[发明专利]一种深井热害对人体工作效率影响的评价方法

权利要求书

1.一种深井热害对人体工作效率影响的评价方法，其特征在于，包括以如下步骤：

步骤1，在第一温度范围内，根据人体热平衡方程，从温度、湿度以及风速三方面来考虑井下气候的调节对人体工作效率影响，其中人体热平衡方程如下：

M-W±C±R-E＝S (1)

式中，M为人体的新陈代谢率；W为肌肉机械作功而消耗的热量；C为人体与周围环境以对流传导方式吸热量或散热量，吸热量取“+”，散热量取“－”；R为人体外表面向周围环境通过辐射形式吸收或散发的热量，吸收的热量取“+”，散发的热量取“－”；E为人体通过皮肤表面汗液蒸发或呼出的水蒸气带走的热量；S为蓄存人体内的热量；

步骤2，在第二温度范围内，根据PMV指标，从环境空气流速、空气温度、相对湿度、环境平均辐射温度、人体新陈代谢率以及服装热阻六项因素评价比较舒适热环境中的人体热舒适程度，所述PMV指标的计算公式如下：

PMV＝(0.028+0.3033e^-0.036M)H (2)

式中，M为人体的新陈代谢率；H为人体的服装热阻，其表达式如下：

式中，M为人体的新陈代谢率，单位W/m²；W为肌肉机械作功而消耗的热量，单位W/m²；P_a为人体周围空气的水蒸气分压力，单位Pa；t_a为人体周围空气温度，单位℃；为环境平均辐射温度，单位℃；f_cl为人体着装时衣服的外表面积与裸身人体的表面积之比；t_cl为人体皮肤平均温度，单位℃；h_c为对流换热系数，单位W/m²·K；

步骤1中：

对于人体的新陈代谢率M，井下工人的劳动强度属于中等偏上，用如下公式计算：

M＝352(0.23R_Q+0.77)V_O2/A_D (1-1)

式中，R_Q表示呼吸熵，无量纲，其值为0.83～1.00；V_O2表示单位时间消耗的氧气在0℃、大气压101.325kPa条件下的体积，单位L/min；A_D表示人体皮肤表面积，单位m²；

对于肌肉机械作功而消耗的热量W，其计算式为：

W＝ηM (1-2)

式中，η表示机械效率，为人体对外做机械功的情况，矿工在矿井下进行的是中等或重等的劳动，机械效率取10％；

对于人体与周围环境以对流传导方式吸热量或散热量C，其计算公式如下：

C＝f_clh_c×(t_sk-t_a) (1-3)

式中，t_sk为人体皮肤平均温度，计算式如下：

t_sk＝0.94×(30+0.138t_a+0.254φP-0.57v+0.00128M-0.553I_cl)+2.15 (1-4)

其中，φ为相对湿度，I_cl为服装热阻，v为风速，P为空气温度下对应的饱和蒸汽压；

h_c表示对流换热系数，矿井热环境中空气为受迫对流，适应于Fanger方程的对流换热系数：

h_c＝12.1v^0.5 (1-5)

式中，矿井风速v与巷道截面相关；

对于人体外表面向周围环境通过辐射形式吸收或散发的热量R，计算公式如下：

R＝f_efff_clεh_r(t_cl-t_m) (1-6)

式中：f_eff为有效辐射面积系数，即着装人体的有效辐射面积与总外表面积之比；ε为人体表面的平均发射率，取ε＝0.97；h_r为线性辐射换热系数，单位W/(m²·K)；t_m为环境平均辐射温度，单位℃，矿井热环境中平均辐射温度与干球温度相差不大；

人体通过皮肤表面汗液蒸发或呼出的水蒸气带走的热量E，计算公式如下：

E＝C_res+E_res+E_dif (1-7)

式中，C_res为呼吸时显热损失：C_res＝0.0014M(34-t_a)；E_res为呼吸时潜热损失：E_res＝0.0173M×(5.87-φP)；E_dif为皮肤蒸发水分造成热损失：E_dif＝3.054×(0.256t_sk-3.37-φP)。

2.根据权利要求1所述的深井热害对人体工作效率影响的评价方法，其特征在于，步骤2中，

人体着装时衣服的外表面积与裸身人体的表面积之比的计算公式如下：

f_cl＝1+0.3I_cl (2-1)

人体皮肤平均温度的计算公式如下：

t_cl＝35.7-0.028M/A_D (2-2)

环境平均辐射温度的确定：假设环境平均辐射温度与人体皮肤平均温度相等，所以取，