C - Site Pitié

Unité d’Ergonomie
Faculté de Médecine
Pitié-Salpêtrière
91, bd de l’Hôpital
75 634 Paris cedex 13
www.ergonomie.chups.jussieu.fr
DIPLÔME D’ERGONOMIE ET DE PHYSIOLOGIE DU TRAVAIL
option 2
Ergonomie de l’
l’ambiance physique et psychosociale
Directeur du diplôme
Docteur
Bronislaw KAPITANIAK
ambiance thermique
4
bilan thermique
sudation requise
H
débit de stockage de chaleur du corps
H= M-W +K+C+R-E
où :
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
vasomotricité
AMBIANCES FROIDES
NON
TOLERABLE
en Wm-2
AMBIANCES CHAUDES
TOLERABLE
H<0
Mreq > 500W
sudation
TOLERABLE
NON
TOLERABLE
H>0
Sreq > max
NEUTRALITE
H=0
BILAN THERMIQUE EQUILIBRE
contrainte
inconfort
confort
inconfort
contrainte
métabolisme de base en fonction de l’âge
Wm-2
60
55
50
45
40
10
20
30
estimation du mé
métabolisme
NF EN ISO 28996
40
50
60
70
ans
ISO
7243
K
conduction
K=
k • (T1 - T2)
où :
= conductance thermique du corps solide (Wm-2K-1)
k
T1 - T2 = différence de température des 2 faces (K)
C
convection
C=
hc • Ac/AD • (Ta - Tsk)
où :
hc
Ac
AD
Ta
Tsk
= coefficient de convection (Wm-2K-1)
= surface d’échange par convection
= surface corporelle totale
= température sèche de l’air (K)
= température moyenne de la peau (K)
C
convection
C=
hc • Fcl • (tsk - ta)
où :
hc
Fcl
ta
tsk
=
=
=
=
coefficient de convection (Wm-2K-1)
facteur de réduction dû au vêtement
température sèche de l’air (°C)
température moyenne de la peau (°C)
hc
coefficient de convection
hc = 2,38 • (tsk - ta)¼
Var < 0,25 m/s
hc = 3,5 + 5,2 • Var
Var < 1 m/s
hc = 8,7 • Var0,6
Var > 1 m/s
où :
ta = température sèche de l’air (°C)
tsk = température moyenne de la peau (°C)
Var
vitesse relative de l’air
Var =
Va + 0,0052 (M - 58)
où :
Va = vitesse de l’air par rapport au sujet immobile (ms-1)
M = puissance de l’exercice (Wm-2)
Var
vitesse relative de l’air
Var =
Va + 0,0052 (M - 58)
Va = 0
M = 70 Wm-2
Var = 0,06 ms-1
Va = 0
M = 120 Wm-2
Var = 0,32 ms-1
Va = 0
M = 175 Wm-2
Var = 0,61 ms-1
Va = 0
M = 230 Wm-2
Var = 0,89 ms-1
hc
coefficient de convection
ta = 25°C
tsk = 33°C
hc = 4
si
Va < 0,1 m/s
hc = 6
si
Va = 0,5 m/s
hc = 8
si
Va = 1 m/s
hc = 11
si
Va = 1,5 m/s
hc = 13
si
Va = 2 m/s
C
convection respiratoire
Cres =
Ž
cp • V • (tex - ta) / Adu
où :
cp
VŽ
ta
tex
Adu
= chaleur spécifique de l’air (Jkg-1)
= débit ventilatoire (ls-1)
= température sèche de l’air (°C)
= température de l’air expiré (°C)
= surface corporelle (m2)
R
rayonnement
R = ε • σ • FclR • Ar/AD • (Tr4 - Tsk4)
ε =
σ =
FclR =
Ar =
AD =
Tsk =
Tr =
émissivité du corps humain (0,97)
constante universelle de rayonnement (5,67 10-8 W m-2 K-4)
facteur de réduction dû au vêtement
surface d’échange par rayonnement
surface corporelle totale
température moyenne de la peau (K)
température moyenne de rayonnement de l’environnement (K)
tr
température moyenne de rayonnement
tr = [(tg + 273)4 + 2,5 • 108 • Va0,6 (tg - ta)]¼ - 273
si Va = 0 alors tr = tg
si Va = 1
ta = 40°
tg = 50°
alors tr = 67°
R
rayonnement
R = hr • Fcl • (tsk - tr)
hr
Fcl
tsk
tr
=
=
=
=
coefficient de rayonnement
facteur de réduction dû au vêtement
température moyenne de la peau (K)
température moyenne de rayonnement (K)
hr
coefficient de rayonnement
hr =
σ • εsk • Ar/AD • (Tsk4 – Tr4) / (Tsk – Tr)
où :
εsk
σ
Ar
AD
Tsk
Tr
= émissivité cutanée
= constante universelle de rayonnement
= surface d’échange par rayonnement
= surface corporelle totale
= température moyenne de la peau (K)
= température moyenne de rayonnement de l’environnement (K)
hr
coefficient de rayonnement
hr = 5
si
Δt = -10°C
hr = 6
si
Δt = +30°C
Fcl
facteur de réduction dû au vêtement
Fcl = 1 / [(hc + hr)
Fcl
Fcl
Fcl
Fcl
Fcl
Fcl
=
=
=
=
=
=
0,37
0,42
0,51
0,6
0,75
1
I + 1 / (1 + 1,97 Icl)]
• cl
si
si
si
si
si
si
Icl
Icl
Icl
Icl
Icl
Icl
=
=
=
=
=
=
1 clo
0,8 clo
0,6 clo
0,4 clo
0,2 clo
0 clo
pour hc = 7 et hr = 5,5
E
évaporation
où :
he
Ae
AD
Fcl
Pa
Ps,sk
=
=
=
=
=
=
E=
he • Ae/AD (Pa - Psk,s)
E=
he • Fcl (Pa – Psk,s)
coefficient d’évaporation (W m-2 kPa-1)
surface d’échange par évaporation
surface corporelle totale
facteur de réduction dû au vêtement
pression de vapeur d’eau ambiante (kPa)
pression saturante de vapeur d’eau cutanée (kPa)
he
coefficient d’évaporation
he = 16,7 hc
Emax
évaporation maximale
Emax =
(Psk,s - Pa) / RT
où :
Pa = pression de vapeur d’eau ambiante (kPa)
Ps,sk = pression saturante de vapeur d’eau cutanée (kPa)
RT = résistance évaporatoire totale
Eres
évaporation respiratoire
Eres =
ce • V • (Wex - Wa) / Adu
où :
ce =
V =
Wex =
Wa =
Adu
chaleur d’évaporation de l’eau (Jkg-1)
débit ventilatoire (ls-1)
rapport d’humidité de l’air expiré
rapport d’humidité de l’air expiré
= surface corporelle (m2)
Eres
évaporation respiratoire
Eres =
0,0173 • M (Pa – 5,87)
E
débit par évaporation
E=
w x Emax
où :
wa = mouillure cutanée
Emax = évaporation maximale permise par l’environnement
Hreq
évaporation requise
Ereq = M - W - Cres - Eres - C - R
où :
M =
W =
Cres =
Eres =
C =
R =
production d’énergie métabolique
puissance mécanique utile
débit de chaleur par convection respiratoire
débit de chaleur par évaporation respiratoire
débit de chaleur par convection
débit de chaleur par rayonnement
wreq
mouillure requise
wreq = Ereq / Emax
où :
Ereq = évaporation requise
Emax = évaporation maximale
SWreq
sudation requise
SWreq = Ereq / r
où :
Ereq = évaporation requise
r
= efficacité évaporatoire de la sudation
r = 1
r = 0,8
r = 0,5
si
si
si
w < 0,5
w < 0,75
w < 1
SWreq
sudation requise en ml/min
SWreq = Ereq / r • AD / 0,674
où :
Ereq = évaporation requise
r
= efficacité évaporatoire de la sudation
AD = surface corporelle
DLE
durée limite d’exposition
évaporation permise par l’ambiance
stockage maximal de chaleur
perte hydrique maximale
possibilité de réhydratation
DLE
durée limite d’exposition
DLE1 = 60 Qmax / (Ereq – Ep)
DLE2 = 60 Dmax / SWp
où :
Qmax
Ereq
Ep
Dmax
SWp
=
=
=
=
=
stockage maximal de chaleur
évaporation requise
évaporation prévisible
perte hydrique maximale
débit sudoral prévisible
sudation requise
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 12515
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
Perte hydrique maximale (Dmax ) : 1500
Stockage maximal de chaleur (Qmax ) :
50
Suivant
W/m²
soit :
Wh/m² soit :
780 g/h
3,9 litres
Wh/m²
Info
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 12515
B. LANDRY - J. OJALVO
Sujet Acclimaté
RESULTAT
DLE Déshydratation :
60
120
180
240
300
300
minutes
360
420
0
1
2
3
4
5
6
Alarme
DLE Hyperthermie :
480
40
20
0
0
60
120
180
240
Temp. Opérative :
56,8 °C
Débit sudoral :
Risque d'élévation excessive de la température après :
Rapport
minutes
60
7
Détail calculs
55
80
Stock. chaleur en Wh/m²
Perte hydrique en litres
0
Seuil
Analyse
Simulation
300
360
420
780 g/h
55 min
Retour
480