Температура влажного шарика что это
Температура влажного шарика что это
ГОСТ Р ИСО 7243-2007
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Расчет тепловой нагрузки на работающего человека,
основанный на показателе WBGT
(температура влажного шарика психрометра)
Hot environments. Estimation of the heat stress on working man,
based on the WBGT-index (wet bulb globe temperature)
Дата введения 2008-06-01
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Управлением технического регулирования и стандартизации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)
Введение
Настоящий стандарт является одним из серии стандартов (см. библиографию), предназначенных для изучения тепловой окружающей среды.
Стандарты этой серии предназначаются, в частности, для целей:
— окончательного определения терминов, которые используются в методах измерения, испытания и выражения результатов с учетом уже существующих или разрабатываемых стандартов;
— составления спецификаций, касающихся методов измерения для физических параметров, характеризующих тепловую окружающую среду;
— выбора одного или более методов интерпретации параметров;
— установления рекомендуемых или максимальных значений воздействия тепловой окружающей среды в зонах комфорта и в зонах с экстремальной средой (теплота и холод);
— составление спецификаций, касающихся методов измерения эффективности приборов или процедур для индивидуальной или коллективной защиты от теплоты и холода.
В свете растущего интереса, проявляемого к проблемам воздействия на человека тепловой окружающей среды, и наличие того обстоятельства, что в этой области имеется незначительное число документов или национальных стандартов, представляется желательным опубликовать этот стандарт, не дожидаясь разработки всей серии стандартов.
Индекс температуры влажного шарика психрометра (индекс 
) является одним из эмпирических индексов, характеризующих тепловой перегрев, которому подвергается человек. Этот индекс легко определяется в производственных условиях. Метод оценки теплового перегрева, основанный на этом индексе, представляет собой компромисс между желанием использовать очень точный индекс и потребностью иметь возможность проведения без затруднений контрольных измерений в производственных условиях. Его следует рассматривать в качестве исследовательского метода.
Метод оценки теплового поражения, основанный на анализе теплообмена между человеком и окружающей средой, обеспечивает более точную оценку поражения и анализа методов защиты. Но для использования с существующей технологией измерения этот метод имеет недостаток в том, что измерение становится более длительным и более трудным в реализации. Поэтому такой метод будет использоваться или непосредственно, когда требуется выполнить интенсивный анализ условий труда в горячей среде, или в дополнение к методу, основанному на индексе 
, когда значения, полученные с использованием первого подхода, превышают приведенные справочные значения.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод, который можно легко применить в производственных условия для оценки теплового перегрева человека в горячей окружающей среде и который позволяет получить быстрый диагноз.
Настоящий стандарт применяется для оценки среднего теплового воздействия на человека в течение периода, характеризующего его активную деятельность, но не применяется для оценки теплового перегрева в течение очень коротких периодов или для оценки теплового перегрева, близкого к зонам комфорта.
2 Принцип и общие определения
Тепловой перегрев, которому подвергается человек в горячей окружающей среде, зависит, в частности, от производства тепла внутри тела в результате физической деятельности и в зависимости от особенностей окружающей среды, определяющих теплопередачу между атмосферой и телом.
Подробный анализ влияния окружающей среды на тепловой перегрев требует знания следующих четырех основных параметров: температуры воздуха, средней температуры излучения, скорости движения воздуха и абсолютной влажности [3]. Однако полную оценку этого влияния можно получить путем измерения параметров, производных из этих основных параметров, которые зависят от физических характеристик используемого пространства.
— в зданиях и вне зданий без солнечной нагрузки:
, (1)
— вне зданий с солнечной нагрузкой:
. (2)
Этот метод оценки теплового перегрева основан на измерении этих различных параметров и вычислении средних значений с учетом любых пространственно-временных изменений этих параметров.
Данные, собранные и изученные при помощи этого метода, сравнивают со справочными значениями, а затем:
— или уменьшают непосредственно тепловой перегрев или нагрузку на рабочем месте при помощи соответствующих методов;
— или выполняют детальный анализ теплового перегрева, используя более сложные методы, и при этом более длительные и более трудные для применения.
Эти справочные значения соответствуют уровням воздействия, которым в состояниях, указанных в приложении А, обычно могут подвергаться почти все люди без какого-либо вредного воздействия, при условии отсутствия ранее существовавших патологических условий.
Более того, фиксирование этих уровней воздействия на здоровье человека никоим образом не наносит ущерб тем уровням, которые, возможно, уже могли быть установлены по другим важным причинам, например изменение психосенсорных и психомоторных реакций, могущих привести к производственным травмам.
3 Измерение параметрических характеристик окружающей среды
3.1 Измерение производных параметров
При прочих равных условиях информация, поставляемая датчиком для измерения производных параметров, всегда зависит от физических характеристик используемого датчика. Эти характеристики определены в пунктах 3.1.1 и 3.1.2.
3.1.1 Датчик естественной температуры влажного шарика термометра
Датчик температуры должен соответствовать следующим характеристикам:
f) вся чувствительная часть датчика должна быть покрыта белым фитилем из материала, имеющего высокую способность впитывания влаги (например, хлопком);
g) держатель датчика должен иметь диаметр, равный 6 мм, а 20 мм датчика должны быть покрыты фитилем для уменьшения проводимости от держателя датчика;
h) фитиль должен быть соткан в форме манжеты, и эта манжета должна быть точно надета на датчик. Слишком тугая или слишком свободная посадка оказывает серьезное влияние на точность измерения;
i) фитиль должен быть чистым;
j) нижняя часть фитиля должна быть погружена в емкость с дистиллированной водой. Свободная длина фитиля на воздухе должна быть от 20 до 30 мм;
k) емкость должна иметь такую конструкцию, чтобы температура воды внутри нее не могла повышаться от радиации окружающей среды.
3.1.2 Датчик температуры шарика
е) точность измерения:
Можно также использовать любой прибор для измерения естественной температуры влажного шарика или температуры шарика, которая после калибровки в указанных диапазонах измерения позволяет получить результаты с такой же степенью погрешности.
3.2 Измерение температуры воздуха
Датчик температуры воздуха должен, в частности, быть защищен от радиации устройством, которое не препятствует циркуляции воздуха вокруг датчика. Диапазон измерения воздуха должен быть от 10 °С до 60 °С с точностью ±1 °С.
4 Измерение или оценка метаболического тепла
Количество теплоты, произведенной в теле, является составляющей теплового перегрева. Поэтому это количество является важным для оценки теплового перегрева. Метаболическое тепло или вся энергия, потребляемая телом, является хорошей оценкой теплового перегрева для многих производственных условий (при незначительных внешних факторах).
Выделение метаболического тепла можно определить:
Даже приспособленные к жаре люди не могут заниматься обычными видами деятельности на открытом воздухе при температуре выше 32 ° C (90 ° F) по влажному термометру, что эквивалентно тепловому индексу 55 ° C (130 ° F). Теоретический предел выживания человека в течение более нескольких часов в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 ° C (95 ° F), что теоретически эквивалентно тепловому индексу 70 ° C (160 ° F), хотя жара индекс не заходит так высоко.
СОДЕРЖАНИЕ
Интуиция
Если термометр обернуть смоченной водой тканью, он будет вести себя иначе. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.
Это одна из причин видимой температуры у людей. Чем суше воздух, тем больше влаги он может удерживать сверх того, что уже находится в нем, и тем легче испаряется лишняя вода. В результате пот быстрее испаряется в более сухом воздухе, быстрее охлаждая кожу. Если относительная влажность составляет 100%, вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.
Когда относительная влажность составляет 100%, термометр с мокрым термометром больше не может охлаждаться за счет испарения, поэтому он будет показывать то же самое, что и термометр без упаковки.
Общий
Охлаждение человеческого тела через потоотделение затруднено, поскольку относительная влажность окружающего воздуха летом увеличивается. Зимой могут работать и другие механизмы, если справедливо понятие «влажный» или «влажный холод».
Более низкие температуры по влажному термометру, которые соответствуют более сухому воздуху летом, могут привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:
Термодинамическая температура по влажному термометру
Метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Ее также называют «температурой адиабатического насыщения», хотя метеорологи также используют «температуру адиабатического насыщения» для обозначения «температуры на уровне насыщения», т. Е. Температуры, которой будет достигнута посылка, если она адиабатически расширилась до насыщения.
Показания температуры влажного термометра
Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это происходит по совпадению: для системы вода-воздух психрометрическое соотношение (см. Ниже) оказывается близким к 1, хотя для систем, отличных от воздуха и воды, они могут быть не такими близкими.
Чтобы понять, почему это так, сначала рассмотрим расчет термодинамической температуры по влажному термометру.
В этом случае поток ненасыщенного воздуха охлаждается. Тепло от охлаждения этого воздуха используется для испарения некоторого количества воды, что увеличивает влажность воздуха. В какой-то момент воздух насыщается водяным паром (и охлаждается до термодинамической температуры по влажному термометру). В этом случае мы можем записать следующий баланс энергии на массу сухого воздуха:
В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. Пока давление водяного пара в капле (функция ее температуры) больше, чем парциальное давление водяного пара в воздушном потоке, происходит испарение. Первоначально тепло, необходимое для испарения, будет исходить от самой капли, поскольку наиболее быстро движущиеся молекулы воды, скорее всего, покинут поверхность капли, поэтому оставшиеся молекулы воды будут иметь более низкую среднюю скорость и, следовательно, более низкую температуру. Если бы это было единственное, что произошло бы, и воздух начал бы полностью высыхать, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной.
Вместо этого, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому начинает происходить конвективный перенос тепла от воздуха к капле. Кроме того, скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (то есть «исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функцией от компоненты смеси (т.е. вода и воздух).
По прошествии определенного периода достигается равновесие: капля остывает до точки, при которой скорость тепла, уносимого при испарении, равна теплу, полученному за счет конвекции. На данный момент справедлив следующий баланс энергии на площадь интерфейса:
Обратите внимание, что:
Давайте перефразируем это уравнение на:
Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым шариком», Эксперименту 1. Если поток воздуха одинаков в обоих экспериментах (т. Е. И одинаковы), то мы можем приравнять правые части обоих уравнений: H 0 <\displaystyle H_<0>> T 0 <\displaystyle T_<0>>
Экспериментально показания термометра по мокрому термометру наиболее близки к термодинамической температуре по мокрому термометру, если:
На практике значение, сообщаемое термометром по влажному термометру, немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:
Термометр с влажным термометром также можно использовать на открытом воздухе при солнечном свете в сочетании с глобусным термометром (который измеряет падающую лучистую температуру ) для расчета температуры шара по влажному термометру (WBGT).
Адиабатическая температура по влажному термометру
Этот термин, как он определен в этой статье, может быть наиболее распространенным в метеорологии.
Поскольку значение, называемое «термодинамической температурой по влажному термометру», также достигается посредством адиабатического процесса, некоторые инженеры и другие могут использовать термин «адиабатическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Как упоминалось выше, метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру».
Депрессия влажного термометра
Депрессия влажному термометру разница между температурой по сухому термометру и температуры по влажному термометру. При 100% влажности температуры по сухому и влажному термометрам идентичны, поэтому депрессия по влажному термометру в таких условиях равна нулю.
Температура и здоровье по влажному термометру
Исследование 2015 года пришло к выводу, что в зависимости от степени будущего глобального потепления некоторые части мира могут стать непригодными для проживания из-за смертельных температур по влажному термометру. В исследовании 2020 года сообщалось о случаях, когда температура по влажному термометру уже была 35 ° C (95 ° F), хотя и слишком быстро и в слишком маленьком месте, чтобы вызвать смертельные случаи.
В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты школьников от чрезвычайных ситуаций, связанных с жарой, во время активного отдыха. Существуют особые правила и ограничения для температуры по влажному термометру от 82,0 ° F (27,8 ° C) до 92,0 ° F (33,3 ° C); температура по влажному термометру 92,1 ° F (33,4 ° C) или выше требует отмены всех видов деятельности на открытом воздухе.
Жара с повышенной влажностью
Самые высокие зарегистрированные температуры по влажному термометру
В следующих местах зафиксирована температура по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Метеостанции обычно находятся в аэропортах, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения.
Глобальное потепление
Результаты исследования показывают, что ограничение глобального потепления до 1,5 ° C не позволит большинству тропиков достичь температуры по влажному термометру физиологического предела человека 35 ° C.
Температура влажного термометра
Даже приспособленные к жаре люди не могут заниматься обычными видами деятельности на открытом воздухе при температуре выше 32 ° C (90 ° F) по влажному термометру, что эквивалентно тепловому индексу 55 ° C (130 ° F). Теоретический предел выживания человека в течение более нескольких часов в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 ° C (95 ° F), что теоретически эквивалентно тепловому индексу 70 ° C (160 ° F), хотя жара индекс не поднимается так высоко. [3]
СОДЕРЖАНИЕ
Интуиция [ править ]
Рассмотрим термометр, завернутый в ткань, смоченную водой. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.
Вот почему в сухом воздухе мы чувствуем себя прохладнее. Чем суше воздух, тем больше влаги он может удерживать сверх того, что уже находится в нем, и тем легче испаряется лишняя вода. В результате пот быстрее испаряется в более сухом воздухе и быстрее охлаждает кожу. Но если относительная влажность составляет 100%, вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.
Когда относительная влажность составляет 100%, термометр с влажным термометром также не может охлаждаться испарением, поэтому он будет показывать то же самое, что и термометр без упаковки.
Общие [ править ]
Охлаждение человеческого тела через потоотделение затруднено, поскольку относительная влажность окружающего воздуха летом увеличивается. Зимой могут работать и другие механизмы, если справедливо понятие «влажный» или «влажный холод».
Более низкие температуры по влажному термометру, которые соответствуют более сухому воздуху летом, могут привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:
Термодинамическая температура по влажному термометру [ править ]
Метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Ее также называют «температурой адиабатического насыщения», хотя метеорологи также используют «температуру адиабатического насыщения» для обозначения «температуры на уровне насыщения», т. Е. Температуры, которой бы достигло посылка, если бы она адиабатически расширялась до насыщения. [4]
Показания температуры влажного термометра [ править ]
Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это связано с совпадением: для системы вода-воздух психрометрическое соотношение (см. Ниже) оказывается близким к 1, хотя для систем, отличных от воздуха и воды, они могут быть не такими близкими.
Чтобы понять, почему это так, сначала рассмотрим расчет термодинамической температуры по влажному термометру.
В этом случае поток ненасыщенного воздуха охлаждается. Тепло от охлаждения этого воздуха используется для испарения некоторого количества воды, что увеличивает влажность воздуха. В какой-то момент воздух насыщается водяным паром (и охлаждается до термодинамической температуры по влажному термометру). В этом случае мы можем записать следующий баланс энергии на массу сухого воздуха:
В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. Пока давление водяного пара в капле (функция ее температуры) больше, чем парциальное давление водяного пара в воздушном потоке, происходит испарение. Первоначально тепло, необходимое для испарения, будет исходить от самой капли, поскольку наиболее быстро движущиеся молекулы воды, скорее всего, покинут поверхность капли, поэтому оставшиеся молекулы воды будут иметь более низкую среднюю скорость и, следовательно, более низкую температуру. Если бы это было единственное, что произошло бы, и воздух начал бы высыхать до костей, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной. [цитата необходима ]
Ясно, что этого не происходит. Оказывается, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому начинает происходить конвективный перенос тепла от воздуха к капле. Также следует понимать, что скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (то есть «исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функция компонентов смеси (т.е. воды и воздуха).
По прошествии определенного периода достигается равновесие: капля остывает до точки, в которой скорость тепла, уносимого при испарении, равна теплу, полученному за счет конвекции. На данный момент справедлив следующий баланс энергии на площадь интерфейса:
Обратите внимание, что:
Давайте перефразируем это уравнение на:
Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым шариком», Эксперименту 1. Если поток воздуха одинаков в обоих экспериментах (т. Е. И одинаковы), то мы можем приравнять правые части обоих уравнений: H 0 <\displaystyle H_<0>> T 0 <\displaystyle T_<0>>
Экспериментально показания термометра по мокрому термометру наиболее близки к термодинамической температуре по мокрому термометру, если:
На практике значение, сообщаемое термометром по влажному термометру, немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:
Термометр с влажным термометром также можно использовать на открытом воздухе при солнечном свете в сочетании с глобусным термометром (который измеряет падающую лучистую температуру ) для расчета температуры шара по влажному термометру (WBGT).
Адиабатическая температура по влажному термометру [ править ]
Этот термин, как он определен в этой статье, может быть [ расплывчато ] наиболее распространенным в метеорологии.
Депрессия влажного термометра [ править ]
Депрессия влажному термометру разница между температурой по сухому термометру и температуры по влажному термометру. При 100% влажности температуры по сухому и влажному термометрам идентичны, поэтому депрессия по влажному термометру в таких условиях равна нулю. [8]
Температура и здоровье по влажному термометру [ править ]
Исследование 2010 года пришло к выводу, что при наихудшем сценарии глобального потепления с температурой на 12 ° C (22 ° F) выше, чем в 2007 году, предельная температура по влажному термометру для людей может быть превышена в большей части мира в будущие столетия. [11] Исследование 2015 года пришло к выводу, что некоторые части земного шара могут стать непригодными для жизни. [12] Примером порога, при котором человеческое тело больше не может охлаждаться и начинает перегреваться, является уровень влажности 50% и высокая температура 46 ° C (115 ° F), поскольку это указывает на температура по влажному термометру 35 ° C (95 ° F). [13]
В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты старшеклассников от чрезвычайных ситуаций, связанных с жарой, во время активного отдыха. Для температур по влажному термометру от 82,0 ° F (27,8 ° C) до 92,0 ° F (33,3 ° C) действуют особые правила и ограничения; температура по влажному термометру 92,1 ° F (33,4 ° C) или выше требует отмены всех мероприятий на открытом воздухе. [14] [15]
Жара с высокой влажностью [ править ]
Самые высокие зарегистрированные температуры по влажному термометру [ править ]
В следующих местах зафиксирована температура по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Обратите внимание, что метеостанции, как правило, находятся в аэропортах, не обязательно с самыми большими поглотителями тепла, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения. [21]