ambiance thermique 4

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1 Unité d Ergonomie Faculté de Médecine Pitié-Salpêtrière 91, bd de l Hôpital Paris cedex 13 DIPLÔME D ERGONOMIE ET DE PHYSIOLOGIE DU TRAVAIL option 2 Ergonomie de l ambiance l physique et psychosociale Directeur du diplôme Docteur Bronislaw KAPITANIAK ambiance thermique 4 bilan thermique sudation requise

2 H débit de stockage de chaleur du corps H = M - W + K + C + R - E en Wm -2 M = W = K = C = R = E = production d énergie métabolique production d énergie mécanique débit de chaleur par conduction débit de chaleur par convection débit de chaleur par rayonnement débit de chaleur par évaporation frissons et métabolisme AMBIANCES FROIDES NON TOLERABLE H < 0 Mreq > 500W TOLERABLE vasomotricité NEUTRALITE TOLERABLE sudation AMBIANCES CHAUDES NON TOLERABLE H > 0 Sreq > max H = 0 B I L A N T H E R M I Q U E E Q U I L I B R E contrainte inconfort confort inconfort contrainte

3 métabolisme de base en fonction de l âgel Wm ans estimation du métabolismem NF EN ISO 28996

4 ISO 7243 K conduction K = k (T 1 - T 2 ) k = conductance thermique du corps solide (Wm -2 K -1 ) T 1 - T 2 = différence de température des 2 faces (K)

5 C convection C = h c A c /A D (T a - T sk ) h c = coefficient de convection (Wm -2 K -1 ) A c = surface d échange par convection A D = surface corporelle totale T a = température sèche de l air (K) T sk = température moyenne de la peau (K) C convection C = h c F cl (t sk - t a ) h c = coefficient de convection (Wm -2 K -1 ) F cl = facteur de réduction dû au vêtement t a = température sèche de l air ( C) = température moyenne de la peau ( C) t sk

6 h c coefficient de convection h c = 2,38 (t sk - t a ) ¼ V ar < 0,25 m/s h c = 3,5 + 5,2 V ar V ar < 1 m/s h c = 8,7 V ar 0,6 V ar > 1 m/s t a t sk = température sèche de l air ( C) = température moyenne de la peau ( C) V ar vitesse relative de l airl V ar = V a + 0,0052 (M - 58) V a = vitesse de l air par rapport au sujet immobile (ms -1 ) M = puissance de l exercice (Wm -2 )

7 V ar vitesse relative de l airl V ar = V a + 0,0052 (M - 58) V a = 0 M = 70 Wm -2 V ar = 0,06 ms -1 V a = 0 M = 120 Wm -2 V ar = 0,32 ms -1 V a = 0 M = 175 Wm -2 V ar = 0,61 ms -1 V a = 0 M = 230 Wm -2 V ar = 0,89 ms -1 h c coefficient de convection t a = 25 C t sk = 33 C h c = 4 si V a < 0,1 m/s h c = 6 si V a = 0,5 m/s h c = 8 si V a = 1 m/s h = 11 si V c a = 1,5 m/s h = 13 si V c a = 2 m/s

8 C convection respiratoire C res = c p V (t ex - t a ) / A du c p = chaleur spécifique de l air (Jkg -1 ) V = débit ventilatoire (ls -1 ) t a = température sèche de l air ( C) t ex = température de l air expiré ( C) A du = surface corporelle (m 2 ) R rayonnement R = ε σ F clr A r /A D (T r4 - T sk4 ) ε = émissivité du corps humain (0,97) σ = constante universelle de rayonnement (5, W m -2 K -4 ) F clr = facteur de réduction dû au vêtement A r = surface d échange par rayonnement A D = surface corporelle totale T sk = température moyenne de la peau (K) = température moyenne de rayonnement de l environnement (K) T r

9 t r température moyenne de rayonnement t r = [(t g + 273)4 + 2, V a 0,6 (t g - t a )] ¼ si V a = 0 alors t r = t g si V a = 1 t a = 40 t g = 50 alors t r = 67 R rayonnement R = h r F cl (t sk - t r ) h r F cl t sk t r = coefficient de rayonnement = facteur de réduction dû au vêtement = température moyenne de la peau (K) = température moyenne de rayonnement (K)

10 h r coefficient de rayonnement h r = σ ε sk A r /A D (T sk4 T r4 ) / (T sk T r ) ε sk = émissivité cutanée σ = constante universelle de rayonnement A r = surface d échange par rayonnement A D = surface corporelle totale T sk = température moyenne de la peau (K) = température moyenne de rayonnement de l environnement (K) T r h r coefficient de rayonnement h r h r = 5 si Δt = -10 C = 6 si Δt = +30 C

11 F cl facteur de réduction r dûd au vêtement F cl 1 / [(h c + h r ) I cl + 1 / (1 + 1,97 I cl )] = F cl = 0,37 si I cl = 1 clo F cl = 0,42 si I cl = 0,8 clo F cl = 0,51 si I cl = 0,6 clo F cl = 0,6 si I cl = 0,4 clo F cl = 0,75 si I cl = 0,2 clo F cl = 1 si I cl = 0 clo pour h c = 7 et h r = 5,5 E évaporation E = h e A e /A D (P a - P sk,s ) E = h e F cl (P a P sk,s ) h e = coefficient d évaporation (W m -2 kpa -1 ) A e = surface d échange par évaporation A D = surface corporelle totale F cl = facteur de réduction dû au vêtement P a = pression de vapeur d eau ambiante (kpa) = pression saturante de vapeur d eau cutanée (kpa) P s,sk

12 h e coefficient d éd évaporation h e = 16,7 h c E max évaporation maximale E max = (P sk,s - P a ) / R T P a P s,sk R T = pression de vapeur d eau ambiante (kpa) = pression saturante de vapeur d eau cutanée (kpa) = résistance évaporatoire totale

13 E res évaporation respiratoire E res = c e V (W ex - W a ) / A du c e = chaleur d évaporation de l eau (Jkg -1 ) V = débit ventilatoire (ls -1 ) W ex = rapport d humidité de l air expiré W = a rapport d humidité de l air expiré A du = surface corporelle (m 2 ) E res évaporation respiratoire E res = 0,0173 M (P a 5,87)

14 E débit par évaporation E = w E max w a = mouillure cutanée = évaporation maximale permise par l environnement E max H req évaporation requise E req = M - W - C res -E res - C - R M = production d énergie métabolique W = puissance mécanique utile débit de chaleur par convection respiratoire C res = E res = débit de chaleur par évaporation respiratoire C = débit de chaleur par convection R = débit de chaleur par rayonnement

15 w req mouillure requise w req = E req / E max E req E max req = évaporation requise max = évaporation maximale SW req sudation requise SW req = E req / r E req = évaporation requise r = efficacité évaporatoire de la sudation r = 1 si w < 0,5 r = 0,8 si w < 0,75 r = 0,5 si w < 1

16 SW req sudation requise en ml/min SW req = E req / r A D / 0,674 E req = évaporation requise r = efficacité évaporatoire de la sudation A D = surface corporelle DLE durée e limite d expositiond évaporation permise par l ambiance stockage maximal de chaleur perte hydrique maximale possibilité de réhydratation

17 DLE durée e limite d expositiond DLE1 = 60 Q max / (E req E p ) DLE2 = 60 D max / SW p Q max = stockage maximal de chaleur E req = évaporation requise E p = évaporation prévisible D max = perte hydrique maximale SW p = débit sudoral prévisible sudation requise

18 sudation requise sudation requise SUDREQ 2004 Détermination de la durée limite d'exposition au travail en ambiance chaude par le calcul de la sudation requise selon la norme NF EN B. LANDRY - J. OJALVO I - Détermination des valeurs limites des critères d'astreinte sudorale et thermique Acclimatement Seuil Non acclimaté Acclimaté Alarme Danger Mouillure cutanée maximale (W max ) : 100% Sudation maximale au travail (SW max ) : 300 W/m² soit : 780 g/h Perte hydrique maximale (D max ) : 1500 Wh/m² soit : 3,9 litres Stockage maximal de chaleur (Q max ) : 50 Wh/m² Suivant Info

19 sudation requise SUDREQ 2004 Détermination de la durée limite d'exposition au travail en ambiance chaude par le calcul de la sudation requise selon la norme NF EN B. LANDRY - J. OJALVO RESULTAT Sujet Acclimaté Seuil Alarme Perte hydrique en litres DLE Déshydratation : 300 minutes DLE Hyperthermie : 55 minutes Stock. chaleur en Wh/m² Temp. Opérative : 56,8 C Débit sudoral : 780 g/h Risque d'élévation excessive de la température après : 55 min Détail calculs Rapport Analyse Simulation Retour