heat strain index for assessing worker's strain

heat strain index is a method for assessing heat strain in work place

1. بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ

2. شاخص تنش گرمایی Heat Stress Index (HSI)

3. مقدمه تنش های حرارتی محیط کار را می توان به لحاظ ذهنی یا فیزیکی مورد ارزشیابی قرار داد. نظر به اینکه پارامترهای محیطی نظیر دمای هوا ، دمای تابشی ، رطوبت ، سرعت جریان هوا همراه با فعالیت فرد و نوع لباس وی در ایجاد تنش و میزان آن موثر است، سعی گردیده است شرایط حاکم خلاصه شده و به صورت یک عدد ارائه شود، این عدد همان شاخص یا نمایانگر حرارتی است. شاخص، معیاری برای نشان دادن میزان وخامت حرارتی محیط کار است.

4. مقدمه هدف از ارائه یک شاخص ، خلاصه کردن ارتباطات داخلی میان پارامتر های محیطی ، لباس و فعالیت در قالب یک عدد است که این عدد در ارتباط با عملکرد حرارتی یا تعادل حرارتی بدن است.

5. شاخص های گرما شاخص های مورد استفاده برای سنجش وضعیت تنش های گرمایی در قالب دو طبقه کلی زیر دسته بندی می شوند: 1 - شاخص های تحلیلی : شاخص تنش حرارتي ITS) ) شاخص ميزان تعريق مورد نياز SWreq) ) شاخص تنش گرمايي HSI) ) 2 - شاخص های تجربی شاخص دماي مؤثر ET) ) شاخص دماي مؤثر تصحيح شده ( CET ) شاخص ميزان عرق پيش بيني شده 4 ساعت ( P4SR ) شاخص گرمايي دماي تر گويسان ( WBGT )

6. شاخص های تحلیلی شاخص هاي تحليلي بر اساس تبادل حرارتي ، تبادل حرارتي افراد و پاسخ انسان در محيط هاي گرم ، خنثي و سرد پايه ريزي شده است معادله تبادل حرارتي بدن انسان عبارت است از: M±K±C±R-E=S اگر ميزان S صفر باشد نشان دهنده اين است كه بدن انسان در حالت تعادل حرارتي قرار دارد و يا به عبارتي محيط نسبت به بدن انسان در حالت خنثي قرار دارد و مقدار دریافت و اتلاف انرژی با هم برابرند. اگر میزان S مثبت باشد دریافت گرما بیش از اتلاف آن بوده بنابرین دمای داخلی بدن افزایش خواهد یافت، که مقدار آن به میزان S و مدت زمان مواجهه بستگی دارد.

7. شاخص های تحلیلی محاسبه شاخص بر اساس تبادل حرارتی انسان با محیط وابسته به وضعیت جوی محیط ، لباس و فعالیت فرد کاربرد گسترده در محیط ها و شرایط مختلف.

8. شاخص تنش گرمایی H eat S tress I ndex (HSI) این شاخص در سال 1950 در پیتسبورگ آمریکا توسط بلدینگ و هچ ارائه گردید. شاخص مذکور ب ر اساس مدلی طرح گردیده است که در آن دمای پوست، معادل مقدار ثابت 35درجه سلسیوس فرض شده است. شاخص هچ بلدینگ براساس تبادلات حرارتی میان بدن انسان با محیط بنا گذاشته و آن را به عنوان شاخصی جهت کنترل مهندسی تنش حرارتی از طریق اصلاح معادلات حرارتی فرد و محیط نام می برند.

9. شاخص تنش گرمایی H eat S tress I ndex (HSI) محاسبه این شاخص به دو روش امکان پذیر می باشد: 1- روابط ریاضی 2- نموگرام

10. تعیین شاخص HSI از طریق روابط ریاضی

11. محاسبه HSI از طریق روابط ریاضی شاخص HSI عبارت است از نسبت انرژی حرارتی که لازم است از راه تبخیر از بدن دفع گردد تا بدن در حالت تعادل قرار گیرد به حداکثر انرژی حرارتی که در شرایط محیط کار می تواند از طریق تبخیر بدن خارج گردد. این شاخص بر اساس رابطه زیر محاسبه و مقدار آن ارزیابی می گردد:

12. محاسبه HSI از طریق روابط ریاضی Emax : حداکثر انرژی دفع شده از بدن از طریق تبخیر در شرایط محیط کار E max = β V 0.3 (42 – P a ) β : ضریبی که به لباس بستگی دارد. V : سرعت جریان هوا P a : فشار بخار آب یقه باز لباس تابستانی لباس کامل با بالاپوش ضریب وابسته به لباس 31.6 20.5 13.0 β

13. محاسبه HSI از طریق روابط ریاضی E req : میزان انرژی حرارتی که لازم است از طریق تبخیر برای رسیدن به تعادل حرارتی از بدن دفع شود و مقدار آن از رابطه زیر محاسبه می گردد. M :متابولیسم (w/m2) R : انرژی تبادل یافته از راه تابش (w/m2) R= 4.4 (35 – MRT) برای افراد ملبس R=7.3 (35 – MRT) برای افراد غیر ملبس C :انرژی تبادل یافته از طریق جابجایی (w/m2) C= V 0.6 (35 – ta ) برای افراد ملبس C=7.6 V 0.6 (35 – ta ) برای افراد غیر ملبس

14. تعیین شاخص HSI از طریق نموگرام

15. تعیین HSI از طریق نموگرام برای محاسبه شاخص HSI نمودار و نموگرام هایی توسط بریف و مک کارنس ارائه شده است که در شکل نشان داده شده است. نمودار ABDF مربوط به افراد ملبس و نمودار CEBF مربوط به افراد برهنه یا بدون لباس می باشد.

16. نمودار تعیین شاخص استرس گرمایی هچ و بلدینگ

17. تعیین HSI از طریق نموگرام جهت آشنایی با چگونگی استفاده از این نمودار ذیلا به عنوان نمونه ، روش استفاده از نمودار برای برآورد شاخص هچ بلدینگ برای افراد ملبس ارائه گردیده است. دمای دماسنج گوی سان را روی محور Y ها از نمودار A منتقل نموده و از آن عمودی بر خط متناظر با سرعت جریان هوا وارد نمایید. از محل تقاطع دمای گوی سان و سرعت جریان هوا، عمودی را روی محور X ها رسم نمایید. محل تقاطع خط عمود با محور X ها مقدار تبادل انرژی از راه های جابجایی و تابش (C+R) را می دهد.

18. تعیین HSI از طریق نموگرام عمود مذکور را ادامه دهید تا خط متناظر با میزان متابولیسم در نمودار B را قطع نماید. پس از آن عمودی بر نمودار F اعمال نمایید. محل تقاطع این عمود با محور Y ها در نمودار B مقدار E req را مشخص می سازد. فشار بخار آب را روی محور Y ها از نمودار D منتقل نمایید و از آن عمودی بر خط متناظر با سرعت جریان هوا اخراج نمایید. از محل تقاطع عمود فوق با خط سرعت عمودی برمحور X ها از نمودار D وارد نمایید در محل تقاطع مقدار E max مشخص می شود و سپس آن را در نمودار F ادامه دهید.

19. تعیین HSI از طریق نموگرام دو عمود اخراج شده از نمودار های B و D بر نمودار F ،یکدیگر را در نقطه ای قطع خواهند نمود. از این نقطه ، خطی به موازات خطوط رسم شده در نمودار F رسم کرده و مقدار شاخص HSI را در مقیاس مندرج در نمودار F تعیین نمایید. برای افراد برهنه ، مراحل فوق عینا برروی نمودار های F,E,B,C انجام می شود. پس از محاسبه شاخص HSI براساس روابط ریاضی انتقال حرارت یا برآورد آن از نمودار، مقدار شاخص به جدول منتقل گردیده و وضعیت تنش گرمایی محیط کار ارزشیابی می شود.

20. نمودار تعیین شاخص استرس گرمایی هچ و بلدینگ ADBF برای افراد ملبس

21. نمودار تعیین شاخص استرس گرمایی هچ و بلدینگ CEBF برای افراد غیر ملبس و برهنه

22. زمان مجاز مواجهه AET A llowable E xposure T ime

23. زمان مجاز مواجهه AET مدت زمان مجاز مواجهه، به منظورکنترل مدیریتی تنش های حرارتی محیط کار ارائه شده است. درصورتي كه ميزان شاخص HSI حدود ١٠٠ و بالاتر از آ ن قرار گيرد با كاهش مدت زمان مواجهه فرد، اقدام به كنترل و كاهش مواجهه با تنش هاي حرارتي محيط مي شود.

24. زمان مجاز مواجهه AET مدت زمان مجاز مواجهه براساس پارامترهاي فيزيولوژيكي و معادله تعادل حرارتي بدن انسان تعيين مي شود و رابطه آ ن به صورت زير است:

25. مدت زمان مواجهه براي افراد بالغ كه حداكثر افزايش دماي بدن آ ن ها ١.٨درجه سانتي گراد به ازاي يك دوره زماني يك ساعته است، كاربرد دارد. بدين ترتيب مدت زمان كار و با كسر آ ن از ٨ ساعت، مدت زمان استراحت مشخص مي شود. مدت زمان استراحت بدست آ مده بايد به صورت نسبت هاي مساوي در طول ٨ ساعت تقسيم گردد و مجاز به در نظر گرفتن زمان استراحت در يك مرحله در اول يا انتهاي شيفت نمي باشيم. زمان مجاز مواجهه AET

26. زمان مجاز مواجهه AET دررابطه فوق عدد بدست آ مده برحسب دقيقه بوده و مقادير E req و E max برحسب w/m2 است، در سيستم انگليسي مقادير اين دو بر حسب Btu/h درنظر گرفته مي شود،رابطه فوق بصورت زير در مي آ يد:

27. زمان مجاز مواجهه AET همان طوري ك ه ذكر گرديد رابطه فوق زماني كاربرد دارد كه مقدار HSI بالاتر از١٠٠ بر آ ورد گردد، يا به عبارتي ميزان Emax < Ereq باشد. در غير اين صورت مقدار AET منفي مي باشد كه نشان دهنده امكان انجام 8 ساعت ک ار ممتد است. براي محاسبه مدت زمان مجاز مواجهه نموگرام هايي نيز ارائه شده است كه نمونه اي از آ ن ها درشكل نشان داده شده است.

28. زمان مجاز مواجهه AET درتكميل و استفاده از نموگرام مذكور معادلات زير استفاده مي شوند. اين معادلات براساس پوشش لباس سبك تابستاني طراحي شده اند: Ereq=M±R±C R=17.5(MRT-95) C=0.756 V 0.6 (Ta-95) Emax=2.8 V 0.6 (42-Pa)

29. زمان مجاز مواجهه AET =Pa فشاربخار ا ب درهوا (mmHg) =MRT ميانگين دماي تابشي (F) =R گرماي مبادله شده از طريق تابش (Btu/hr) =C گرماي مبادله شده از طريق جابجايي (Btu/hr) =Emax حداكثر اتلاف حرارتي از طريق تبخير عرق (Btu/hr) =Ta دماي محيط (F) =V سرعت جريان هوا (ft/min)

30. زمان مجاز مواجهه AET روابط كاربردي در خصوص پارامترهاي موثر در محاسبه شاخص AET در سيستم SI به شرخ زير است: R=K 1 (35-t r ) (W/m2) C=K 2 V 0.6 (35-t a ) (W/m2) Emax= K 3 v0.6 ( 35 – Pa) (W/m2) در روابط فوق: K 1 ,K 2 ,K 3 = ضرايبي كه براساس جدول تعيين مي شوند . Ta = دماي هوا (C) Pa = فشاربخار آ ب درهوا ( mb ) V = سرعت جريان هوا (m/s)

31. میزان ضرایب K 1 ,K 2 ,K 3 در روابط ذکر شده : ضرایب پوشیده برهنه K 1 4/4 7/3 K 2 4/6 7/6 K 3 7 11/7 زمان مجاز مواجهه AET

32. همان طور كه ملاحظه شد يكي از روش هاي محاسبه شاخص AET ، استفاده از نموگرام مربوطه است كه مراحل استفاده از آ ن به شرح زير است: ١. به وسيله خطي،سرعت جريان هوا (ستون١) را به دماي محيط (ستون٢) وصل كنيد. تقاطع اين خط با ستون ٢ مقدار گرماي مبادله شده از طريق جابجايي رانشان مي دهد. درصورتي كه دماي محيط بيش از 95 درجه فارنهايت باشد مقدار گرماي جابجايي مثبت و درغير اين صورت مقدار منفي آ ن منظور مي گردد. ٢. به وسيله خطي،سرعت جريان هوا(ستون١)را به نقطه شبنم(ستون٤)وصل كنيد و مقدار Emax را از روي ستون ٥ قرائت كنيد. زمان مجاز مواجهه AET

33. زمان مجاز مواجهه AET ٣. سرعت جريان هوا (ستون١) را به اختلاف دماي گوي سان و دماي محيط (ستون ٦) وصل كنيد و مقدار K را از روي (ستون ٧) قرائت كرده و به مقياس K در پايين صفحه منتقل نمائيد. ٤. مقدار K را به دماي گوي سان (ستون٨) وصل كرده و دماي تابشي ديوار(جداره ها) را از (ستون٩) قرائت كنيد. ٥. مقدار فوق را به وسيله خطي به موازات خطوط مورب رسم شده به (ستون١٠) وصل كنيد و مقدار گرماي مبادله شده از طريق تابش را قرائت نماييد.

34. زمان مجاز مواجهه AET ٦. مقدار متابوليسم ( M ) را تعيين كرده و روي (ستون١١) مشخص نماييد. مقادير ستون ١٠ و ١١ را به هم وصل كنيد و از روي ( ستون١٢ ) ، M+R را قرائت كنيد. ٧. مقدارگرماي جابجايي را كه در مرحله يك به دست آ مده بود به ( ستون٣ ) در پايين صفحه منتقل كنيد. اين مقدار (مثبت يا منفي) را به ( ستون ١٢ ) وصل كنيد و مقدار E req را از روي ( ستون١٣ ) به دست آ وريد. ٨. مقدار E max را از روي ( ستون٥ ) در پايين صفحه منتقل كرده و آ ن را به مقدار E req بر روي ( ستون ١٣ ) وصل كنيد. مح ل تقاطع اين خط با ( ستون١٤ ) ، مدت زمان مجاز مواجهه مداوم را برحسب دقيقه نشان مي دهد.