler (1974, 1977) liefert WBGT-Grenzwerte, die auf einer Vorhersage der Überschreitung beliebiger zweier physiologischer Grenzen (aus experimentellen Daten) unzulässiger Belastung basieren. Die Grenzen sind gegeben durch:
PHEL=(17.25 × 108-12.97M× 106+18.61M2 × 103) ×WBGT-5.36
Dieser Index verwendet daher den WBGT-Direktindex in der umweltgetriebenen Zone (siehe Abbildung 4), in der Wärmespeicherung auftreten kann.
Wet Globe Temperature (WGT)-Index
Die Temperatur einer nassen schwarzen Kugel geeigneter Größe kann als Index für Hitzestress verwendet werden. Das Prinzip ist, dass es sowohl durch trockene als auch durch Verdunstungswärmeübertragung beeinflusst wird, wie es bei einem schwitzenden Mann der Fall ist, und die Temperatur kann dann mit Erfahrung als Hitzestressindex verwendet werden. Olesen (1985) beschreibt WGT als die Temperatur einer schwarzen Kugel mit einem Durchmesser von 2.5 mm (63.5 Zoll), die mit einem feuchten schwarzen Tuch bedeckt ist. Die Temperatur wird abgelesen, wenn das Gleichgewicht nach etwa 10 bis 15 Minuten Exposition erreicht ist. NIOSH (1986) beschreibt den Botsball (Botsford 1971) als das einfachste und am leichtesten ablesbare Instrument. Es ist eine 3 Zoll (76.2 mm) große Kupferkugel, die von einem schwarzen Tuch bedeckt ist, das zu 100 % aus einem sich selbst versorgenden Wasserreservoir benetzt wird. Das Messelement eines Thermometers befindet sich in der Mitte der Kugel, und die Temperatur wird auf einem (farbcodierten) Zifferblatt abgelesen.
Eine einfache Gleichung, die WGT mit WBGT in Beziehung setzt, lautet:
WBGT = WGT + 2 °C
für Bedingungen mit mäßiger Strahlungswärme und Feuchtigkeit (NIOSH 1986), aber natürlich kann diese Beziehung nicht für einen weiten Bereich von Bedingungen gelten.
Der Oxford-Index
Lind (1957) schlug einen einfachen, direkten Index vor, der für die lagerungsbegrenzte Wärmeeinwirkung verwendet wird und auf einer gewichteten Summe der angesaugten Feuchtkugeltemperatur (Twb) und Trockenkugeltemperatur (Tdb):
WD = 0.85 Twb + 0.15 Tdb
Anhand dieses Index wurden die zulässigen Expositionszeiten für Grubenwehren zugrunde gelegt. Es ist weit verbreitet, aber nicht geeignet, wenn eine signifikante Wärmestrahlung vorhanden ist.
Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
NIOSH (1986) bietet eine umfassende Beschreibung der Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen, einschließlich präventiver medizinischer Praktiken. Ein Vorschlag für die medizinische Überwachung von Personen, die heißen oder kalten Umgebungen ausgesetzt sind, ist in ISO CD 12894 (1993) enthalten. Es sollte immer daran erinnert werden, dass es sich um ein grundlegendes Menschenrecht handelt, das 1985 bekräftigt wurde Deklaration von Helsinki, dass sich Personen, wenn möglich, jeder extremen Umgebung ohne Erklärungsbedarf entziehen können. Wo eine Exposition stattfindet, werden definierte Arbeitspraktiken die Sicherheit erheblich verbessern.
Es ist ein vernünftiger Grundsatz in der Umweltergonomie und in der Arbeitshygiene, dass der Umweltstressor, wo immer möglich, an der Quelle reduziert werden sollte. NIOSH (1986) unterteilt Kontrollmethoden in fünf Typen. Diese sind in Tabelle 6 dargestellt.
Tabelle 6. Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
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A. Technische Kontrollen |
Beispiel |
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1. Wärmequelle reduzieren |
Entfernen Sie sich von Arbeitern oder reduzieren Sie die Temperatur. Nicht immer praktikabel. |
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2. Konvektionswärmekontrolle |
Lufttemperatur und Luftbewegungen ändern. Punktkühler können nützlich sein. |
|
3. Strahlungswärmesteuerung |
Reduzieren Sie die Oberflächentemperaturen oder platzieren Sie eine reflektierende Abschirmung zwischen Strahlungsquelle und Arbeitern. Emissionsgrad der Oberfläche ändern. Verwenden Sie Türen, die sich nur öffnen, wenn der Zugang erforderlich ist. |
|
4. Verdunstungswärmeregelung |
Luftbewegung erhöhen, Wasserdampfdruck verringern. Verwenden Sie Ventilatoren oder Klimaanlagen. Kleidung nass machen und Luft über die Person blasen. |
|
B. Arbeits- und Hygienepraktiken |
Beispiel |
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1. Begrenzung der Belichtungszeit und/oder |
Arbeiten Sie zu kühleren Tages- und Jahreszeiten. Sorgen Sie für kühle Bereiche zum Ausruhen und Erholen. Zusätzliches Personal, die Freiheit der Arbeitnehmer, die Arbeit zu unterbrechen, die Wasseraufnahme zu erhöhen. |
|
2. Reduzieren Sie die metabolische Wärmebelastung |
Mechanisierung. Auftrag neu gestalten. Arbeitszeit reduzieren. Belegschaft erhöhen. |
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3. Erhöhen Sie die Toleranzzeit |
Wärmeakklimatisierungsprogramm. Mitarbeiter körperlich fit halten. Stellen Sie sicher, dass der Wasserverlust ersetzt wird, und halten Sie bei Bedarf das Elektrolytgleichgewicht aufrecht. |
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4. Gesundheits- und Sicherheitstraining |
Betreuer, die im Erkennen von Anzeichen einer Hitzekrankheit und in Erster Hilfe geschult sind. Grundlegende Unterweisung des gesamten Personals über persönliche Vorsichtsmaßnahmen, Gebrauch von Schutzausrüstung und Auswirkungen nichtberuflicher Faktoren (z. B. Alkohol). Nutzung eines „Buddy“-Systems. Notfallpläne für die Behandlung sollten vorhanden sein. |
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5. Screening auf Hitzeintoleranz |
Vorgeschichte früherer Hitzeerkrankungen. Körperlich untauglich. |
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C. Hitzewarnprogramm |
Beispiel |
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1. Im Frühjahr Hitzealarm einrichten |
Lehrgang vereinbaren. Memos an Vorgesetzte zur Überprüfung von Trinkbrunnen usw. Überprüfung von Einrichtungen, Praktiken, Bereitschaft usw. |
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2. Erklären Sie Hitzealarm in vorhergesagt |
Verschieben Sie nicht dringende Aufgaben. Erhöhen Sie die Arbeiter, erhöhen Sie die Ruhe. Erinnern Sie die Arbeiter daran, zu trinken. Arbeitspraktiken verbessern. |
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D. Zusätzliche Körperkühlung und Schutzkleidung |
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Verwenden Sie es, wenn es nicht möglich ist, Arbeiter, Arbeit oder Umgebung zu ändern, und die Hitzebelastung immer noch grenzenlos ist. Personen sollten vollständig hitzeakklimatisiert und in Gebrauch und Praxis des Tragens der Schutzkleidung gut geschult sein. Beispiele sind wassergekühlte Kleidungsstücke, luftgekühlte Kleidungsstücke, Eisbeutelwesten und benetzte Oberbekleidung. |
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E. Leistungsabfall |
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Es muss daran erinnert werden, dass das Tragen von Schutzkleidung, die vor toxischen Stoffen schützt, die Hitzebelastung erhöht. Jegliche Kleidung beeinträchtigt Aktivitäten und kann die Leistung beeinträchtigen (z. B. Verringerung der Fähigkeit, sensorische Informationen aufzunehmen, wodurch beispielsweise Hör- und Sehvermögen beeinträchtigt werden). |
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Quelle: NIOSH 1986.
Es wurde viel militärische Forschung zu sogenannter ABC-Schutzkleidung (nuklear, biologisch, chemisch) betrieben. In heißen Umgebungen ist es nicht möglich, die Kleidung auszuziehen, und die Arbeitspraktiken sind sehr wichtig. Ein ähnliches Problem tritt bei Arbeitern in Kernkraftwerken auf. Zu den Methoden zum schnellen Abkühlen der Arbeiter, damit sie wieder leistungsfähig sind, gehört es, die äußere Oberfläche der Kleidung mit Wasser abzutupfen und trockene Luft darüber zu blasen. Andere Techniken umfassen aktive Kühlvorrichtungen und Verfahren zum Kühlen lokaler Bereiche des Körpers. Die Übertragung von Militärbekleidungstechnologie auf industrielle Situationen ist eine neue Innovation, aber vieles ist bekannt, und angemessene Arbeitspraktiken können das Risiko erheblich reduzieren.
Tabelle 7. Bei der Berechnung des Index und Bewertungsverfahren von ISO 7933 (1989b) verwendete Gleichungen
für natürliche Konvektion
or 
, für eine Annäherung oder wenn Werte außerhalb der Grenzen liegen, für die die Gleichung abgeleitet wurde.
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Tabelle 8. Beschreibung der in ISO 7933 (1989b) verwendeten Begriffe
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Symbol |
Bedingungen |
Einheit |
|
|
Anteil der Hautoberfläche, der am Wärmeaustausch durch Strahlung beteiligt ist |
ND |
|
C |
Wärmeaustausch auf der Haut durch Konvektion |
Wm-2 |
|
|
Atemwärmeverlust durch Konvektion |
Wm-2 |
|
E |
Wärmefluss durch Verdunstung an der Hautoberfläche |
Wm-2 |
|
|
maximale Verdunstungsrate, die bei vollständig nasser Haut erreicht werden kann |
Wm-2 |
|
|
erforderliche Verdunstung für das thermische Gleichgewicht |
Wm-2 |
|
|
Atemwärmeverlust durch Verdunstung |
Wm-2 |
|
|
Hautemissionsgrad (0.97) |
ND |
|
|
Reduktionsfaktor für sensiblen Wärmeaustausch durch Kleidung |
ND |
|
|
Reduktionsfaktor für latenten Wärmeaustausch |
ND |
|
|
Verhältnis der bekleideten zur unbekleideten Oberfläche des Probanden |
ND |
|
|
Konvektiver Wärmedurchgangskoeffizient |
|
|
|
Verdunstungswärmeübertragungskoeffizient |
|
|
|
Strahlungswärmeübertragungskoeffizient |
|
|
|
grundlegende trockene Wärmeisolierung von Kleidung |
|
|
K |
Wärmeaustausch auf der Haut durch Leitung |
Wm-2 |
|
M |
Stoffwechselleistung |
Wm-2 |
|
|
partieller Dampfdruck |
kPa |
|
|
Sättigungsdampfdruck bei Hauttemperatur |
kPa |
|
R |
Wärmeaustausch auf der Haut durch Strahlung |
Wm-2 |
|
|
Gesamtverdunstungswiderstand der Grenzschicht von Luft und Kleidung |
|
|
|
Verdunstungseffizienz bei erforderlicher Schweißrate |
ND |
|
|
erforderliche Schweißrate für das thermische Gleichgewicht |
Wm-2 |
|
|
Stefan-Boltzman-Konstante, |
|
|
|
Lufttemperatur |
|
|
|
mittlere Strahlungstemperatur |
|
|
|
mittlere Hauttemperatur |
|
|
|
Luftgeschwindigkeit für ein stationäres Objekt |
|
|
|
relative Luftgeschwindigkeit |
|
|
W |
mechanische Kraft |
Wm-2 |
|
|
Hautbenetzung |
ND |
|
|
Hautbenetzung erforderlich |
ND |
ND = dimensionslos.
Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
NIOSH (1986) bietet eine umfassende Beschreibung der Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen, einschließlich präventiver medizinischer Praktiken. Ein Vorschlag für die medizinische Überwachung von Personen, die heißen oder kalten Umgebungen ausgesetzt sind, ist in ISO CD 12894 (1993) enthalten. Es sollte immer daran erinnert werden, dass es sich um ein grundlegendes Menschenrecht handelt, das 1985 bekräftigt wurdeDeklaration von Helsinki, dass sich Personen, wenn möglich, jeder extremen Umgebung ohne Erklärungsbedarf entziehen können. Wo eine Exposition stattfindet, werden definierte Arbeitspraktiken die Sicherheit erheblich verbessern.
Es ist ein vernünftiger Grundsatz in der Umweltergonomie und in der Arbeitshygiene, dass der Umweltstressor, wo immer möglich, an der Quelle reduziert werden sollte. NIOSH (1986) unterteilt Kontrollmethoden in fünf Typen. Diese sind in Tabelle 7 dargestellt. Es wurde viel militärische Forschung zu sogenannter ABC-Schutzkleidung (nuklear, biologisch, chemisch) betrieben. In heißen Umgebungen ist es nicht möglich, die Kleidung auszuziehen, und die Arbeitspraktiken sind sehr wichtig. Ein ähnliches Problem tritt bei Arbeitern in Kernkraftwerken auf. Zu den Methoden zum schnellen Abkühlen der Arbeiter, damit sie wieder leistungsfähig sind, gehört es, die äußere Oberfläche der Kleidung mit Wasser abzutupfen und trockene Luft darüber zu blasen. Andere Techniken umfassen aktive Kühlvorrichtungen und Verfahren zum Kühlen lokaler Bereiche des Körpers. Die Übertragung von Militärbekleidungstechnologie auf industrielle Situationen ist eine neue Innovation, aber vieles ist bekannt, und angemessene Arbeitspraktiken können das Risiko erheblich reduzieren.
Bewertung einer heißen Umgebung unter Verwendung von ISO-Normen
Das folgende hypothetische Beispiel zeigt, wie ISO-Normen bei der Bewertung heißer Umgebungen verwendet werden können (Parsons 1993):
Arbeiter in einem Stahlwerk verrichten Arbeit in vier Phasen. Sie ziehen Kleidung an und verrichten 1 Stunde lang leichte Arbeiten in einer heißen, strahlenden Umgebung. Sie ruhen sich 1 Stunde lang aus und verrichten dann eine Stunde lang dieselbe leichte Arbeit, abgeschirmt von der Strahlungswärme. Anschließend verrichten sie 30 Minuten lang eine Arbeit mit mäßiger körperlicher Aktivität in einer heißen Strahlungsumgebung.
ISO 7243 bietet eine einfache Methode zur Überwachung der Umgebung mithilfe des WBGT-Index. Liegen die berechneten WBGT-Werte unter den in der Norm angegebenen WBGT-Referenzwerten, sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Überschreiten die Werte die Referenzwerte (Tabelle 6), muss die Belastung der Beschäftigten reduziert werden. Dies kann durch technische Kontrollen und Arbeitspraktiken erreicht werden. Eine ergänzende oder alternative Maßnahme ist die Durchführung einer analytischen Bewertung nach ISO 7933.
Die WBGT-Werte für die Arbeiten sind in Tabelle 9 dargestellt und wurden gemäß den Angaben in ISO 7243 und ISO 7726 gemessen. Die Umwelt- und Personenfaktoren in Bezug auf die vier Arbeitsphasen sind in Tabelle 10 dargestellt.
Tabelle 9. WBGT-Werte (°C) für vier Arbeitsphasen
|
Arbeitsphase (Minuten) |
WBGT = WBGTank + 2 WBGTabd + WBGThd |
WBGT-Referenz |
|
0-60 |
25 |
30 |
|
60-90 |
23 |
33 |
|
90-150 |
23 |
30 |
|
150-180 |
30 |
28 |
Tabelle 10. Basisdaten für die analytische Bewertung nach ISO 7933
|
Arbeitsphase (Minuten) |
ta (° C) |
tr (° C) |
Pa (Kpa) |
v (Frau-1 ) |
clo (clo) |
Handlung (Wm-2 ) |
|
0-60 |
30 |
50 |
3 |
0.15 |
0.6 |
100 |
|
60-90 |
30 |
30 |
3 |
0.05 |
0.6 |
58 |
|
90-150 |
30 |
30 |
3 |
0.20 |
0.6 |
100 |
|
150-180 |
30 |
60 |
3 |
0.30 |
1.0 |
150 |
Es ist ersichtlich, dass für einen Teil der Arbeiten die WBGT-Werte die Referenzwerte übersteigen. Es wird der Schluss gezogen, dass eine detailliertere Analyse erforderlich ist.
Das in ISO 7933 dargestellte analytische Bewertungsverfahren wurde unter Verwendung der in Tabelle 10 dargestellten Daten und des im Anhang der Norm aufgeführten Computerprogramms durchgeführt. Die Ergebnisse für akklimatisierte Arbeiter in Bezug auf die Alarmstufe sind in Tabelle 11 dargestellt.
Tabelle 11. Analytische Bewertung nach ISO 7933
|
Arbeitsphase |
Voraussichtliche Werte |
Dauer |
Grund für |
||
|
tsk (° C) |
W (ND) |
SW (gh-1 ) |
|||
|
0-60 |
35.5 |
0.93 |
553 |
423 |
Wasserverlust |
|
60-90 |
34.6 |
0.30 |
83 |
480 |
Keine Begrenzung |
|
90-150 |
34.6 |
0.57 |
213 |
480 |
Keine Begrenzung |
|
150-180 |
35.7 |
1.00 |
566 |
45 |
Körpertemperatur |
|
Insgesamt: |
- |
0.82 |
382 |
480 |
Keine Begrenzung |
Eine Gesamtbetrachtung geht daher davon aus, dass für die Arbeit geeignete nicht akklimatisierte Arbeiter eine 8-Stunden-Schicht ohne unzumutbare (thermische) physiologische Belastung durchführen könnten. Wenn eine größere Genauigkeit erforderlich ist oder einzelne Arbeitnehmer bewertet werden sollen, bieten ISO 8996 und ISO 9920 detaillierte Informationen zur metabolischen Wärmeerzeugung und zur Isolierung von Kleidung. ISO 9886 beschreibt Methoden zur Messung der physiologischen Belastung von Arbeitnehmern und kann zur Gestaltung und Bewertung von Umgebungen für bestimmte Arbeitskräfte verwendet werden. In diesem Beispiel sind die mittlere Hauttemperatur, die Körperinnentemperatur, die Herzfrequenz und der Masseverlust von Interesse. ISO CD 12894 enthält Leitlinien zur ärztlichen Überwachung einer Untersuchung.