第九章人与环境的界面设计

第九讲人与环境的界面设计9.1人体对环境的适应程度在人——机——环境系统中，对系统产生影响的一般环境主要有：热环境、照明、振动、粉尘以及有毒物质等。随着人类生产活动领域的扩大，影响系统的还有失重、超重、异常气压、加速度、电离辐射以及非电离辐射等特殊环境因素。根据作业环境对人体的影响和人体对环境的适应程度，可把人的作业环境分为四个区域，即：（1）最舒适区（2）舒适区（3）不舒适区（4）不能忍受区图9-1决定舒适程度的环境因素范围9.2人与热环境9.2.1影响热环境的要素1.气温作业环境中的气温除取决于大气温度外，还受太阳辐射和作业场所的热源（如各种冶炼炉、化学反应锅、被加热的物体、机器运转发热和人体散热等）影响。2.气湿作业环境的气湿以空气相对湿度表示。相对湿度在80%以上称为高气湿，低于30%称为低气湿。3.气流作业环境中的气流除受外界风力的影响外，主要与作业场所中的热源有关。室内外温差愈大，产生的气流愈大。4.热辐射正辐射（使人体受热），负辐射（使人体散热）。9.2.2人体的热平衡人体所受热源：（1）机体代谢产热；（2）外界作用的环境热量机体与周围环境的热交换：M±C±R-E-W=SS=0人体处于动态热平衡状态S0产热多于散热，人体体温升高S0散热多于产热，人体体温下降M为代谢产热量；C为人体与周围环境通过对流交换的热量；R为人体与周围环境通过辐射交换的热量；E为人体通过皮肤表面汗液蒸发的热量；W为人体对外做功所消耗的热量；S为人体的蓄热状态。9.2.3热环境对人体的影响1.热舒适环境（人在心理状态上感到满意的热环境）影响热舒适环境的主要因素如下：1）环境因素：空气的干球温度、水蒸气分压力、气流速度、室内物体和壁面辐射温度2）人的因素：人的新陈代谢、服装图9-3常用的温湿图和舒适区有效温度ET、新有效温度ET*2.过冷、过热环境对人体的影响1）低温冻伤温度为5~8℃时，人体出现冻伤一般需要几天时间；而在-73℃时，暴露时间只需12s即可产生冻伤。2）低温的全身性影响人在低温环境中暴露时间较长，深部体温便会逐渐降低，出现一系列的低温症状。降至34℃以下时，产生健忘、呐吃和定向障碍；降至30℃时，全身剧痛、意识模糊；降至27℃以下时，随意运动丧失，瞳孔反射、深部腱反射和皮肤反射全部消失，人濒临死亡。3）高温烫伤皮肤温度达41~44℃时即会感到灼痛，若高温继续上升，则皮肤基础组织会受到伤害。4）全身性高温反映人体局部温度高达38℃便会感到不舒适，人在体力劳动主诉可耐受的深部体温为38.5~38.8℃，高温极端不舒适反应的深部体温临界值为39.1~39.4℃。9.2.4热环境对工作的影响1.热环境对脑力劳动的影响表现在效率和相对差错次数两方面。图9-4气温对效率和相对差错的影响2.热环境对体力劳动的影响表现在操作效率和事故发生率两方面。图9-5气温对生产率和事故发生率的影响9.2.5热环境的主观评价标准1.主观评价：人对热环境的主观感觉是评价热环境的主要依据之一，参阅表9-1，表9-22.耐受标准，见图9-63.安全标准，见图9-74.工作效率不受影响的湿度范围，见图9-85.工业生产热环境标准，参阅表9-3，表9-49.3人与光环境9.3.1良好光环境的作用天然采光：利用自然界的天然光源形成作业场所的光环境。人工照明：利用人工制造的光源构成作业场所的光环境。1.光源对生产率的影响良好的光环境是通过改善人的视觉条件（照明生理因素）和改善人的视觉环境（照明心理因素）来提高劳动生产率，见图9-9。2.光环境对安全的影响良好的光环境对降低事故发生率和保护工作人员的视力和安全有明显的效果，见图9-10。9.3.2对光环境的要求照明按目的大致可分为以功能为主的明视照明和以舒适性为主的气氛照明。1.设计的基本原则1)合理的照度平均水平2)光线的方向和扩散要合理3)不让光线直接照射眼睛4)光源光色要合理5)让照明和色相协调6)不能忽视经济条件的制约，见图9-112.天然光照度和采光系数C，参见表9-5，表9-6C=En/Ew×100%En为室内某一点的照度；Ew为与En同一时刻的室外照度。3.照明的照度与照度分布，参阅表9-7照度表明被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积dA，入射的光通dØi，照度E=dØi/dA4.亮度分布，参阅表9-8，表9-9，图9-12，5.光的方向性和扩散性6.光源色和显色性1）色温，当热辐射光源的光谱与加热到温度为Tc的黑体发出的光谱分布相似时，将该温度Tc称为该光源的色温，见表9-10，表9-11，图9-13。2）显色性，参阅表9-12，表9-139.3.3色彩环境1.色彩的感情效果，参阅表9-14，见图9-14心理因子评价活动力量关系深浅尺度喜欢——讨厌美丽——丑陋自然——做作动——静暖——冷漂亮——朴素明快——阴晦前进——后退烦躁——安定光亮——灰暗强——弱浓艳——清淡硬——软刚——柔重——轻与色彩三属性关系色调绿、青↔红、紫红(暖色)↔青(冷色)基本无关饱和度大↔小大↔小基本无关明度大↔小大↔小小↔大表9-14色彩的感情效果2.环境色彩的选择，参阅表9-15机械设备本体的颜色：色调用5G~5B，明度V=5~6，彩度C=3左右，或用无彩色N6~7。但大型设备如果也用V=5~6，会使房间显得暗淡，故可用V=8。但需要把机械的工作部分与本体分开时，工作部分可用7.5YR8/4。一般工作面明度选V=7.5~8，壁面明度选V=8，尽量避免高彩度，壁面C3。工作温度较高的（朝南屋），墙壁选有寒冷感的，如2.5G；较低的（朝北屋）选有暖感的，如2.5Y。高温工作间用5BG~5B。面积较大而天花板较低的车间，白色会产生压抑感，改用天青色较好。最不易使人眼疲劳的颜色是7.5GY8/2，最适用于办公室。室内各表面大型机器车间小型机器车间天棚5Y9/25Y9/2墙壁6GY7.5/21.5Y7.5/3墙围10GY5.5/27YR5/3.5地面10YR5/4N5机器本体7.5GY7/37.5GY6/3机器工作面1.5Y8/31.5Y8/3表9-15环境色彩设计举例9.3.4光环境的综合评价1.评价方法，见表9-162.评分系统3.项目评分及光环境指数①项目评分计算式②总的光环境指数计算式4.评价结果与质量等级视觉环境指数S=00S≤1010S≤50S50质量等级1234意义毫无问题稍有问题问题稍大问题很大9.4人与声环境9.4.1噪声对人的影响1.噪声对工作的影响，见图9-15当噪声达到70dB时，会对工作产生各方面的影响，所以对于需要高度集中精力的工作场所均以50dB的稳定噪声级作为其上限。2.噪声对听觉的影响，见图9-16会产生暂时性听力下降；听力疲劳；持久性听力损失；暴震性耳聋。3.噪声对机体的其他影响，见图9-17噪声达90dB以上，对神经系统、心血管系统等有明显的影响。9.4.2影响噪声对机体作用的因素1.噪声强度（越强）；2.接触时间（越长）；3.噪声的频谱（高频，窄频带）；4.噪声类型和接触方式（脉冲噪声和持续接触）；5.个体差异；9.4.3噪声评价标准1.国外听力保护噪声标准，参阅表9-18；2.工业噪声卫生标准，参阅表9-19；3.环境噪声标准，参阅表9-20。9.5人与振动环境9.5.1人体的振动特性，见图9-18外部刺激使人体产生内部响应。对人体产生三种作用力：惯性力（质量）；粘性阻尼力（阻尼）；弹性力（刚度）。人是一个多自由度的振动系统，其中：第一共振峰：4~8Hz，对胸腔影响最大；第二共振缝：10~12Hz，对腹腔影响最大；第三共振缝：20~25Hz，频率再增高，在人体内传递逐步衰减，对生理效应的影响相应减少。显然，对人体影响最大的是低频区。9.5.2影响振动对机体的作用因素1.振动频率2.作用方向3.振动强度以加速度度量振动强度最为广泛4.作用方式5.振动波形6.暴露时间图9-19振动对人体的影响因素9.5.3振动对人体的影响，见图9-209.5.4振动对工作能力的影响，见图9-219.5.5振动的评价1.全身承受振动的评价标准（1）健康与安全的界限（EL）（2）疲劳－降低工作效率界限（FDP），见图9-22（3）舒适降低界限（RCB）EL=2FDP（两者相差6dB）RCB≈FDP/3.15（两者相差10dB）2.局部振动评价标准，见图9-23，图9-24，参阅表9-219.6人与毒物环境9.6.1有毒气体和蒸汽9.6.2工业粉尘和烟雾9.6.3有毒环境的卫生标准热尚可舒适17.6~20.0016.683.420.1~22.50605022.6~25.0022.577.525.1~27.50524827.6~30.06.263.830.030.1~32.516.864.718.532.6~35.027.558.214.335.1~37.546.347.06.737.6~40.055.045.0040.1~42.556.044.0042.6~45.010000气温℃数据/%主观感觉表9-1在不同气温下工厂工人的主观感受返回空气温度/℃25.1~27.027.1~29.029.1~31.031.0~32.032.1~33.0热辐射温度/℃25.6~27.827.8~29.729.7~32.032.5~32.733.4~33.5空气相对湿度/%85~9284~9076~8074~7974~76气流速度/(m/s)0.05~0.10.05~0.20.1~0.20.2~0.30.2~0.4人体温度/℃36.0~36.436.0~36.536.2~36.436.3~36.636.4~36.8皮肤温度/℃29.7~29.929.7~32.133.1~33.933.8~34.634.5~35.0出汗情况无无无微少较多人体活动特征可穿外衣，工作愉快，有微风时清凉，无微风时工作仍适宜，吃饭不出汗，夜间睡眠舒适可穿衬衣，有微风时工作舒适，无微风时感到微热，但不出汗，夜间睡眠仍感舒适稍感到热，有微风时工作尚可，无微风时出微汗，夜间不易入睡，蒸发散热增加有风时勉强工作，但较干燥，较热，口渴；有微风时仍出微汗，夜间难睡，主要靠蒸发散热皮肤出汗，家具表面发热，感觉闷热，工作困难，虽有风，工作仍感困难主观评价凉爽、愉快舒适稍热、尚可较热、勉强过热，难受表9-2热环境对人体舒适感影响的主观评价返回图9-6人对高温和低温的主诉可耐时间返回图9-7温度的安全限度返回图9-8工作效率不受影响的允许温度和温度范围（a）允许温度（b）温度范围返回车间和作业的特征冬季夏季温度/℃相对湿度温度/℃相对湿度主要放散对流热的车间散热量不大的轻作业中等作业重作业14~2012~1710~15不规定不超过室外温度3℃不规定散热量大的轻作业中等作业重作业16~2513~2210~20不规定不超过室外温度5℃不规定需要人工调节温度和湿度的轻作业中等作业重作业20~2322~2524~27≤(80~75)%≤(70~65)%≤(60~55)%313233≤70%≤(70~60)%≤(60~50)%放散大量辐射热和对流热的车间（辐射强度大于2.5×105J/(h･m2)）8~15不规定不超过室外温度5℃不规定放散大量湿气的车间散热量不大的轻作业中等作业重作业16~2013~1710~15≤80%不超过室外温度3℃不规定散热量大的轻作业中等作业重作业18~2317~2116~19≤80%不超过室外温度5℃不规定表9-3工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准返回返回表9-4高温作业允许持续接触热时间限值工作地点温度/℃轻劳动/min中等劳动/min重劳动/min30~3280706032~3470605034~3660504036~3850403038~4040302040~4230201542~44201010图9-9良好光环境的作用返回图9-10照明与事故发生率的关系返回图9-11良好照明的特性因素返回表9-5生产车间工作面上的采光系数最低值采光等级视觉工作分类室内天然光照度最低值/lx采光系数最低值/%工