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溫濕環境危害. 孫逸民、莊侑哲. 1. 溫濕環境概念. 1.1 熱環境 , 熱應力 , 熱應變 , 熱危害. 通常我們將會影響人體冷熱感覺的各種因素所構成的環境稱之為熱環境 (thermal environment) 。 依據美國職業安全衛生研究所 (NIOSH) 之定義，所謂熱環境係指外在環境熱與暴露個體內生之工作負荷代謝熱透過個體熱生理調節後，仍可使暴露者身體內部溫度或體心溫度升高到 38℃ 以上之環境，其主要是針對易造成人體熱危害之熱環境 (hot environment) 而言。. 1.1 熱環境 , 熱應力 , 熱應變 , 熱危害.
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溫濕環境危害 孫逸民、莊侑哲
1.1熱環境,熱應力,熱應變,熱危害 • 通常我們將會影響人體冷熱感覺的各種因素所構成的環境稱之為熱環境(thermal environment) 。 • 依據美國職業安全衛生研究所(NIOSH)之定義，所謂熱環境係指外在環境熱與暴露個體內生之工作負荷代謝熱透過個體熱生理調節後，仍可使暴露者身體內部溫度或體心溫度升高到38℃以上之環境，其主要是針對易造成人體熱危害之熱環境(hot environment)而言。
1.1熱環境,熱應力,熱應變,熱危害 • 所謂熱應力(Heat Stress)是指工作代謝產熱量與外在環境因素（氣溫、濕度、風速及輻射熱等）及衣著情形等共同作用而造成身體產生熱負荷或熱蓄積情形。
1.1熱環境,熱應力,熱應變,熱危害 • 因為人體熱應力產生之種種生理現象稱為熱應變(heat strain)，如導致健康之不良影響或破壞生理功能則表示對生物體已引起熱傷害(heat injury)或熱疾病(heat illness或heat disorder)，即已經導致生物體的熱危害(heat hazard)。
1.2熱適應 • 所謂熱適應係一般健康的人首次暴露於熱環境下工作時，身體會受熱的影響，諸如心跳速率增加或產生不能忍受之症侯，但經過幾天之重複性熱暴露後這些現象會減輕而逐漸適應的調適過程稱之。
1.2熱適應 • 通常經熱適應後之勞工在執行同一工作時與熱適應前相比較，可發現其心跳速率、體心溫度、汗水中電解質濃度均會降低，但排汗率則會提高，此等生理之調整有利於勞工在熱環境工作。
1.3熱生理學與體溫調節機制 • 人類是恆溫動物，需維持正常的體溫介於35~38℃之間，如果沒有使用適當的防護設備用具，對其週遭環境所能忍受之溫度範圍相當有限，一般認為人體在溫度40℃以下和10℃以上的環境中能夠長時間耐受。 • 人類與其他恆溫動物一樣，都是利用血液循環來控制體內溫度於狹小的範圍(±0.5 ℃)，即血流將體內肌肉或內臟產生的熱量，流向體表皮膚，再經由輻射、對流、傳導及排汗蒸發等方法將熱散發至周圍空氣中。
1.3熱生理學與體溫調節機制 • 人體維持體溫恆定的作用機轉
1.3熱生理學與體溫調節機制 • 熱負荷量與人體各種生理反應關係圖 M:代謝熱 R:輻射熱 C:對流傳導熱
2.1高溫作業法規 • 依我國現行法規規定，所謂的高溫作業，係指勞工工作日時量平均綜合溫度熱指數達「高溫作業勞工作息時間標準」第五條連續作業規定值以上之下列作業： 一、於鍋爐房或鍋爐間從事之作業。 二、灼熱鋼鐵或其他金屬塊壓軋及鍛造之作業。 三、於鑄造間處理熔融鋼鐵或其他金屬之作業。 四、鋼鐵或其他金屬類物料加熱或熔煉之作業。 五、處理搪瓷、玻璃、電石及熔爐高溫熔料之作業。 六、於蒸汽火車、輪船機房從事之作業 。 七、從事蒸汽操作、燒窯等作業。 八、其他經中央主管機關指定之高溫作業。
2.1高溫作業法規 • 凡符合前述八項之作業，應先初次測量其工作日連續六小時日時量平均綜合溫度熱指數(WBGTTWA)，若WBGTTWA超過中央主管機關規定值者即屬規定每日工作時數(包含工作與提供休息的時間總合)為六小時之高溫作業，依規定需定期(至少每季一次以上)測定綜合溫度熱指數，否則即可不必定期測量。
2.2人體與環境間熱交換作用方式 • 一般人體與其所處環境進行熱交換的主要方式有下列四種： 傳導(Conduction)－熱量由物體之一端傳至他端，或藉著物理的接觸以傳播熱量。約有3 ﹪體熱以傳導的方式散失，通常可以忽略或是與對流熱一併考量。 對流(Convection)－藉氣體或液體的流動而轉移熱量，謂之對流。風速的增加與身體相對的移動，可加速熱經對流而散失，約有15﹪的體熱是由空氣對流散失。
2.2人體與環境間熱交換作用方式 • 輻射(Radiation)－不同溫度體間，藉電磁波的方式以散發能量謂之輻射。輻射傳播量隨物體大小、形狀、輻射面、溫差等因素而異，室內溫度21℃時約有60 ﹪的體熱經由輻射方式散失。 • 蒸發(Evaporation)－物質吸收能量由液態轉變為氣態之過程稱為蒸發作用。人體在高溫環境下，透過排汗蒸發散熱是最主要的方式，皮膚蒸發每公克的汗水約帶走580卡的熱量。正常情況下約有22 ﹪體熱是以此方式散失，但相對濕度愈高，如伴隨重工作負荷時，汗水大部分直接由體表滴落，則蒸發散熱量會明顯的變小。
2.3熱調節體溫模式 • 人體受熱，體心溫度及平均皮膚溫度上升，當體心溫度超過37℃,平均皮膚溫度超過34℃時(一般體心溫度的配重為之10倍)，在下視丘會發出神經衝動信號，經視前區神經元(preoptic neurons)至血管擴張及收縮神經網絡，以控制排汗及使血液循環加速。
2.4排汗作用 • 每公克排汗之蒸發散熱量相當於0.6 kcal (精確值為0.58kcal)，為熱環境中主要之散熱方式。 • 身體的排汗速率決定於皮膚內被活化的汗腺數，正常人體汗腺數約二百五十萬個。 • 對一已熱適應者之汗腺全被活化下，其最高排汗速率(Sweat Rate)可能超過3 kg/h，但至多僅能維持一小時，若以1至1.5 kg/h排汗速率，則能維持數小時之久。
2.5皮膚血液循環加速 • 增加皮膚血液流量(skin blood flow, SBF)將促進體內代謝熱量快速帶到皮膚，使皮膚平均溫度(Tsk)增高。Tsk增高有利於將人體內多餘熱量透過輻射、傳導、對流及蒸發散發到周圍環境。皮膚血液流量(SBF)與(Tc－Tsk)之差值成反比，而與代謝率(M)成正比。
3.1高溫誘發之疾病 • 熱誘發之疾病示意圖
3.1高溫誘發之疾病 • 熱衰竭是因大腦皮質血液供應不足造成的一種虛脫狀態。為維持人體之恆定性，人體遭受熱危害而使血管擴張所致。 • 熱痙攣是一種隨意肌引起的痙攣，這種現象係發生於血內氯化鈉濃度過低所引起的。氯化鈉大量損失的原因是由於出汗過多所致；喝大量的水，亦會把餘存於體內的鹽分稀釋。
3.1高溫誘發之疾病 • 中暑乃因平均體溫高至危及若干生命組織繼續發揮功能所致,其顯示體溫調節機制嚴重失能而無法適當的維持熱平衡。一般中暑有三大主要症候： • 皮膚熱而乾、發紅、有雜色斑點或呈現淺藍色。 • 體溫常高到41℃或以上，並有繼續上升之勢。 • 患者有精神錯亂、譫妄、神志衰失、驚厥和昏迷現象。
3.1高溫誘發之疾病 • 熱暴露而誘發之疾病與處理方法
3.2低溫暴露的健康危害 • 低溫作業冷暴露危害(包括冷空氣環境全身暴露、局部與冷浸泡或冷接觸)初期引起皮膚雞皮疙瘩或進一步導致全身性低體溫(hypothermia)，凍僵寒(frostnip)，凍傷(frostbite)，凍瘡(chillblains)。 • 冷環境會使手指不靈活而且僵硬、手腳麻痺、手指或四肢無力或疼痛、龜裂紅腫、手指變白且無血色、意識不清。
3.2低溫暴露的健康危害 其他關於暴露在冷環境下所造成的健康影響有： • 月經失調。 • 低溫下造成身體的關節和肌肉變硬，因此較容易造成肌肉骨骼系統之傷害。 • 寒冷環境工作下的勞工會有精神功能的衰退，會比較容易疲倦與冷漠。 • 在較冷工作環境下由於皮膚較脆硬，因此較容易受傷(譬如說：割傷或貫穿)。 • 其他。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 要評估溫濕環境條件，須以相關的儀器分別測量有關之環境參數，其量測儀器特性請參考ISO 7726規定。 • 空氣溫度為氣候因素中最容易測量的一種，其測量時須注意下列幾點： • 欲測量的溫度需在所使用溫度計的測量範圍。 • 測量時間要大於使用之溫度計達到穩定所需的時間。 • 測量的感應元件必須與欲測物體接觸或儘可能接近。 • 在輻射熱影響下(例如在日光下或周圍表面溫度與空氣溫度不同時)感應元件應加遮蔽。
玻璃管溫度計 熱電偶溫度計 電阻式溫度計 雙金屬溫度計 優點 a.使用簡單。 b.有多種不同測量範圍及精密度的溫度計提供選擇。 c.價格低廉。 d.輕便且能直接讀出度數。 a.可與遙控記錄器或連續記錄器配合使用。 b.達到穩定所需時間極短。 c.可測量薄料及狹窄空間的溫度。 d.較不受輻射熱影響。 e.可做為高精密度量測 a.使用簡單。 b.輸出訊號可予記錄。 c.有不同的測溫探針(Probe)供不同之用途。 d.熱阻半導體感應時間快。 e.較不易受輻射熱影響。 a.價格便宜。 b.可用在較高溫度控制器或溫度記錄器。 缺點 a.會受輻射熱之影響。 b.需較長時間（最少要五分鐘）才能達到穩定狀態。 c.不能用於遙測。 a.價格較高。 b.需要用參考接頭。 c.有些會因金屬氧化而受損。 a.成本高且修護不易。 b熱電阻半導體於使用前需個別校準。 c超過510℃時，可靠度就會降低。 a.精密度較差。 b.需經常實施校準。 c. 穩定時間較長且不靈敏。 適用場合 a.量測範圍自-200℃至550℃。 b.工業型者可設置為固定式使用。 c.以接觸方法可量測氣體或液體溫度。 d.部分浸入式溫度計適用於濕球溫度及黑球溫度之量測。 a.用以測量生理及皮膚表面溫度。 b.遙測並記錄。 c.高溫之測量。 a測量範圍自-240℃至980℃。 b.能遙測溫度並記錄。 c.較常用於固定式測溫或控制系統。 a.可應用在低價位之溫度控制器上。 b.能做為一般溫度記錄使用。 常用之溫度測定儀器的比較
熱電偶 分類 熱電極材料 熔點 （℃） 推薦使用溫度(℃) 允許偏差(℃)＊ 在100℃下之敏感度（V/K） 絲材直徑 （mm） 長期使用 最高溫度 短期使用 最高溫度 S 鉑銠10(＋) 鉑(－) 1847 1769 0.5 1300 1600 1 7.3 R 鉑銠13(＋) 鉑(－) 1865 1769 0.5 1300 1600 1 7.5 B 鉑銠30(＋) 鉑銠6(－) 1925 1820 0.5 1600 1800 0.25%t 0.9 K 鎳鉻10(＋) 鎳鋁3(－) 1429 1401 0.3 0.5 1.2 3.2 700 800 1000 1200 800 900 1100 1300 1.5 41.4 E 鎳鉻(＋) 銅鎳(－) 1429 1222 0.3 0.8 2.0 3.2 350 450 650 750 400 500 750 850 1.5 67.5 J 鐵(＋) 銅鎳(＋) 1492 1222 0.3 0.8 2.0 3.2 300 400 500 600 400 500 600 750 1.5 54.4 T 銅(＋) 銅鎳(－) 1084 1222 0.2 0.5 1.0 1.6 150 200 250 350 200 250 300 400 0.5 46.8 各類型熱電偶溫度計之比較
4.1環境參數測量儀器簡介 空氣濕度部分 • 空氣濕度的評量，主要是以絕對濕度(absolute humidity, Ha)，相對濕度(relative humidity, RH)及露點溫度(dew point temperature, TDP)來表示。所謂的絕對濕度，一般是指在一定空間中所含水蒸氣的總量(kg/m3)，也就是指水蒸氣的質量濃度或密度。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 一般量測濕度是以相對濕度表示，亦即空氣中所含水蒸氣的分壓與該溫度下所含飽和水蒸氣壓(Saturated Vapor Pressure, Psa)的百分比。 • 當空氣溫度逐漸下降到開始有露水生成時的溫度即所謂的露點溫度，此時環境的相對濕度剛好達100%。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 相對濕度一般是運用阿斯曼通風濕度計進行測定，它是由兩支溫度計(乾球溫度計與球心部位包覆棉紗的濕球溫度計，精密度0.5℃)，為了具有良好的量測準確度，必須能夠正確的量測至0.1℃的刻度，使用的玻璃製溫度計不論是棒狀抑或二重管形皆可，但刻度的表示值最好在0.2℃以下。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 利用乾球溫度計與濕球溫度計測量的儀器，通常可以查相對濕度表或其所附的附件求得相對濕度。 • 我們要計算流汗揮發所散失的熱量時，便要知道該空間之水蒸氣壓、皮膚溫度及風速，然後利用公式估計最大蒸發散熱量，水蒸氣壓愈小(及相對濕度愈小)則人體蒸發散失的熱量也愈大。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 輻射熱有二類，即人為的(如鋼鐵業、玻璃業等產生的紅外線熱)與天然的(如太陽的輻射熱)。測量輻射熱在人體上的熱載(thermal load)，最常使用的是黑球溫度計。 • 測定空氣流速是使用黑球溫度計的最大困擾，且黑球溫度較適合應用於輻射熱均勻且穩定之環境，一般約需15～25分鐘才能達到穩定平衡狀態。
4.1環境參數測量儀器簡介 • 人體的移動或空氣的流動形成風，或稱為氣動，風速是影響人體與環境熱交換的重要因素。 • 一般常用來測量環境風速的儀器有： (1)輪葉風速計； (2)熱線式風速計； (3)熱電偶風速計； (4)卡達計。
4.2熱環境指標選擇要件 熱環境指標選擇要件如下： • 在使用上是可行且具精確性。 • 所有重要因素如環境、體內代謝熱、衣著條件等須被考慮。 • 必要的量測方法與計算必須簡單且不影響勞工工作。 • 量測結果能真實反應勞工熱暴露。 • 暴露指標的界限必須被認定能適當反應個體生理與心理效應而能增進安全衛生。 • 所設定的界限必須能廣泛地運用在各種熱環境和代謝率之情況。
4.3熱環境評估指標 主要可分為下列幾種： • 生理影響測定(熱應變評估)：心跳速率、流汗率、體心溫度等。 • 環境參數測定(物理指標及經驗指標)：如實效溫度、修正實效溫度、綜合溫度熱指數、濕黑球溫度、運作溫度、風寒指數等。 • 生理、環境參數整合指標(合理指標)：熱危害指數，預估四小時排汗率(P4SR) 。
4.3.1熱危害指數(HSI) • 熱危害指數(heat stress index，HSI)係Belding 和Hatch於1955年所提出，由人體與環境間熱平衡方程式求得需要蒸發散熱量(Ereq)及該環境下之最大蒸發散熱量(Emax)。 • 一般熱危害指數可以下列公式求得：
4.3.2修正實效溫度(CET) • 有效溫度係指在某氣濕、氣溫、氣動條件下，勞工坐姿且穿著長襯衫長褲，從事輕工作，在空氣流動速度為零且相對濕度為100%下， 其熱感覺與某對應溫度相同。 • 後來研究者將有效溫度加上輻射熱之考慮以黑球溫度來替代乾球溫度，濕球溫度也以虛擬濕球溫度替代而得修正有效溫度。
修正實效溫度(正常穿著)Ta=32 oCTwb=27.5 oCTg=35 oCTpwb=28 oCVa=0.5 m/sCET=29.2 oCET=28 oC
4.3.3綜合溫度熱指數(WBGT) • 綜合溫度熱指數(WBGT)是Yaglou與Minard在1957年提出，進行熱危害控制之用。它是源於修正實效溫度(CET)改進之指標，組合了四項氣候因素：氣溫、氣濕、氣動及輻射。量測儀器主要為乾球溫度計、自然濕球溫度計及黑球溫度計。 • 自然濕球溫度是利用玻璃管液體溫度計於感測球心外面包著濕棉心的溫度感應器在自然通風的狀態下所測得的溫度值。
4.3.3綜合溫度熱指數(WBGT) • 在空間分佈均勻的暴露環境進行測定時，其架設高度以與作業者腹部同高為原則。 • 作業環境之溫濕條件空間分布不均勻時，則決定綜合溫度熱指數的時候，必須以勞工本身所在位置分別測量頭部、腹部以及腳踝部等三個部位的綜合溫度熱指數得到綜合溫度熱指數的加權平均值。
