Kältestress ist definiert als eine thermische Belastung des Körpers, unter der größere Wärmeverluste als normal zu erwarten sind und kompensierende thermoregulatorische Maßnahmen erforderlich sind, um den Körper thermisch neutral zu halten. Normale Wärmeverluste beziehen sich daher auf das, was Menschen normalerweise unter Wohnbedingungen in Innenräumen erfahren (Lufttemperatur 20 bis 25 ° C).

Im Gegensatz zu Bedingungen in der Hitze sind Kleidung und Aktivität positive Faktoren in dem Sinne, dass mehr Kleidung den Wärmeverlust reduziert und mehr Aktivität eine höhere interne Wärmeproduktion und ein größeres Potenzial zum Ausgleich von Wärmeverlusten bedeutet. Dementsprechend konzentrieren sich Bewertungsmethoden auf die Bestimmung des erforderlichen Schutzes (Kleidung) bei bestimmten Aktivitätsniveaus, erforderlichen Aktivitätsniveaus für bestimmten Schutz oder „Temperatur“-Werte für bestimmte Kombinationen der beiden (Burton und Edholm 1955; Holmér 1988; Parsons 1993).

Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass es Grenzen gibt, wie viel Kleidung getragen werden kann und wie hoch ein Aktivitätsniveau über längere Zeiträume aufrechterhalten werden kann. Kälteschutzkleidung neigt dazu, voluminös und humpelnd zu sein. Für Bewegung und Bewegungen wird mehr Platz benötigt. Das Aktivitätsniveau kann durch Tempoarbeit bestimmt werden, sollte aber vorzugsweise von der Person kontrolliert werden. Für jedes Individuum gibt es eine bestimmte höchste Energieproduktionsrate, abhängig von der körperlichen Leistungsfähigkeit, die über längere Zeiträume aufrechterhalten werden kann. Daher kann eine hohe körperliche Belastbarkeit bei längeren, extremen Belastungen von Vorteil sein.

Dieser Artikel befasst sich mit Methoden zur Bewertung und Kontrolle von Kältestress. Probleme in organisatorischer, psychologischer, medizinischer und ergonomischer Hinsicht werden an anderer Stelle behandelt.

Kalte Arbeit

Kaltarbeit umfasst eine Vielzahl von Bedingungen unter natürlichen sowie künstlichen Bedingungen. Die extremste Kältebelastung ist mit Missionen im Weltraum verbunden. Kaltarbeitsbedingungen an der Erdoberfläche decken jedoch einen Temperaturbereich von mehr als 100 °C ab (Tabelle 1). Natürlich wird erwartet, dass das Ausmaß und die Schwere der Kältebelastung mit sinkender Umgebungstemperatur zunehmen.

Tabelle 1. Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen

Quelle: Modifiziert nach Holmér 1993.

Aus Tabelle 1 geht hervor, dass große Populationen von Outdoor-Arbeitern in vielen Ländern mehr oder weniger starkem Kältestress ausgesetzt sind. Darüber hinaus finden in allen Teilen der Welt Kühlhausarbeiten statt. Umfragen in skandinavischen Ländern zeigen, dass ca. 10 % der gesamten Arbeitnehmerschaft Kälte als einen großen Belästigungsfaktor am Arbeitsplatz betrachten.

Arten von Kältestress

Folgende Arten von Kältestress können definiert werden:

• Ganzkörperkühlung
• lokale Kühlung, einschließlich Extremitätenkühlung, konvektive Hautkühlung (Windchill), konduktive Hautkühlung (Kontaktkühlung) und Kühlung der Atemwege.

Höchstwahrscheinlich können mehrere, wenn nicht alle von diesen gleichzeitig vorhanden sein.

Bei der Beurteilung von Kältestress geht es um die Feststellung eines Risikos für eine oder mehrere der genannten Wirkungen. Typischerweise kann Tabelle 2 als erste grobe Einteilung verwendet werden. Generell nimmt Kältestress zu, je geringer die körperliche Aktivität und je weniger Schutz vorhanden ist.

Tabelle 2. Schematische Einteilung der Kaltarbeit

Die Angaben in der Tabelle sollten als Signal zum Handeln interpretiert werden. Das heißt, die jeweilige Art der Kältebelastung sollte bewertet und ggf. kontrolliert werden. Bei moderaten Temperaturen überwiegen Probleme mit Beschwerden und Funktionseinbußen durch lokale Abkühlung. Bei niedrigeren Temperaturen ist die drohende Gefahr eines Kälteschadens als Folge der anderen Effekte der entscheidende Faktor. Für viele der Wirkungen existieren noch keine diskreten Zusammenhänge zwischen Stresslevel und Wirkung. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein bestimmtes Kälteproblem auch außerhalb des in der Tabelle angegebenen Temperaturbereichs bestehen bleibt.

Bewertungsmethoden

Methoden zur Bewertung der Kältebelastung sind im ISO Technical Report 11079 (ISO TR 11079, 1993) dargestellt. Andere Standards zur Bestimmung der metabolischen Wärmeproduktion (ISO 8996, 1988), zur Schätzung der thermischen Eigenschaften von Kleidung (ISO 9920, 1993) und zu physiologischen Messungen (ISO DIS 9886, 1989c) liefern ergänzende Informationen, die für die Bewertung von Kältestress nützlich sind.

Abbildung 1 skizziert die Beziehungen zwischen Klimafaktoren, erwartetem Kühleffekt und empfohlener Bewertungsmethode. Weitere Einzelheiten zu Methoden und Datenerhebung sind unten angegeben.

Abbildung 1. Bewertung von Kältestress in Bezug auf klimatische Faktoren und Abkühlungseffekte.

Ganzkörperkühlung

Das Risiko einer Ganzkörperauskühlung wird durch die Analyse der Bedingungen für den Wärmehaushalt des Körpers ermittelt. Mit einer mathematischen Wärmebilanzgleichung wird der für den Wärmehaushalt bei definierter physiologischer Belastung erforderliche Isolationsgrad der Bekleidung berechnet. Der errechnete erforderliche Isolationswert IREQ kann als Kältespannungsindex angesehen werden. Der Wert gibt eine Schutzstufe an (ausgedrückt in Clo). Je höher der Wert, desto größer das Risiko eines Ungleichgewichts der Körperwärme. Die beiden Belastungsstufen entsprechen einer niedrigen Stufe (neutrales oder „Komfort“-Empfinden) und einer hohen Stufe (leicht kaltes bis kaltes Gefühl).

Die Verwendung von IREQ umfasst drei Bewertungsschritte:

• Bestimmung von IREQ für gegebene Expositionsbedingungen
• Vergleich des IREQ mit dem Schutzniveau der Kleidung
• Bestimmung der Expositionszeit, wenn das Schutzniveau einen geringeren Wert als IREQ hat

Abbildung 2 zeigt IREQ-Werte für geringe physiologische Belastung (neutrales Wärmeempfinden). Es werden Werte für verschiedene Aktivitätsniveaus angegeben.

Abbildung 2. IREQ-Werte, die erforderlich sind, um eine niedrige physiologische Belastung (neutrales thermisches Empfinden) bei unterschiedlichen Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Methoden zur Abschätzung der Aktivitätsniveaus sind in ISO 7243 (Tabelle 3) beschrieben.

Tabelle 3. Klassifikation der Stoffwechselraten

Quelle: ISO 7243 1989a

Sobald der IREQ für gegebene Bedingungen bestimmt ist, wird der Wert mit dem Schutzniveau der Kleidung verglichen. Der Schutzgrad eines Bekleidungsensembles wird durch seinen resultierenden Isolationswert („clo-Wert“) bestimmt. Diese Eigenschaft wird gemäß dem Entwurf der europäischen Norm prEN-342 (1992) gemessen. Sie kann auch aus tabellarischen Grunddämmwerten (ISO 9920) abgeleitet werden.

Tabelle 4. enthält Beispiele für grundlegende Isolationswerte für typische Ensembles. Die Werte müssen um die vermutete Reduktion durch Körperbewegung und Belüftung korrigiert werden. Typischerweise wird keine Korrektur für das Ruheniveau vorgenommen. Die Werte werden bei leichter Arbeit um 10 % und bei höherer Aktivität um 20 % reduziert.

Tabelle 4. Beispiele für grundlegende Isolationswerte (I^cl) von Kleidung*

*Die nominelle Schutzstufe gilt nur für statische, windstille Bedingungen (Ruhe). Bei erhöhtem Aktivitätsniveau müssen die Werte reduziert werden.

Quelle: Geändert von ISO/TR-11079 1993.

Das Schutzniveau der besten verfügbaren Bekleidungssysteme entspricht 3 bis 4 Clos. Wenn das verfügbare Kleidungssystem keine ausreichende Isolierung bietet, wird eine Frist für die tatsächlichen Bedingungen berechnet. Diese Frist hängt von der Differenz zwischen der erforderlichen und der verfügbaren Kleidungsisolierung ab. Da ein vollständiger Schutz vor Auskühlung nicht mehr gegeben ist, wird die Frist anhand einer zu erwartenden Reduzierung des Körperwärmegehalts berechnet. Ebenso kann eine Erholungszeit berechnet werden, um die gleiche Wärmemenge wiederherzustellen.

Abbildung 3 zeigt Beispiele für Zeitlimits für leichte und mittelschwere Arbeiten mit zwei Isolationsstufen der Kleidung. Zeitgrenzen für andere Kombinationen können durch Interpolation geschätzt werden. Abbildung 4 kann als Richtlinie zur Beurteilung der Expositionszeit verwendet werden, wenn die beste Kälteschutzkleidung verfügbar ist.

Abbildung 3. Zeitgrenzen für leichte und mittelschwere Arbeiten mit Kleidung mit zwei Isolationsstufen.

Abbildung 4. Zeitgewichtete IREQ-Werte für intermittierende und kontinuierliche Kälteeinwirkung.

Intermittierende Expositionen umfassen typischerweise Arbeitsperioden, die durch Aufwärmpausen oder durch Arbeitsperioden in einer wärmeren Umgebung unterbrochen werden. Unter den meisten Bedingungen findet wenig oder kein Ersatz von Kleidung statt (meistens aus praktischen Gründen). IREQ kann dann für die kombinierte Risikoposition als zeitlich gewichteter Durchschnitt bestimmt werden. Der Mittelungszeitraum darf nicht länger als ein bis zwei Stunden sein. Zeitgewichtete IREQ-Werte für einige Arten intermittierender Exposition sind in Abbildung 4 angegeben.

IREQ-Werte und Fristen sollten eher indikativ als normativ sein. Sie beziehen sich auf die durchschnittliche Person. Die individuelle Variation in Bezug auf Eigenschaften, Ansprüche und Vorlieben ist groß. Viele dieser Schwankungen müssen durch die Auswahl von Bekleidungsensembles mit großer Flexibilität in Bezug auf beispielsweise die Anpassung des Schutzniveaus gehandhabt werden.

Extremitätenkühlung

Die Extremitäten – insbesondere Finger und Zehen – sind anfällig für Auskühlung. Wenn keine ausreichende Wärmezufuhr durch warmes Blut aufrechterhalten werden kann, fällt die Gewebetemperatur fortschreitend. Die Durchblutung der Extremitäten wird durch energetische (für die Muskelaktivität erforderliche) sowie thermoregulatorische Bedürfnisse bestimmt. Wenn das Wärmegleichgewicht des ganzen Körpers in Frage gestellt wird, hilft die periphere Vasokonstriktion, die Kernwärmeverluste auf Kosten des peripheren Gewebes zu reduzieren. Bei hoher Aktivität steht mehr Wärme zur Verfügung und die Durchblutung der Extremitäten kann leichter aufrechterhalten werden.

Der Schutz, den Handbekleidung und Schuhe hinsichtlich der Reduzierung von Wärmeverlusten bieten, ist begrenzt. Bei geringer Wärmeeinbringung in die Extremität (z. B. bei Ruhe oder geringer Aktivität) ist die Isolierung, die erforderlich ist, um Hände und Füße warm zu halten, sehr groß (van Dilla, Day und Siple 1949). Der von Handschuhen und Fäustlingen gebotene Schutz sorgt nur für eine Verzögerung der Abkühlgeschwindigkeit und dementsprechend für längere Zeiten bis zum Erreichen einer kritischen Temperatur. Bei höheren Aktivitätsniveaus ermöglicht ein verbesserter Schutz warme Hände und Füße bei niedrigeren Umgebungstemperaturen.

Für die Beurteilung der Extremitätenkühlung steht keine Standardmethode zur Verfügung. ISO TR 11079 empfiehlt jedoch 24 °C und 15 °C als kritische Handtemperaturen für niedrige bzw. hohe Belastungen. Die Fingerspitzentemperatur kann leicht 5 bis 10 °C niedriger sein als die durchschnittliche Handhauttemperatur oder einfach die Temperatur des Handrückens.

Die Informationen in Abbildung 5 sind hilfreich, um akzeptable Expositionszeiten und den erforderlichen Schutz zu bestimmen. Die beiden Kurven beziehen sich auf Zustände mit und ohne Vasokonstriktion (hohes und niedriges Aktivitätsniveau). Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Finger isoliert sind (zwei Clos) und angemessene Kleidung getragen wird.

Abbildung 5. Fingerschutz.

Ein ähnlicher Kurvensatz sollte für die Zehen gelten. Zum Schutz der Füße kann jedoch mehr Clo verfügbar sein, was zu längeren Expositionszeiten führt. Dennoch folgt aus den Abbildungen 3 und 5, dass die Extremitätenkühlung höchstwahrscheinlich kritischer für die Expositionszeit ist als die Ganzkörperkühlung.

Der durch Handschuhe gebotene Schutz wird anhand von Methoden bewertet, die in der europäischen Norm EN-511 (1993) beschrieben sind. Die Wärmedämmung der gesamten Handbekleidung wird mit einem elektrisch beheizten Handmodell gemessen. Eine Windgeschwindigkeit von 4 m/s wird verwendet, um realistische Verschleißbedingungen zu simulieren. Die Leistung wird in vier Klassen erbracht (Tabelle 5).

Tabelle 5. Klassifizierung des thermischen Widerstands (I) zur Konvektionskühlung von Handschuhen

Quelle: Basierend auf EN 511 (1993).

Wenden Sie sich an Kalt

Der Kontakt zwischen bloßer Hand und kalten Oberflächen kann die Hauttemperatur schnell senken und zu Erfrierungsverletzungen führen. Bei Oberflächentemperaturen von bis zu 15 °C können Probleme auftreten. Insbesondere Metalloberflächen bieten hervorragende Leitfähigkeitseigenschaften und können Hautkontaktbereiche schnell kühlen.

Zur allgemeinen Bewertung der Kontaktkühlung existiert derzeit kein Standardverfahren. Folgende Empfehlungen können gegeben werden (ACGIH 1990; Chen, Nilsson und Holmér 1994; Enander 1987):

• Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 15 °C kann die Fingerfertigkeit beeinträchtigen.
• Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 7 °C kann zu Taubheitsgefühlen führen.
• Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 0 °C kann Erfrierungen oder Erfrierungen hervorrufen.
• Kurzzeitiger Kontakt mit Metalloberflächen unter –7 °C kann Erfrierungen oder Erfrierungen hervorrufen.
• Jeglicher Kontakt mit Flüssigkeiten bei Minustemperaturen muss vermieden werden.

Andere Materialien stellen eine ähnliche Abfolge von Gefahren dar, aber die Temperaturen sind bei weniger leitfähigem Material (Kunststoff, Holz, Schaum) niedriger.

Der Schutz vor Kontaktkühlung durch Handschuhe kann anhand der europäischen Norm EN 511 bestimmt werden. Es werden vier Leistungsklassen angegeben (Tabelle 6).

Tabelle 6. Klassifizierung des thermischen Kontaktwiderstands von Handschuhen (I)

Quelle: Basierend auf EN 511 (1993).

Konvektive Hautkühlung

Der Windchill-Index (WCI) stellt eine einfache, empirische Methode zur Bewertung der Auskühlung ungeschützter Haut (Gesicht) dar (ISO TR 11079). Das Verfahren prognostiziert den Wärmeverlust des Gewebes auf der Grundlage von Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit.

Antworten, die mit unterschiedlichen WCI-Werten verbunden sind, sind in Tabelle 7 angegeben.

Tabelle 7. Windchill-Index (WCI), äquivalente Kühltemperatur (T_eq ) und Einfrierzeit von exponiertem Fleisch

Eine häufig verwendete Interpretation von WCI ist die äquivalente Kühltemperatur. Diese Temperatur bei Windstille (1.8 m/s) stellt den gleichen WCI-Wert dar wie die tatsächliche Kombination aus Temperatur und Wind. Tabelle 8 enthält äquivalente Kühltemperaturen für Kombinationen aus Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit. Die Tabelle gilt für aktive, gut gekleidete Personen. Ein Risiko besteht, wenn die entsprechende Temperatur unter –30 °C fällt, und die Haut kann innerhalb von 1 bis 2 Minuten unter –60 °C erfrieren.

Tabelle 8. Kühlkraft des Windes auf exponiertes Fleisch, ausgedrückt als äquivalente Kühltemperatur unter nahezu ruhigen Bedingungen (Windgeschwindigkeit 1.8 m/s)

Unterstrichene Werte stellen ein Risiko für Erfrierungen oder Erfrierungen dar.

Kühlung der Atemwege

Das Einatmen kalter, trockener Luft kann bei empfindlichen Personen bei +10 bis 15 °C zu Problemen führen. Gesunde Personen, die leichte bis mittelschwere Arbeiten verrichten, benötigen bis –30 °C keinen besonderen Schutz der Atemwege. Sehr schwere Arbeiten bei längerer Exposition (z. B. sportliche Ausdauerveranstaltungen) sollten nicht bei Temperaturen unter –20 °C durchgeführt werden.

Ähnliche Empfehlungen gelten für die Kühlung des Auges. In der Praxis erfordern die mit der Augenkühlung verbundenen großen Beschwerden und Sehbehinderungen normalerweise die Verwendung einer Schutzbrille oder eines anderen Schutzes, lange bevor die Exposition gefährlich wird.

Messungen

Je nach Art des zu erwartenden Risikos sind unterschiedliche Messreihen erforderlich (Abbildung 6). Verfahren zur Datenerfassung und Genauigkeit der Messungen hängen vom Zweck der Messungen ab. Über den zeitlichen Verlauf der klimatischen Parameter sowie über Aktivitätsgrad und/oder Bekleidung sind entsprechende Informationen einzuholen. Es sollten einfache Zeitgewichtungsverfahren angewendet werden (ISO 7726).

Abbildung 6. Das Verhältnis des erwarteten Kältestressrisikos zu den erforderlichen Messverfahren.

Präventive Maßnahmen zur Linderung von Kältestress

Aktionen und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Kältestress implizieren eine Reihe von Überlegungen während der Planungs- und Vorbereitungsphase von Arbeitsschichten sowie während der Arbeit, die an anderer Stelle in diesem und diesem Kapitel behandelt werden Enzyklopädie.

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