- 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
!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
1!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Vår termiska miljö!
28 °C värmebalans för en naken person i vila
20-24 °C inomhusklimat
-90 °C kallast på jorden (Antarktis)
+57 °C varmast på jorden (Libyen)
flera 100 °C i industriella
miljöer, brand ..
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
3!
2!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Vad menar vi med klimat?!
• Luftens temperatur
• Värmestrålning (solstrålning)
• Luftfuktighet
• Vind
dessutom påverkar
• Människans
– klädsel
– aktivitet
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
4!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Vad tål människan?!
Vilka är problemen med extrema klimat?!
• Akuta effekter (minuter till timmar)
– Vätskebrist, cirkulationssvikt, hög kroppstemperatur
– Arbetsförmåga, uthållighet, kollaps
– Arbetsliv, idrott och friluftsliv
• kunskap om hälso- och prestationseffekter
• kunskap om kroppens värmereglering
• kunskap om värmeutbytet med omgivningen
• Långsiktiga effekter av hög värme (dagar)
–
–
–
–
Vätskebrist, cirkulationssvikt
Arbetsplatser
Bostäder
Institutioner
• metoder för att simulera och beskriva
påverkan på människan i olika klimat
Tiden är en viktig faktor för svårighetsgraden
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
5!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Människans värmeproduktion!
•
•
•
•
•
i vila ca 100 W
vid promenad 200 – 300 W
vid tungt arbete 300 – 500 W
vid joggning 500 – 1000 W
vid löpning 1000 – 2000 W
6!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Människans värmebalans!
• 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 36-39 °C
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
8!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
9!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Reglering av kroppstemperatur
och värmeavgivning!
Symtom vid stigande
kroppstemperatur!
1. ändamålsenligt beteende
36-37 °C
37-38 °C
38-39 °C
anpassa klädsel, aktivitet, arbetstid etc
2. fysiologiska reaktioner
•
reglering vid värme
–
–
•
39-40 °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)
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
10!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
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
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
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!
Ingvar Holmér 2011-03-02
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 !
Försvårande faktorer!
•
•
•
•
•
•
•
Vår ”försvar” mot värme!
•
•
•
•
Ålder
Vätskebrist
Medicinering
Dålig kondition
Övervikt
Trötthet, sömnbrist
Tungt arbete, skyddskläder
!
14!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Thermal Environment Laboratory, LTH !
underlätta svettavdunstningen
öka vätskeintaget
lätt och luftig klädsel
minska den fysiska aktiviteten (värme)
!
15!
Ingvar Holmér 2011-03-02
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
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
16!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
17!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Bedömningsmetoder!
• ISO EN SS 7243 WBGT Wet Buld Globe Temperature
• ISO EN SS 7933 PHS Predicted Heat strain
• Arbetsmiljöverkets regler
!
18!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Thermal Environment Laboratory, LTH !
AFS 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
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
19!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
21!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Varmt klimat!
SS-EN-ISO 7243
• Luftens temperatur
• Värmestrålning
–
–
Ergonomics.
Estimation of heat
stress using the WBGT-index
infra röd
solstrålning
• Luftfuktighet
–
–
vattenångtryck
regn
• Vind
Mätinstrument!
– positivt upp till ca 40 °C
– negativt över ca 40 °C
• Yttemperatur
– verktyg, maskiner, material
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
20!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Arbete i stark värme. AFS 1997:2 SS-EN-ISO 7243 WBGT
WBGT är en temperatur som beräknas på basis
av mätning av
tg
tnw
ta
glob temperatur
naturlig våttemperatur
lufttemperatur
WBGT = 0.7 • tnv + 0.3 • tg
I solsken:
!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
22!
Activity
Class Metabolism, W/m2
0
1
2
3
4
Reference value, WBGT
Acclimatized Not acclimatized
< 65
65 - 130
130 - 200
200 - 260
> 260
33
30
28
26
24
32
29
26
23
20
Referensvärdena indikerar en minimal risk för att någon person i!
den exponerade populationen ska nå en kroppstemperatur över 38.0 °C)!
WBGT = 0.7 • tnv + 0.2 • t g + 0.1• ta
Ingvar Holmér 2011-03-02
WBGT Referens värden!
!
Ökning i kroppstemperatur som följd
av arbetsintensiteten!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
23!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Kroppstemperatur i varm miljö!
39,5
% of VO2max!
100!
400 W/m2!
80!
300 W/m2!
60!
200 W/m2!
40!
100 W/m2!
20!
39,0
Core temperature, °C
500 W/m2!
1000 W
500 W
350 W
200 W
38,5
Prescriptive zone
38,0
37,5
37,0
5
10
15
20
25
30
35
WBGT, °C
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
24!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
25!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
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
28!
50
27!
isolation
ångmotstånd
•
•
•
•
•
•
!
30
40
Time, min.
Beräknade temperaturgränser för arbete med olika klädsel!
Aktivitet - värmeproduktion
Klädsel
lufttemperatur
medelstrålningstemperatur
luftfuktighet (vattenångtryck)
lufthastighet
20
Ingvar Holmér 2011-03-02
ISO 7933 Predicted Heat Strain - PHS!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Air temp.
= 45 °C
rel.humidity = 15 %
air speed
=0.5 m/s
normal evaporation
35
10
Ingvar Holmér 2011-03-02
skin
Activity = 150 W/m
coverall
150
100
2
impermeable
50
o
0
10
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
20
30
40
50
Air temperature, °C
29!
60
70
Thermal Environment Laboratory, LTH !
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
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
31!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
36-37 °C
35-36 °C
34-35 °C
33-34 °C
32-33 °C
<32 °C
<30 °C
<28 °C
!
33!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Symtom vid fallande
kroppstemperatur!
- ibland inträffar mirakel!
Ingvar Holmér 2011-03-02
32!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
”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 !
vårt försvar mot nedkylning!
• kärlsammandragning och huttring
otillräckliga
• klädsel, aktivitet och beteende viktigast
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
36!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
försvårande faktorer!
•
•
•
•
•
•
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Vid tungt arbete kan man vara
lätt klädd även i kyla!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
38!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
ålder (barn, äldre)
hjärt- och cirkulationsbesvär
”kalla händer och fötter”
astma eller liknande besvär
rörelsehindrade
tidigare kylskador
37!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Vid låg aktivitet krävs mycket
isolation!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
39!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
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 15831
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!
Ingvar Holmér 2011-03-02
!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
SS-EN-ISO 11079
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!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Isolationsbehov i clo enligt ISO 11079!
8
7
.
IREQ
Isolationsbehov, clo
!
clo-värde vindtäthet
6
5
4
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
0
-40
95-05-25/ IH
-30
-20
-10
0
10
20
Omgivningstemperatur, °C
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
42!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
43!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Vad betyder clo-värdet i plagg provade
enligt ENV 342?!
10
2,3 2!
• matematiska modeller för att beskriva
människans värmebalans och den fysiologiska
påverkan
• i värme ISO 7933
• i kyla ISO 11079
gränsvärden för exempelvis
klimat på arbetsplatser
bostäder mm
idrottstävlingar
1 clo
0
2 clo
Temperatur, °C
-10
3 clo
-20
4 clo
-30
-40
2
M = 115 W/m
Vind = 0,2 m/s
Luftfuktighet = 50%
-50
Analys och bedömning av
termiska miljöer!
-60
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Vistelsetid, timmar
!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
44!
Ingvar Holmér 2011-03-02
!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
45!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Klimatfaktorer och värmeutbyte!
Kroppens temperaturreglering och värmebalans!
Medelstrålnings-!
temperatur!
hudtemperatur!
Värmeprodution!
S = (M ! W ) ! (H res + E + R + C + K )
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 värmeutbyte via avdunstning
R är strålningsvärmeutbyte
C är värmeutbyte via konvektion
K är värmeutbyte via ledning
S är värmeupplagring i kroppen
Värmeutbyte!
M är energiomsättning
W är utfört mekaniskt arbete
Hres 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!
i Watts, Watts/m2 eller kJoule!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Lufttemperatur, vind!
Värmeprodution!
46!
Vatten-!
ångtryck,vind!
i Watts, Watts/m2 eller kJoule!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
47!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
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 2008.!
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!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
48!
կ!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
49!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Tack vare skyddet från bil,!
kläder och filt bromsades !
nedkylningen av kroppen.!
կ!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
50!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
կ!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
51!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
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!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
52!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
կ!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
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 !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
54!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
55!
AR, Wenaas!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Hjärtfrekvens!
PHS beräkning!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
57!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Hudtemperatur!
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
59!
58!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Kroppstemperatur!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
60!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
Sweating!
UW
RB90
ARY
Händer och fötter!
modif ARY
1400
•
•
•
•
•
•
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
1200
Moisture (g)
1000
800
600
400
200
0
Weight loss
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
Evaporation
61!
Accumulation
Thermal Environment Laboratory, LTH !
!
Ingvar Holmér 2011-03-02
62!
Thermal Environment Laboratory, LTH !
