ISO 7933:2023
(Main)Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain
Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain
This document describes a model [the predicted heat strain (PHS) model] for the analytical determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal temperature) experienced by an average person in a hot environment and determines the maximum allowable exposure times within which the physiological strain is acceptable for 95 % of the exposed population (the maximum tolerable rectal temperature and the maximum tolerable water loss are not exceeded by 95 % of the exposed people). The various terms used in this prediction model and, in particular, in the heat balance, show the influence of the different physical parameters of the environment on the thermal stress experienced by the average person. In this way, this document makes it possible to determine which parameter or group of parameters can be changed, and to what extent, in order to reduce the risk of excessive physiological strain. In its present form, this method of assessment is not applicable to cases where special protective clothing (e.g. fully reflective clothing, active cooling and ventilation, impermeable coveralls) is worn. This document does not predict the physiological response of an individual person, but only considers average persons in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be used by, among others, ergonomists and industrial hygienists, as the outcomes can require expert interpretations. Recommendations about how and when to use this model are given in ISO 8025.
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
Le présent document décrit un modèle [le modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)] pour la détermination analytique et l’interprétation de la contrainte thermique (en matière de perte hydrique et de température rectale) subie par une personne moyenne dans un environnement chaud et détermine les durées limites d’exposition admissibles pendant lesquelles l’astreinte physiologique est acceptable pour 95 % de la population exposée (la température rectale maximale tolérable et la perte hydrique maximale tolérable ne sont pas dépassées par 95 % des personnes exposées). Les divers termes intervenant dans ce modèle prédictif et, notamment, dans le bilan thermique, permettent de déterminer les parts respectives prises par les divers paramètres physiques de l’environnement dans la contrainte thermique subie par la personne moyenne. Le présent document permet ainsi de déterminer sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il est possible d’agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astreinte physiologique excessive. Dans sa forme actuelle, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port de vêtements spéciaux de protection (par exemple, des vêtements entièrement réfléchissants, réfrigérés et ventilés, des combinaisons imperméables). Le présent document ne vise pas à prédire la réponse physiologique d’une personne donnée, mais concerne uniquement une personne moyenne en bonne santé et apte à faire son travail. Il est par conséquent destiné à être utilisé, entre autres, par des ergonomes et des hygiénistes du travail, car les résultats peuvent nécessiter une interprétation par des experts. Des recommandations sur comment et quand utiliser ce modèle sont données dans l’ISO 8025.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7933
Third edition
2023-07
Ergonomics of the thermal
environment — Analytical
determination and interpretation of
heat stress using calculation of the
predicted heat strain
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique
et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de
l'astreinte thermique prévisible
Reference number
© ISO 2023
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 1
5 Principles of the predicted heat strain (PHS) model . 4
6 Main steps of the calculation .5
6.1 Heat balance equation . 5
6.1.1 General . 5
6.1.2 Metabolic rate, M . 5
6.1.3 Effective mechanical power, W . 5
6.1.4 Heat flow by respiratory convection, C . 5
res
6.1.5 Heat flow by respiratory evaporation, E . 5
res
6.1.6 Heat flow by conduction, K . 5
6.1.7 Heat flow by convection, C . 6
6.1.8 Heat flow by radiation, R . 6
6.1.9 Heat flow by evaporation, E . 6
6.1.10 Heat storage for increase of core temperature associated with the
metabolic rate, Q . 6
eqi
6.1.11 Heat storage, S . 6
6.2 Calculation of the required evaporative heat flow, the required skin wettedness
and the required sweat rate . 7
7 Interpretation of required sweat rate . 7
7.1 Basis of the method of interpretation . 7
7.1.1 General . 7
7.1.2 Stress criteria . 7
7.1.3 Strain criteria . 8
7.1.4 Reference values . 8
7.2 Analysis of the work situation . 8
7.3 Determination of allowable exposure time, D . 8
lim
Annex A (normative) Data necessary for the computation of thermal balance .9
Annex B (informative) Criteria for estimating acceptable exposure time in a hot work
environment .17
Annex C (informative) Metabolic rate .19
Annex D (informative) Clothing thermal characteristics .20
Annex E (informative) Computer program for the computation of the predicted heat strain
model .22
Annex F (informative) Examples of the predicted heat strain model computations .27
Bibliography .28
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee
SC 5, Ergonomics of the physical environment, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 122, Ergonomics, in accordance with the
Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 7933:2004), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— The maximum sweat rate S described in B.4 has been corrected, i.e. it is no longer adjusted for
Wmax
metabolic rate.
— As the model has not been extensively validated for conditions with unsteady environmental
parameters, metabolic rate and/or clothing, a caution has been added for cases where these
parameters vary substantially with time.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
ISO 15265 describes the assessment strategy for the prevention of discomfort or health effects in any
1)
thermal working condition, while ISO 8025 recommends specific practices concerning hot working
environments. For these hot environments, these standards propose relying on the wet bulb globe
temperature (WBGT) heat stress index described in ISO 7243 as a screening method for establishing
the presence or absence of heat stress, and on the more elaborate method presented in this document,
to make a more accurate estimation of stress, to determine the allowable durations of work in these
conditions and to optimize the methods of protection. This method, based on an analysis of the heat
exchange between a person and the environment, is intended to be used directly when it is desirable to
carry out a detailed analysis of working conditions in heat.
This document makes it possible to predict the evolution of a few physiological parameters (skin and
rectal temperatures, as well as sweat rate) over time for a person working in a hot environment. This
prediction is made according to the climatic parameters, the energy expenditure of the person and his
or her clothing. This prediction is made for an average person and should be used to assess the risk of
heat stress for a group of people; it cannot predict a particular person’s responses.
This document is based on the latest scientific information. Future improvements concerning the
calculation of the different terms of the heat balance equation or its interpretation will be taken into
account when they become available.
Occupational health specialists are responsible for evaluating the risk encountered by a given individual,
taking into consideration their specific characteristics that can differ from those of a standard person.
ISO 9886 describes how physiological parameters are used to monitor the physiological behaviour of a
particular person and ISO 12894 describes how medical supervision is organized.
1) Under preparation. Stage at the time of publication: ISO/DIS 8025:2023.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 7933:2023(E)
Ergonomics of the thermal environment — Analytical
determination and interpretation of heat stress using
calculation of the predicted heat strain
1 Scope
This document describes a model [the predicted heat strain (PHS) model] for the analytical
determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal temperature)
experienced by an average person in a hot environment and determines the maximum allowable
exposure times within which the physiological strain is acceptable for 95 % of the exposed population
(the maximum tolerable rectal temperature and the maximum tolerable water loss are not exceeded by
95 % of the exposed people).
The various terms used in this prediction model and, in particular, in the heat balance, show the
influence of the different physical parameters of the environment on the thermal stress experienced
by the average person. In this way, this document makes it possible to determine which parameter
or group of parameters can be changed, and to what extent, in order to reduce the risk of excessive
physiological strain.
In its present form, this method of assessment is not applicable to cases where special protective
clothing (e.g. fully reflective clothing, active cooling and ventilation, impermeable coveralls) is worn.
This document does not predict the physiological response of an individual person, but only considers
average persons in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be
used by, among others, ergonomists and industrial hygienists, as the outcomes can require expert
interpretations. Recommendations about how and when to use this model are given in ISO 8025.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 13731, Ergonomics of the thermal environment — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13731 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols and units listed in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
α fraction of the body mass at the skin temperature —
α fraction of the body mass at the skin temperature at time t —
i i
α fraction of the body mass at the skin temperature at time t —
i–1 i–1
β correction factor for the static moisture permeability index —
im
β correction factor for the static boundary layer thermal insulation —
Ia
β correction factor for the static clothing thermal insulation —
Icl
β correction factor for the static total clothing thermal insulation —
IT
ε emissivity of outer clothing surface, assuming this is non-reflective —
cl
ε emissivity of outer clothing surface —
cl,r
θ angle between walking direction and wind direction —
A DuBois body area surface m
Du
A fraction of the body surface covered by the reflective clothing —
p
A effective radiating area of a body m
r
−2
C convective heat flow W⋅m
−1
c water latent heat of vaporization J⋅kg
e
−1 −1
c specific heat of dry air at constant pressure J⋅kg ⋅K
p
−1 −1
c specific heat of the body J⋅kg ⋅K
p,b
−2
C respiratory convective heat flow W⋅m
res
D allowable exposure time min
lim
D allowable exposure time for heat storage min
lim,tcr
D allowable exposure time for water loss, 95 % of the working population min
lim,loss
D maximum water loss g
max
−2
E maximum evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
max
−2
E predicted evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
p
−2
E required evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
req
−2
E respiratory evaporative heat flow W⋅m
res
f clothing area factor —
cl
F reflection coefficients for different special materials —
r
−2 −1
h convective heat transfer coefficient W⋅m ⋅K
c
−2 −1
h radiative heat transfer coefficient W⋅m ⋅K
r
2 −1
I resultant boundary layer thermal insulation m ⋅K⋅W
a,r
2 −1
I static (or basic) boundary layer thermal insulation m ⋅K⋅W
a
2 −1
I resultant clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
cl,r
2 −1
I static (or basic) clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
cl
i resultant moisture permeability index —
m,r
i static (or basic) moisture permeability index —
m
2 −1
I resultant total clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
T,r
2 −1
I static (or basic) total clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
T
−2
K conductive heat flow W⋅m
k time constant of the increase of the sweat rate min
Sw
time constant of the variation of the core temperature as function of the met-
k min
tcr
abolic rate
k time constant of the variation of the skin temperature min
tsk
−2
M metabolic rate W⋅m
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Term Unit
p water vapour partial pressure at air temperature kPa
a
−2
Q heat storage during the last time increment at time t W⋅m
tot,i i
heat storage during the last time increment at time t , due to the increase of
i
−2
Q W⋅m
eq,i
core temperature associated with the metabolic rate
−2
R radiative heat flow W⋅m
2 −1
R resultant clothing total water vapour resistance m ⋅Pa⋅W
e,T,r
r required evaporative efficiency of sweating —
req
−2
S body heat storage rate W⋅m
body heat storage for increase of core temperature associated with the met-
−2
S W⋅m
eq
abolic rate
−2
S maximum sweat rate capacity W⋅m
Wmax
−2
S predicted sweat rate W⋅m
Wp
−2
S predicted sweat rate at time t W⋅m
Wp,i i
−2
S predicted sweat rate at time t W⋅m
Wp,i–1 i–1
−2
S required sweat rate W⋅m
Wreq
t time min
t air temperature °C
a
t clothing surface temperature °C
cl
t core temperature °C
cr
t core temperature as a function of the metabolic rate at time t °C
cr,eq i i
t core temperature as a function of the metabolic rate at time t °C
cr,eq i–1 i–1
t steady-state value of core temperature as a function of the metabolic rate °C
cr,eqm
t core temperature at time t °C
cr,i i
t core temperature at time t °C
cr,i-1 i–1
t expired air temperature °C
ex
t mean radiant temperature °C
r
t rectal temperature °C
re
t maximum rectal temperature °C
re,max
t rectal temperature at time t °C
re,i i
t rectal temperature at time t °C
re,i–1 i–1
t skin temperature °C
sk
t steady-state mean skin temperature °C
sk,eq
t steady-state mean skin temperature for clothed person °C
sk,eq,cl
t steady-state mean skin temperature for nude person °C
sk,eq,nu
t mean skin temperature at time t °C
sk,i i
t mean skin temperature at time t °C
sk,i–1 i–1
−1
V expired volume flow rate L⋅min
ex
−1
v air velocity m⋅s
a
−1
v relative air velocity m⋅s
ar
−1
v walking speed m⋅s
w
−2
W effective mechanical power W⋅m
W humidity ratio of inhaled air kg /kg
a water air
W body mass kg
b
W humidity ratio of expired air kg /kg
ex water air
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Term Unit
w skin wettedness —
w maximum skin wettedness —
max
w predicted skin wettedness —
p
w required skin wettedness —
req
5 Principles of the predicted heat strain (PHS) model
WARNING — The model has not been extensively validated for conditions with unsteady
environmental parameters, metabolic rate and/or clothing and therefore must be used
cautiously in cases where these parameters vary substantially with time. It does not enable
users to determine validly the duration of time needed for an average person whose rectal
temperature has risen to 38 °C or more to recover a rectal temperature of 36,8 °C.
The PHS model is based on the thermal energy balance of the body, which requires the values of the
following parameters:
a) the parameters of the thermal environment as measured or estimated according to ISO 7726:
— air temperature, t ;
a
— mean radiant temperature, t ;
r
— water vapour partial pressure, p ;
a
— air velocity, v .
a
b) the metabolic rate, M, as measured or estimated using ISO 8996 or other methods of equal or
greater accuracy;
c) the static clothing thermal characteristics, as measured or estimated using ISO 9920 or other
methods of equal or greater accuracy.
Clause 6 describes the principles of the calculation of the different heat exchanges occurring in the
heat balance equation, as well as those of the sweat loss necessary for the maintenance of the thermal
equilibrium of the body. The mathematical expressions given in Annex A shall be used for these
calculations.
Clause 7 describes the method for interpreting the results from Clause 6, which leads to the
determination of the predicted sweat rate, the predicted rectal temperature and the allowable exposure
times. The determination of the allowable exposure times is based on two strain criteria: maximum
allowable rectal temperature and maximum allowable body water loss, given in Annex B.
The accuracy with which the predicted sweat rate and the exposure times are estimated is a function
of the model (i.e. of the expressions in Annex A) and the maximum allowable values which are adopted.
It is also a function of the accuracy of estimation and measurement of physical parameters, metabolic
rate and thermal insulation of the clothing.
6 Main steps of the calculation
6.1 Heat balance equation
6.1.1 General
The thermal energy balance of the human body can be written as Formula (1):
M − W = C + E + K + C + R + E + S (1)
res res
This equation expresses that the internal heat production of the body, which corresponds to the
metabolic rate, M, minus the effective mechanical power, W, are balanced by the heat exchanges in the
respiratory tract by convection, C , and evaporation, E , as well as by the heat exchanges on the skin
res res
by conduction, K, convection, C, radiation, R, and evaporation, E.
If the balance is not satisfied, some excess energy is stored in the body, S.
The different terms of Formula (1) are successively reviewed in 6.1.2 to 6.1.11 in terms of the principles
of calculation (normative expressions for the computations are provided in Annex A).
6.1.2 Metabolic rate, M
The estimation or measurement of the metabolic rate is described in ISO 8996. Indications for the
evaluation of the metabolic rate are given in Annex C.
6.1.3 Effective mechanical power, W
In most industrial situations, the effective mechanical power is small and can be ignored, i.e. W = 0.
6.1.4 Heat flow by respiratory convection, C
res
The heat flow by respiratory convection is expressed, in principle, by Formula (2):
tt−
ex a
Cc=×0,000 02 V × (2)
resp ex
A
Du
6.1.5 Heat flow by respiratory evaporation, E
res
The heat flow by respiratory evaporation is expressed, in principle, by Formula (3):
WW−
ex a
Ec=×0,000 02 V × (3)
resee x
A
Du
6.1.6 Heat flow by conduction, K
Heat flow by thermal conduction occurs on the body surfaces in contact with solid objects. It is usually
quite small and ignored.
NOTE ISO 13732-1 deals specifically with the risks of pain and burns when parts of the body come into
contact with hot surfaces.
6.1.7 Heat flow by convection, C
The heat flow by convection on the bare skin is expressed by Formula (4):
C = h × (t – t ) (4)
c sk a
For clothed people, the heat flow by convection occurs at the surface of the clothing and is expressed by
Formula (5):
C = h × f × (t – t) (5)
c cl cl a
Annex D provides some indications for the evaluation of the clothing thermal characteristics.
6.1.8 Heat flow by radiation, R
The heat flow by radiation is expressed by Formula (6):
R = h × f × (t – t) (6)
r cl cl a
where h is the radiative heat transfer coefficient and takes into account the clothing characteristics
r
(e.g. emissivity and the presence of reflective clothing) and the effective radiating area of the person
related to the posture (e.g. standing, seated, crouching person).
6.1.9 Heat flow by evaporation, E
The maximum evaporative heat flow, E , is that which can be achieved in the hypothetical case of the
max
skin being completely wetted. In these conditions, Formula (7) applies:
pp−
sk,s a
E = (7)
max
R
e,T,r
where the dynamic clothing total water vapour resistance, R , takes into account the clothing
e,T,r
characteristics as well as the movements of the person and the air.
The actual evaporation heat flow, E, depends upon the fraction, w, of the skin surface wetted by sweat
and is given by Formula (8):
E = w × E (8)
max
6.1.10 Heat storage for increase of core temperature associated with the metabolic rate, Q
eqi
Even in a neutral environment, the core temperature rises towards a steady-state value, t , as a
cr,eq
function of the metabolic rate.
The core temperature reaches this steady-state temperature exponentially with time. The heat storage
associated with the increase from time t to time t , Q does not contribute to the onset of sweating
i–1 i eqi
and should therefore be deducted from Formula (1).
6.1.11 Heat storage, S
The heat storage of the body is given by the algebraic sum of the heat flows defined previously.
6.2 Calculation of the required evaporative heat flow, the required skin wettedness and
the required sweat rate
Because conduction (K) is ignored as it is a non-significant avenue of heat exchange, the general
Formula (1) can be written as Formula (9):
E + S = M – W – C – E – C – R (9)
res res
The required evaporative heat flow, E , is the evaporation heat flow required for the maintenance of
req
the thermal equilibrium of the body and, therefore, for the body heat storage rate to be equal to zero. It
is given by Formula (10):
E = M – W – C – E – C – R (10)
req res res
The required skin wettedness, w , is the ratio between the required evaporative heat flow and the
req
maximum evaporative heat flow at the skin surface, as in Formula (11):
E
req
w = (11)
req
E
max
The calculation of the required sweat rate, S , is made on the basis of the required evaporative heat
Wreq
flow, but taking account of the evaporative efficiency of the sweating, r , as in Formula (12):
req
E
req
S = (12)
Wreq
r
req
−2 −2 −1
NOTE The sweat rate in W⋅m represents the equivalent in heat of the sweat rate expressed in g⋅m h .
−2 −2 −1 −1 2
1 W⋅m corresponds to a flow of sweat of 1,47 g⋅m h or 2,67 g⋅h for a standard person (1,8 m of body
surface).
7 Interpretation of required sweat rate
7.1 Basis of the method of interpretation
7.1.1 General
The interpretation of the values calculated by the recommended analytical method is based on:
— two stress criteria (see 7.1.2):
— the maximum skin wettedness, w ;
max
— the maximum sweat rate, S ;
Wmax
— two strain criteria (see 7.1.3):
— the maximum rectal temperature, t ;
re, max
— the maximum water loss, D .
max
7.1.2 Stress criteria
The required sweat rate, S , cannot exceed the maximum sweat rate, S , achievable by the person.
Wreq Wmax
The required skin wettedness, w , cannot exceed the maximum skin wettedness, w , achievable by
req max
the person. These two maximum values are a function of the acclimatization of the person.
7.1.3 Strain criteria
In the case of non-equilibrium of the thermal balance, the rectal temperature increase should be limited
at a maximum value, t , such that the probability of any acute pathological effect due to heat stress
re,max
is extremely limited. Finally, whatever the thermal balance, the water loss should be restricted to a
value, D , compatible with fluid and electrolyte maintenance by the body.
max
7.1.4 Reference values
Annex B includes reference values for the stress criteria (w and S ) and the strain criteria (t
max Wmax re, max
and D ). w , S and D values are a function of the acclimatization state of the person.
max max Wmax max
7.2 Analysis of the work situation
Heat exchanges are computed at time t , from the body conditions existing at the previous computation
i
time, t , and as a function of the climatic parameters, the metabolic rate and clothing conditions during
i-1
the time increment.
The steps are:
— the required evaporative heat flow, E , skin wettedness, w , and sweat rate, S , are first
req req Wreq
computed;
— from these, the predicted sweat rate, S , skin wettedness, w , and evaporative heat flow, E , are
Wp p p
computed considering the stress criteria (E , w and S ) as well as the exponential response
max max Wmax
of the sweating system;
— the rate of heat storage is estimated by the difference between the required and predicted
evaporative heat flow;
— the stored heat contributes to the increase or decrease in skin and core temperatures and these are
estimated;
— from these values, the heat exchanges during the time increment are computed.
The evolutions of S , t and t are in this way iteratively computed.
Wp cr re
7.3 Determination of allowable exposure time, D
lim
The allowable exposure time, D , is reached when either the predicted rectal temperature (t ) or the
lim re
predicted cumulated water loss reaches the corresponding maximum values.
Special precautionary measures need to be taken and individual physiological supervision of the
persons is recommended in work situations in which:
— the maximum evaporative heat flow at the skin surface, E , is negative, leading to condensation of
max
water vapour on the skin; or
— the estimated allowable exposure time is less than 30 min.
The conditions for carrying out this surveillance and the measuring techniques to be used are described
in ISO 9886.
A computer program in BASIC is given in Annex E, which allows for the calculation and the interpretation
of any condition where the metabolic rate, the clothing thermal characteristics and the climatic
parameters are known.
Annex F provides some data (input data and results) that shall be used for the validation of any computer
program developed on the basis of the model presented in Annex A.
Annex A
(normative)
Data necessary for the computation of thermal balance
A.1 Ranges of validity
The numerical values and the formulae given in this annex conform to the state of knowledge at the
time of publication. Some are likely to be amended in the light of increased knowledge.
The algorithms described in this annex were validated on a database of 747 laboratory experiments
[15]
and 366 field experiments from eight European research institutions. Table A.1 gives the ranges of
conditions for which the PHS model can be considered to be validated. When one or more parameters
are outside this range, this model should be used with care and special attention given to the people
exposed.
Table A.1 — Ranges of validity of the PHS model
Parameters Units Minimum Maximum
t °C 15 50
a
p kPa 0,5 4,5
a
t – t °C 0 60
r a
–1
v ms 0 3
a
−2
M W⋅m 56 250
I clo 0,1 1,0
cl
The time increment used during this validation study was equal to 1 min. The model has not been
validated for times in excess of 480 min.
A.2 Determination of the heat flow by respiratory convection, C
res
The heat flow by respiratory convection can be estimated by Formula (A.1):
C = 0,001 52 M (28,56 – 0,885 t + 0,641 p ) (A.1)
res a a
A.3 Determination of the heat flow by respiratory evaporation, E
res
The heat flow by respiratory evaporation can be estimated by Formula (A.2):
E = 0,001 27 M (59,34 + 0,53 t – 11,63 p) (A.2)
res a a
A.4 Determination of the steady-state mean skin temperature
In climatic conditions for which this document is applicable, the steady-state mean skin temperature
can be estimated as a function of the parameters of the working situation, using Formulae (A.3) and
(A.4).
— For I ≤ 0,2 clo:
cl
t = 7,19 + 0,064 t + 0,061 t – 0,348 v + 0,198 p + 0,616 t (A.3)
sk,eq,nu a r a a re
— For I ≥ 0,6 clo:
cl
t = 12,17 + 0,02 t + 0,04 t – 0,253 v + 0,194 p + 0,005 35 M + 0,513 t (A.4)
sk,eq,cl a r a a re
For I values between 0,2 and 0,6, the steady-state skin temperature is interpolated between these two
cl
values using Formula (A.5):
t = t + 2,5 × (t – t ) × (I – 0,2) (A.5)
sk,eq sk,eq,nu sk,eq,cl sk,eq,nu cl,st
A.5 Determination of the instantaneous value of skin temperature
The skin temperature, t , at time t can be estimated from:
sk,i i
— the skin temperature, t , at time t one minute earlier;
sk,i–1 i-1
— the steady-state skin temperature, t , predicted from the conditions existing during the last
sk,eq
minute by Formula (A.5).
The time constant of the response of the skin temperature being equal to 3 min, Formulae (A.6) and
(A.7) are used:
t = k × t + (1 – k ) × t (A.6)
sk,i tsk sk,i–1 tsk sk,eq
k = exp(–1/3) (A.7)
tsk
A.6 Determination of the heat accumulation associated with the metabolic rate,
Q
eqi
In a neutral environment, the core temperature increases as a function of metabolic rate. For an average
person, equilibrium core temperature is related to metabolic rate according to Formula (A.8):
t = 0,003 6(M – 55) + 36,8 (A.8)
cr,eq
The core temperature reaches this equilibrium core temperature following a first-order system with a
time constant equal to 10 min. At time i, it is estimated using Formulae (A.9) and (A.10):
t = k × t + (1 – k ) × t (A.9)
cr,eq,i tcr cr,eq,i-1 tcr cr,eq
k = exp(–1/10) (A.10)
tcr
The heat storage associated with this increase is given by Formula (A.11):
Q = c × W / (A × 60) × (t – t ) × (1 – α ) (A.11)
eqi p,b b Du cr,eq,i cr,eq,i-1 i-1
A.7 Determination of the static insulation characteristics of clothing
−1
For a nude person and in static conditions without movements either of the air (<0,2 m⋅s ) or of the
person, the sensible heat exchanges (C + R) can be estimated by Formula (A.12):
tt−
sk a
CR+= (A.12)
I
T
For a clothed person, this static heat resistance, I , can be estimated using Formula (A.13):
T
I
a
II=+ (A.13)
Tcl
f
cl
where
2 −1
— I can be estimated as 0,111 m K⋅W ;
a
— the clothing area factor, f , is given by Formula (A.14):
cl
f = 1 + 1,97·I (A.14)
cl cl
A.8 Determination of the resultant (or dynamic) insulation characteristics of
clothing
Activity and ventilation modify the insulation characteristics of the clothing and the adjacent air layer.
Because both wind and movement reduce the insulation, this needs to be corrected. The correction
factor β can be estimated with Formulae (A.15) and (A.16):
IT
— for a nude person (I = 0):
cl,st
0,,047vv−0 472 +−0,,117vv0342
[]() ()
ar ar ww
ββ==e (A.15)
IT Ia
— for a person wearing clothes with I > 0,6 clo:
cl,st
0,,043 +−()0 066vv0,,398 +−()0 094vv0,378
[]
ar ar ww
ββ==e (A.16)
IT cl
When the walking speed is undefined or the person is stationary, the value for v can be calculated
w
with Formula (A.17):
v = 0,005 2 (M – 58) (A.17)
w
−1
where v ≤ 0,7 m⋅s .
w
When the walking speed v is known, but the direction varies, the relative air velocity is taken as the
w
largest of the two velocities v and v .
a w
When a walking direction θ is kept relative to the air velocity, the relative air velocity is given by
Formula (A.18):
v = |v +v cos(πθ/180)| (A.18)
ar a w
−1
In all cases, the relative air velocity, v , is limited to 3 m⋅s and the walking speed, v , limited to
ar w
−1
1,5 m⋅s .
For conditions with I between 0 and 0,6 clo, the correction factor is estimated by interpolation
cl
between these two values by Formulae (A.19) to (A.22):
β = [(0,6 – I ) × β + I × β ]/0,6 (A.19)
IT cl Ia cl cl
In any case, this correction factor is limited to 1.
Finally, resultant (or dynamic) thermal insulation values are calculated as:
I = β × I (A.20)
a,r Ia a
I = β × I (A.21)
T,r IT T
I
a,r
II=− (A.22)
cl,rT,r
f
cl
A.9 Estimation of the heat exchanges through convection and radiation
The dry heat exchanges can be estimated using Formulae (A.23) to (A.27). Formulae (A.23) describes
the heat exchanges between the clothing and the environment:
C + R = f × [h × (t – t ) + h × (t – t )] (A.23)
cl c cl a r cl r
Formulae (A.24) describes the heat exchanges between the skin and the clothing surface:
tt−
sk cl
CR+= (A.24)
I
cl,r
The convective heat transfer coefficient, h , can be estimated as the greatest value of:
c
0,25
2,38|t – t | (A.25)
cl a
3,5 + 5,2v (A.26)
ar
0,6
8,7v (A.27)
ar
The radiative heat exchange coefficient, h , can be estimated using Formula (A.28):
r
A ()tt+−273 ()+273
r cl r
h =×εσ×× (A.28)
rcl,r
A tt−
Du cl r
where
−8 −2 −4
σ is the Stefan-Boltzmann constant equal to 5,67∙10 W∙m ∙K ;
A /A is the fraction of surface of the body involved in heat exchange by radiation, equal to 0,67
r Du
for a crouching person, 0,70 for a seated person and 0,77 for a standing person;
ε is the emissivity of the outer clothed surface;
cl,r
ε = ε is the emissivity of the outer surface of ordinary clothing when no reflective clothes are
cl,r cl
used, which is taken to be 0,97.
When clothing with a reflection coefficient F is worn on a fraction A smaller than 50 % of the body
r p
surface, the emissivity in Formula (A.28) should be calculated using Formula (A.29):
ε = (1 – A ) ε + A (1–F) (A.29)
cl,r p cl p r
As stated in Clause 1, this method of assessment is not applicable to cases where special protective
clothing, such as fully reflective clothing, is worn.
Both Formula (A.23) and Formula (A.24) should be solved iteratively in order to derive t .
cl
A.10 Estimation of the maximum evaporative heat flow at the skin surface, E
max
The maximum evaporative heat flow at the skin surface is given by Formula (A.30):
pp−
sk,s a
E = (A.30)
max
R
e,T,r
The resultant (or dynamic) clothing total water vapour resistance, R , is estimated from
e,T,r
Formulae (A.31) to (A.33):
I
T,r
R = (A.31)
e,T,r
16,7i
m,r
where the dynamic clothing permeability index, i , is equal to the static clothing permeability index,
m,r
i , corrected for the influence of air and body movement.
m
i = i × β (A.32)
m,r m im
β = 2,6 β – 6,5 β + 4,9 (A.33)
im IT IT
where i is limited to 0,9.
m,r
A.11 Estimation of the required evaporation rate, E , and the required sweat
req
rate, S
Wreq
At time i, the required evaporation rate can be estimated by Formula (A.34), from the heat exchanges
and the heat accumulation associated with the metabolic rate, Q , during the last time increment.
eqi
E = M − W − C − E − C − R − Q (A.34)
req res res eqi
The required skin wettedness is given by E divided by E as detailed in 6.2.
req max
A greater skin wettedness is associated with (in fact, is the result of) a lower evaporative efficiency.
The required evaporative efficiency decreases from 100 % to 50 % as the skin wettedness increases to
100 %. When the required evaporative heat flow, E , is greater than the maximum evaporative heat
req
flow at the skin surface, the required wettedness, w , is greater than 1, and the evaporation efficiency,
req
r , is expected to become lower than 0,5.
req
r is then computed from w using the following expressions:
req req
— for w ≤ 1, the efficiency is given by Formula (A.35):
req
r = 1 − w/2 (A.35)
req req
— for w > 1, the efficiency is given by Formula (A.36):
req
r = (2 − w )/2 (A.36)
req req
— if r < 0,05, r is set to 0,05.
req req
The required sweat rate, S , is calculated as E divided by r .
Wreq req req
In all cases, the required sweat rate, S , may not be greater than S .
Wreq Wmax
A.12 Determination of the predicted sweat rate, S , and the predicted
Wp
evaporative heat flow at the skin surface, E
p
The flow chart in Figure A.1 shows how the evaluations are performed. It requires the following
explanations:
The sweat rate response can be described by a first-order system with a time constant of 10 min.
Therefore, the predicted sweat rate at time t is given by Formulae (A.37) and (A.38):
i
S = k × S + (1 – k ) × S (A.37)
Wp,i Sw Wp,i-1 Sw Wreq
k = exp(−1/10) (A.38)
SW
Figure A.1 — Flow chart for the determination of the predicted sweat rate, S , and the
Wp
predicted evaporative heat flow rate, E
p
A.13 Evaluation of the rectal temperature
The heat storage during the last time increment at time t is given by Formula (A.39):
i
Q = E – E + Q (A.39)
tot,i req p eqi
This heat storage leads to an increase in core temperature, taking into account the increase in skin
temperature. The fraction of the body mass at the mean core temperature is given by Formula (A.40):
(1 – α) = 0,7 + 0,09 (t – 36,8) (A.40)
cr
This fraction is limited to:
— 0,7 for t 36,8 °C;
cr ≤
— 0,9 for t ≥ 39,0 °C.
cr
Then, the core temperature at time i can be computed using Formula (A.41):
QA××60 tt−
α
totd,i u cr,-ii1sk, -1
i
t = +−t α −t (A.41)
cr,i cr,i−1 i--1 sk,i
α cW× 2 2
i sp b
1−
The rectal temperature is estimated according to Formula (A.42):
21tt−− ,,926 131
cr,riie, -1
tt=+ (A.42)
re,riie, -1
Annex B
(informative)
Criteria for estimating acceptable exposure time in a hot work
environment
B.1 General
The physiological criteria used for determining the maximum allowable exposure time are:
— acclimatized and unacclimatized persons in good health and fit for assigned duties;
— a maximum skin wettedness, w ;
max
— a maximum sweat rate capacity, S ;
Wmax
— protection of 95 % of the working population based on predicted rectal temperature and dehydration;
— a maximum water loss, D ;
max
— a maximum acceptable rectal temperature, t .
re,max
B.2 Acclimatized and unacclimatized persons
Acclimatized persons are able to sweat more abundantly, more uniformly on their body surface and
earlier than unacclimatized persons. In a given work situation, this results in lower heat storage (lower
core temperature) and lower cardiovascular strain (lower heart rate).
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7933
Troisième édition
2023-07
Ergonomie des ambiances
thermiques — Détermination
analytique et interprétation de la
contrainte thermique fondées sur
le calcul de l'astreinte thermique
prévisible
Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination
and interpretation of heat stress using calculation of the predicted
heat strain
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 1
5 Principes du modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS) . 4
6 Principales étapes de calcul .5
6.1 Équation du bilan thermique . 5
6.1.1 Généralités . 5
6.1.2 Métabolisme énergétique, M . 5
6.1.3 Puissance mécanique utile, W . 5
6.1.4 Flux de chaleur par convection respiratoire, C . 5
res
6.1.5 Flux de chaleur par évaporation respiratoire, E . 5
res
6.1.6 Flux de chaleur par conduction, K . . 5
6.1.7 Flux de chaleur par convection, C. 6
6.1.8 Flux de chaleur par rayonnement, R . 6
6.1.9 Flux de chaleur par évaporation, E . 6
6.1.10 Stockage de chaleur lié à l’élévation de la température corporelle centrale
associée au métabolisme énergétique, Q . 6
eqi
6.1.11 Stockage de chaleur, S . 6
6.2 Calcul du flux de chaleur par évaporation requis, de la mouillure cutanée requise
et du débit sudoral requis . 7
7 Interprétation du débit sudoral requis . 7
7.1 Base de la méthode d’interprétation. 7
7.1.1 Généralités . 7
7.1.2 Critères de contrainte . 7
7.1.3 Limites d’astreinte . 8
7.1.4 Valeurs repères . 8
7.2 Analyse de la situation de travail . 8
7.3 Détermination de la durée d’exposition admissible, D . 8
lim
Annexe A (normative) Données nécessaires au calcul du bilan thermique .10
Annexe B (informative) Critères d’estimation de la durée d’exposition admissible dans un
environnement de travail chaud .18
Annexe C (informative) Métabolisme énergétique .20
Annexe D (informative) Caractéristiques thermiques de la tenue vestimentaire .21
Annexe E (informative) Programme informatique permettant le calcul du modèle
d’astreinte thermique prévisible .23
Annexe F (informative) Exemples de calculs du modèle d’astreinte thermique prévisible .28
Bibliographie .29
iii
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails
concernant les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés
lors de l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations
de brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité
SC 5, Ergonomie de l’environnement physique, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 122,
Ergonomie, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 7933:2004), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— le débit sudoral maximal S décrit en B.4 a été corrigé, c’est-à-dire qu’il n’est plus ajusté en
Wmax
fonction du métabolisme énergétique;
— le modèle n’ayant pas été validé de manière approfondie pour des conditions avec des paramètres
environnementaux, un métabolisme énergétique et/ou des vêtements instables, une mise en garde
a été ajoutée pour les cas où ces paramètres varient considérablement avec le temps.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
L’ISO 15265 décrit la stratégie d’évaluation pour la prévention de l’inconfort ou des effets sur la santé
1)
dans toutes les conditions de travail thermiques, tandis que l’ISO 8025 recommande des pratiques
spécifiques concernant les environnements de travail chauds. Pour les environnements chauds, ces
normes proposent de se fonder sur l’indice de contrainte thermique WBGT (température humide
et de globe noir) décrit dans l’ISO 7243 comme méthode d’examen préalable, permettant d’établir la
présence ou l’absence de contrainte thermique, et sur la méthode plus élaborée décrite dans le présent
document afin d’obtenir une estimation plus précise de la contrainte, de déterminer les durées de
travail admissibles dans ces conditions et d’optimiser les méthodes de protection. Cette méthode, basée
sur une analyse de l’échange de chaleur entre une personne et l’environnement, est destinée à être
utilisée directement lorsqu’il est souhaitable de réaliser une analyse détaillée des conditions de travail
à la chaleur.
Le présent document permet de prédire l’évolution de certains paramètres physiologiques
(températures cutanée et rectale, ainsi que débit sudoral) dans le temps pour une personne travaillant
dans un environnement chaud. Cette prédiction est réalisée en fonction des paramètres climatiques,
de la dépense énergétique de la personne et de ses vêtements. Elle est réalisée pour une personne
moyenne et il convient de l’utiliser pour évaluer le risque de contrainte thermique chez un groupe de
personnes; elle ne peut pas prédire les réactions d’une personne en particulier.
Le présent document est fondé sur les apports scientifiques les plus récents. Les améliorations futures
apportées aux équations de calcul des différents termes du bilan thermique ainsi qu’à son interprétation
seront prises en compte au fur et à mesure de leur acquisition.
Les spécialistes en médecine du travail sont chargés d’évaluer les risques encourus par un individu
donné en tenant compte de ses caractéristiques spécifiques qui peuvent différer de celles d’un sujet
standard. L’ISO 9886 décrit la manière dont les paramètres physiologiques sont utilisés pour surveiller
le comportement physiologique d’une personne en particulier et l’ISO 12894 décrit la manière dont
la surveillance médicale est organisée.
1) En préparation. Stade au moment de la publication : ISO/DIS 8025:2023.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 7933:2023(F)
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination
analytique et interprétation de la contrainte thermique
fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
1 Domaine d’application
Le présent document décrit un modèle [le modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)] pour la
détermination analytique et l’interprétation de la contrainte thermique (en matière de perte hydrique
et de température rectale) subie par une personne moyenne dans un environnement chaud et détermine
les durées limites d’exposition admissibles pendant lesquelles l’astreinte physiologique est acceptable
pour 95 % de la population exposée (la température rectale maximale tolérable et la perte hydrique
maximale tolérable ne sont pas dépassées par 95 % des personnes exposées).
Les divers termes intervenant dans ce modèle prédictif et, notamment, dans le bilan thermique,
permettent de déterminer les parts respectives prises par les divers paramètres physiques de
l’environnement dans la contrainte thermique subie par la personne moyenne. Le présent document
permet ainsi de déterminer sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il est possible d’agir, et
dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astreinte physiologique excessive.
Dans sa forme actuelle, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port
de vêtements spéciaux de protection (par exemple, des vêtements entièrement réfléchissants, réfrigérés
et ventilés, des combinaisons imperméables).
Le présent document ne vise pas à prédire la réponse physiologique d’une personne donnée, mais
concerne uniquement une personne moyenne en bonne santé et apte à faire son travail. Il est par
conséquent destiné à être utilisé, entre autres, par des ergonomes et des hygiénistes du travail, car les
résultats peuvent nécessiter une interprétation par des experts. Des recommandations sur comment et
quand utiliser ce modèle sont données dans l’ISO 8025.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 13731, Ergonomie des ambiances thermiques — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 13731 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles et unités énumérés dans le Tableau 1 s’appliquent.
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Terme Unité
α fraction de masse corporelle à la température de la peau —
α fraction de masse corporelle à la température de la peau au temps t —
i i
α fraction de masse corporelle à la température de la peau au temps t —
i–1 i–1
β facteur de correction pour l’indice de perméabilité statique à l’humidité —
im
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique de la couche limite —
Ia
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique du vêtement —
Icl
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique total du vêtement —
IT
émissivité de la surface extérieure du vêtement, en présumant qu’elle n’est pas réflé-
ε —
cl
chissante
ε émissivité de la surface extérieure du vêtement —
cl,r
θ angle formé par le sens de marche et la direction du vent —
A surface du corps selon DuBois m
Du
A fraction de surface du corps recouverte par le vêtement réfléchissant —
p
A surface effective de rayonnement d’un corps m
r
−2
C flux de chaleur par convection W⋅m
−1
c chaleur latente de vaporisation de l’eau J⋅kg
e
−1 −1
c chaleur massique de l’air sec à pression constante J⋅kg ⋅K
p
−1 −1
c chaleur massique du corps J⋅kg ⋅K
p,b
−2
C flux de chaleur par convection respiratoire W⋅m
res
D durée d’exposition admissible min
lim
D durée d’exposition admissible vis-à-vis du stockage de chaleur min
lim,tcr
D durée d’exposition admissible vis-à-vis de la perte hydrique, 95 % des travailleurs min
lim,loss
D perte hydrique maximale g
max
−2
E flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau W⋅m
max
−2
E flux de chaleur par évaporation prévisible au niveau de la peau W⋅m
p
−2
E flux de chaleur par évaporation requis au niveau de la peau W⋅m
req
−2
E flux de chaleur par évaporation respiratoire W⋅m
res
f facteur de surface du vêtement —
cl
F coefficients de réflexion de différents matériaux spéciaux —
r
−2 −1
h coefficient de transfert de chaleur par convection W⋅m ⋅K
c
−2 −1
h coefficient de transfert de chaleur par rayonnement W⋅m ⋅K
r
2 −1
I isolement thermique résultant de la couche limite m ⋅K⋅W
a,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) de la couche limite m ⋅K⋅W
a
2 −1
I isolement thermique vestimentaire résultant m ⋅K⋅W
cl,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) du vêtement m ⋅K⋅W
cl
i indice de perméabilité résultante à l’humidité —
m,r
i indice de perméabilité statique (ou intrinsèque) à l’humidité —
m
2 −1
I isolement thermique résultant total du vêtement m ⋅K⋅W
T,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) total du vêtement m ⋅K⋅W
T
−2
K flux de chaleur par conduction W⋅m
k constante de temps de l’augmentation du débit sudoral min
Sw
constante de temps de la variation de la température corporelle centrale en fonction
k min
tcr
du métabolisme énergétique
k constante de temps de la variation de la température cutanée min
tsk
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
Symbole Terme Unité
−2
M métabolisme énergétique W⋅m
p pression partielle de vapeur d’eau à la température de l’air kPa
a
−2
Q stockage de chaleur au cours du dernier intervalle de temps au temps t W⋅m
tot,i i
stockage de chaleur au cours du dernier intervalle de temps au temps t , dû à l’éléva-
i −2
Q W⋅m
eq,i
tion de la température corporelle centrale associée au métabolisme énergétique
−2
R flux de chaleur par rayonnement W⋅m
2 −1
R résistance résultante totale du vêtement à la vapeur d’eau m ⋅Pa⋅W
e,T,r
r rendement évaporatoire requis de la sudation —
req
−2
S débit de stockage de chaleur dans le corps W⋅m
stockage de chaleur dans le corps lié à l’élévation de la température corporelle cen-
−2
S W⋅m
eq
trale associée au métabolisme énergétique
−2
S capacité de débit sudoral maximal W⋅m
Wmax
−2
S débit sudoral prévisible W⋅m
Wp
−2
S débit sudoral prévisible au temps t W⋅m
Wp,i i
−2
S débit sudoral prévisible au temps t W⋅m
Wp,i–1 i–1
−2
S débit sudoral requis W⋅m
Wreq
t temps min
t température de l’air °C
a
t température de la surface du vêtement °C
cl
t température corporelle centrale °C
cr
t température corporelle centrale en fonction du métabolisme énergétique au temps t °C
cr,eq i i
température corporelle centrale en fonction du métabolisme énergétique au temps
t °C
cr,eq i–1
t
i–1
valeur d’équilibre de la température corporelle centrale en fonction du métabolisme
t °C
cr,eqm
énergétique
t température corporelle centrale au temps t °C
cr,i i
t température corporelle centrale au temps t °C
cr,i-1 i–1
t température de l’air expiré °C
ex
t température moyenne de rayonnement °C
r
t température rectale °C
re
t température rectale maximale °C
re,max
t température rectale au temps t °C
re,i i
t température rectale au temps t °C
re,i–1 i–1
t température cutanée °C
sk
t température cutanée moyenne d’équilibre °C
sk,eq
t température cutanée moyenne d’équilibre d’une personne vêtue °C
sk,eq,cl
t température cutanée moyenne d’équilibre d’une personne nue °C
sk,eq,nu
t température cutanée moyenne au temps t °C
sk,i i
t température cutanée moyenne au temps t °C
sk,i–1 i–1
−1
V débit volumique expiré L⋅min
ex
−1
v vitesse de l’air m⋅s
a
−1
v vitesse relative de l’air m⋅s
ar
−1
v vitesse de marche m⋅s
w
−2
W puissance mécanique utile W⋅m
W rapport d’humidité de l’air inhalé kg /kg
a eau air
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
Symbole Terme Unité
W masse corporelle kg
b
W rapport d’humidité de l’air expiré kg /kg
ex eau air
w mouillure cutanée —
w mouillure cutanée maximale —
max
w mouillure cutanée prévisible —
p
w mouillure cutanée requise —
req
5 Principes du modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)
AVERTISSEMENT — Le modèle n’a pas été validé de manière approfondie pour des conditions
avec des paramètres environnementaux, un métabolisme énergétique et/ou des vêtements
instables et doit donc être utilisé avec précaution dans les cas où ces paramètres varient
considérablement avec le temps. Il ne permet pas aux utilisateurs de déterminer valablement la
durée nécessaire à une personne moyenne dont la température rectale a atteint 38 °C ou plus,
pour retrouver une température rectale de 36,8 °C.
Le modèle PHS est basé sur le bilan du corps en énergie thermique, qui nécessite les valeurs des
paramètres suivants:
a) les paramètres de l’environnement thermique tels que mesurés ou estimés conformément à
l’ISO 7726:
— température de l’air, t ;
a
— température moyenne de rayonnement, t ;
r
— pression partielle de vapeur d’eau, p ;
a
— vitesse de l’air, v ;
a
b) le métabolisme énergétique, M, tel que mesuré ou estimé à l’aide de l’ISO 8996 ou d’autres méthodes
d’une précision supérieure ou égale;
c) les caractéristiques thermiques statiques de la tenue vestimentaire, telles que mesurées ou
estimées à l’aide de l’ISO 9920 ou d’autres méthodes d’une précision supérieure ou égale.
L’Article 6 décrit les principes de calcul des différents échanges de chaleur intervenant dans l’équation
du bilan thermique, ainsi que ceux de la perte sudoral nécessaire au maintien de l’équilibre thermique
du corps. Les expressions mathématiques figurant à l’Annexe A doivent être utilisées pour ces calculs.
L’Article 7 décrit la méthode d’interprétation des résultats de l’Article 6, qui conduit à la détermination
du débit sudoral prévisible, de la température rectale prévisible et des durées d’exposition admissibles.
La détermination des durées d’exposition admissibles est menée sur la base de deux limites d’astreinte:
la température rectale maximale admissible et la perte hydrique maximale admissible, indiquées
à l’Annexe B.
La précision avec laquelle sont évalués le débit sudoral prévisible et les durées limites d’exposition
est fonction du modèle retenu (c’est-à-dire des expressions de l’Annexe A) et des valeurs limites
adoptées. Elle dépend également de la précision d’estimation et de mesurage des paramètres physiques,
du métabolisme énergétique et de l’isolement thermique de la tenue vestimentaire.
6 Principales étapes de calcul
6.1 Équation du bilan thermique
6.1.1 Généralités
Le bilan du corps humain en énergie thermique peut s’écrire conformément à la Formule (1):
M − W = C + E + K + C + R + E + S (1)
res res
Cette équation exprime que la production de chaleur interne du corps, qui correspond au métabolisme
énergétique, M, moins la puissance mécanique utile, W, est compensée par les échanges de chaleur,
au niveau des voies respiratoires, par convection, C , et évaporation, E , ainsi que par les échanges
res res
de chaleur, au niveau de la peau, par conduction, K, convection, C, rayonnement, R, et évaporation, E.
Si le bilan n’est pas satisfait, un excès d’énergie est stocké dans le corps, S.
Les différents termes de la Formule (1) sont successivement passés en revue en 6.1.2 à 6.1.11 avec les
principes de calcul (les expressions normatives pour les calculs sont fournies à l’Annexe A).
6.1.2 Métabolisme énergétique, M
L’estimation ou le mesurage du métabolisme énergétique est décrit dans l’ISO 8996. Des indications
pour l’évaluation du métabolisme énergétique sont données dans l’Annexe C.
6.1.3 Puissance mécanique utile, W
Dans la plupart des situations industrielles, la puissance mécanique utile est faible et peut être ignorée,
c’est-à-dire W = 0.
6.1.4 Flux de chaleur par convection respiratoire, C
res
Le flux de chaleur par convection respiratoire est exprimé, en principe, par la Formule (2):
tt−
ex a
Cc=×0,00002 V × (2)
resp ex
A
Du
6.1.5 Flux de chaleur par évaporation respiratoire, E
res
Le flux de chaleur par évaporation respiratoire est exprimé, en principe, par la Formule (3):
WW−
ex a
Ec=×0,00002 V × (3)
resee x
A
Du
6.1.6 Flux de chaleur par conduction, K
Le flux de chaleur par conduction thermique se produit sur les surfaces du corps en contact avec des
éléments solides. En général, il est relativement faible et ignoré.
NOTE L’ISO 13732-1 traite spécifiquement des risques de douleur et de brûlure lorsque des parties du corps
entrent en contact avec des surfaces chaudes.
6.1.7 Flux de chaleur par convection, C
Le flux de chaleur par convection au niveau de la peau nue est exprimé par la Formule (4):
C = h × (t – t) (4)
c sk a
Pour les personnes vêtues, le flux de chaleur par convection se produit à la surface de la tenue
vestimentaire et est exprimé par la Formule (5):
C = h × f × (t – t) (5)
c cl cl a
L’Annexe D fournit quelques indications sur l’évaluation des caractéristiques thermiques des vêtements.
6.1.8 Flux de chaleur par rayonnement, R
Le flux de chaleur par rayonnement est exprimé par la Formule (6):
R = h × f × (t – t) (6)
r cl cl a
où h est le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement et tient compte des caractéristiques
r
du vêtement (par exemple émissivité et présence de vêtements réfléchissants) et de la surface effective
de rayonnement de la personne en lien avec sa posture (par exemple personne debout, assise ou
accroupie).
6.1.9 Flux de chaleur par évaporation, E
Le flux de chaleur par évaporation maximal, E , est celui qui peut être atteint dans l’hypothèse où
max
la peau est totalement mouillée. Dans ces conditions, la Formule (7) s’applique:
pp−
sk,s a
E = (7)
max
R
e,T,r
où la résistance dynamique totale du vêtement à la vapeur d’eau, R , tient compte des caractéristiques
e,T,r
du vêtement ainsi que des mouvements de la personne et de l’air.
Le flux réel de chaleur par évaporation, E, dépend de la fraction, w, de surface cutanée mouillée par
la sueur, et il est donné par la Formule (8):
E = w × E (8)
max
6.1.10 Stockage de chaleur lié à l’élévation de la température corporelle centrale associée
au métabolisme énergétique, Q
eqi
Même dans un environnement neutre, la température corporelle centrale augmente pour s’approcher
d’une valeur d’équilibre, t , en fonction du métabolisme énergétique.
cr,eq
La température corporelle centrale atteint cette température d’équilibre de façon exponentielle en
fonction du temps. Le stockage de chaleur associé à l’élévation de température du temps t au temps
i–1
t , Q ne participe pas au déclenchement de la sudation et il convient par conséquent de le déduire de
i eqi
la Formule (1).
6.1.11 Stockage de chaleur, S
Le stockage de chaleur dans le corps correspond à la somme algébrique des flux de chaleur définis
précédemment.
6.2 Calcul du flux de chaleur par évaporation requis, de la mouillure cutanée requise et
du débit sudoral requis
La conduction (K) n’étant pas considérée car il s'agit d'une source d’échange de chaleur non importante,
la Formule (1) générale peut s’écrire conformément à la Formule (9):
E + S = M – W – C – E – C – R (9)
res res
Le flux de chaleur par évaporation requis, E , correspond au flux de chaleur par évaporation nécessaire
req
pour maintenir l’équilibre thermique du corps et donc pour que le débit de stockage de chaleur dans
le corps soit égal à zéro. Il est donné par la Formule (10):
E = M – W – C – E – C – R (10)
req res res
La mouillure cutanée requise, w , est définie comme étant le rapport entre le flux de chaleur par
req
évaporation requis et le flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau, comme indiqué
par la Formule (11):
E
req
w = (11)
req
E
max
Le calcul du débit sudoral requis, SWreq, se fait sur la base du flux de chaleur par évaporation requis,
mais en tenant compte du rendement évaporatoire de la sudation, rreq, comme indiqué par
la Formule (12):
E
req
S = (12)
Wreq
r
req
−2 −2 −1
NOTE Le débit sudoral en W⋅m représente l’équivalent en chaleur du débit sudoral exprimé en g⋅m h .
−2 −2 −1 −1 2
1 W⋅m correspond à un flux de sueur de 1,47 g⋅m h ou 2,67 g⋅h pour un sujet standard (avec 1,8 m de
surface de peau).
7 Interprétation du débit sudoral requis
7.1 Base de la méthode d’interprétation
7.1.1 Généralités
L’interprétation des valeurs calculées par la méthode analytique préconisée se fonde sur:
— deux critères de contrainte (voir 7.1.2):
— la mouillure cutanée maximale, w ;
max
— le débit sudoral maximal, S ;
Wmax
— deux limites d’astreinte (voir 7.1.3):
— la température rectale maximale, t ;
re, max
— la perte hydrique maximale, D .
max
7.1.2 Critères de contrainte
Le débit sudoral requis, S , ne peut pas dépasser le débit sudoral maximal, S , pouvant être
Wreq Wmax
mis en œuvre par la personne. La mouillure cutanée requise, S , ne peut pas dépasser la mouillure
Wreq
cutanée maximale, w , réalisable par la personne. Ces deux valeurs maximales sont fonction du degré
max
d’acclimatement de la personne.
7.1.3 Limites d’astreinte
En cas de déséquilibre du bilan thermique, il convient que l’élévation de la température rectale soit
limitée à une valeur maximale, t , de manière à réduire au minimum la probabilité de tout effet
re,max
pathologique aigu dû à la contrainte thermique. Enfin, quel que soit le bilan thermique, il convient de
limiter la perte hydrique de l’organisme à une valeur maximale, D , compatible avec le maintien des
max
fluides et des électrolytes par l’organisme.
7.1.4 Valeurs repères
L’Annexe B propose des valeurs repères pour les critères de contrainte (w et S ) et les limites
max Wmax
d’astreinte (t et D ). Les valeurs w , S et D sont fonction de l’état d’acclimatement de
re, max max max Wmax max
la personne.
7.2 Analyse de la situation de travail
Les échanges de chaleur sont calculés au temps t à partir de l’état physiologique de l’organisme
i
existant au temps de calcul précédent, t , et en fonction des paramètres climatiques, du métabolisme
i-1
énergétique et des conditions vestimentaires durant cet intervalle de temps.
Les différentes étapes sont:
— le flux de chaleur par évaporation requis, E , la mouillure cutanée requise, w , et le débit sudoral
req req
requis, S , sont calculés en premier;
Wreq
— à partir de ces valeurs, le débit sudoral prévisible, S , la mouillure cutanée, w , et le flux de chaleur
Wp p
par évaporation, E , sont calculés en tenant compte des critères de contrainte (E , w et S )
p max max Wmax
ainsi que de la réponse exponentielle du système sudoral;
— le stockage de chaleur est estimé par la différence entre le flux de chaleur par évaporation requis
et le flux de chaleur par évaporation prévisible;
— la chaleur stockée contribue à augmenter ou diminuer la température cutanée et la température
corporelle centrale et celles-ci sont estimées;
— à partir de ces valeurs, les échanges de chaleur se produisant au cours de l’incrément de temps sont
calculés.
Les évolutions de S , t et t sont ainsi calculées de manière itérative.
Wp cr re
7.3 Détermination de la durée d’exposition admissible, D
lim
La durée d’exposition admissible, D , est atteinte lorsque la température rectale prévisible (t ) ou
lim re
la perte hydrique cumulée prévisible atteint les limites correspondantes.
Des mesures de prévention spécifiques doivent être prises, et une surveillance physiologique
individuelle des personnes est recommandée dans les situations de travail dans lesquelles:
— le flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau, E , est négatif, signifiant une
max
condensation de vapeur d’eau sur la peau; ou
— la durée d’exposition admissible estimée est inférieure à 30 min.
Les conditions de réalisation de cette surveillance et les techniques de mesurage à employer sont
décrites dans l’ISO 9886.
Un programme informatique en BASIC est donné en Annexe E et permet de calculer et d’interpréter
toute condition lorsque le métabolisme énergétique, les caractéristiques thermiques des vêtements et
les paramètres climatiques sont connus.
L’Annexe F fournit quelques données (données d’entrée et résultats) qui doivent être utilisées pour
la validation de tout programme informatique développé sur la base du modèle présenté en Annexe A.
Annexe A
(normative)
Données nécessaires au calcul du bilan thermique
A.1 Plages de validité
Les valeurs numériques ainsi que les formules données dans la présente annexe correspondent à l’état
des connaissances au moment de la publication. Certaines sont susceptibles d’être modifiées au fur et
à mesure de l’avancée des connaissances.
Les algorithmes décrits dans la présente annexe ont été validés sur une base de données
de 747 expérimentations en laboratoire et 366 expérimentations de terrain provenant de huit instituts
[15]
de recherche européens. Le Tableau A.1 donne les plages des conditions pour lesquelles le modèle
PHS peut être considéré comme validé. Lorsqu’un ou plusieurs paramètres sont en dehors de ces
plages, il convient d’utiliser ce modèle avec précaution et de porter une attention toute particulière aux
personnes exposées.
Tableau A.1 — Plages de validité du modèle PHS
Paramètres Unités Minimum Maximum
t °C 15 50
a
p kPa 0,5 4,5
a
t – t °C 0 60
r a
–1
v ms 0 3
a
−2
M W⋅m 56 250
I clo 0,1 1,0
cl
L’incrément de temps utilisé au cours de cette étude de validation était égal à 1 min. Le modèle n’a pas
été validé pour des temps supérieurs à 480 min.
A.2 Détermination du flux de chaleur par convection respiratoire, C
res
Le flux de chaleur par convection respiratoire peut être estimé par la Formule (A.1):
C = 0,001 52 M (28,56 – 0,885 t + 0,641 p) (A.1)
res a a
A.3 Détermination du flux de chaleur par évaporation respiratoire, E
res
Le flux de chaleur par évaporation respiratoire peut être estimé par la Formule (A.2):
E = 0,001 27 M (59,34 + 0,53 t – 11,63 p) (A.2)
res a a
A.4 Détermination de la température cutanée moyenne d’équilibre
Dans les conditions climatiques pour lesquelles le présent document s’applique, la température cutanée
moyenne d’équilibre peut être estimée en fonction des paramètres de la situation de travail, en utilisant
les Formules (A.3) et (A.4).
— Pour I ≤ 0,2 clo:
cl
t = 7,19 + 0,064 t + 0,061 t – 0,348 v + 0,198 p + 0,616 t (A.3)
sk,eq,nu a r a a re
— Pour I ≥ 0,6 clo:
cl
t = 12,17 + 0,02 t + 0,04 t – 0,253 v + 0,194 p + 0,005 35 M + 0,513 t (A.4)
sk,eq,cl a r a a re
Pour les valeurs de I comprises entre 0,2 et 0,6, la température cutanée d’équilibre est interpolée entre
cl
ces deux valeurs en utilisant la Formule (A.5):
t = t + 2,5 × (t – t ) × (I – 0,2) (A.5)
sk,eq sk,eq,nu sk,eq,cl sk,eq,nu cl,st
A.5 Détermination de la valeur instantanée de la température cutanée
La température cutanée, t , au temps t peut être estimée à partir de:
sk,i i
— la température cutanée, t , au temps t , une minute avant;
sk,i–1 i-1
— la température cutanée d’équilibre, t , prévisible calculée sur la base des conditions existant au
sk,eq
cours de la dernière minute, par la Formule (A.5).
La constante de temps de la réponse de la température cutanée étant égale à 3 min, les Formules (A.6)
et (A.7) sont utilisées:
t = k × t + (1 – k ) × t (A.6)
sk,i tsk sk,i–1 tsk sk,eq
k = exp(–1/3) (A.7)
tsk
A.6 Détermination du stockage de chaleur associé au métabolisme énergétique,
Q
eqi
Dans un environnement neutre, la température corporelle centrale s’élève en fonction du métabolisme
énergétique. Pour une personne moyenne, la température corporelle centrale d’équilibre est liée au
métabolisme énergétique conformément à la Formule (A.8):
t = 0,003 6(M – 55) + 36,8 (A.8)
cr,eq
La température corporelle centrale atteint cette température d’équilibre suivant un système du
premier ordre avec une constante de temps égale à 10 min. Au temps i, elle est estimée en utilisant les
Formules (A.9) et (A.10):
t = k × t + (1 – k ) × t (A.9)
cr,eq,i tcr cr,eq,i-1 tcr cr,eq
k = exp(–1/10) (A.10)
tcr
Le stockage de chaleur associé à cette élévation de température est donné par la Formule (A.11):
Q
= c × W / (A × 60) × (t – t ) × (1 – α) (A.11)
eqi p,b b Du cr,eq,i cr,eq,i-1 i-1
A.7 Détermination des caractéristiques statiques d’isolement thermique
du vêtement
−1
Pour une personne nue et dans des conditions statiques sans mouvements ni de l’air (< 0,2 m⋅s ) ni de
la personne, les échanges de chaleur sensible (C + R) peuvent être estimés par la Formule (A.12):
tt−
sk a
CR+= (A.12)
I
T
Pour une personne vêtue, cette résistance statique aux échanges de chaleur, I , peut être estimée en
T
utilisant la Formule (A.13):
I
a
II=+ (A.13)
Tcl
f
cl
où
2 −1
— I peut être estimé à 0,111 m K⋅W ;
a
— le facteur de surface du vêtement, f , est donné par la Formule (A.14):
cl
f = 1 + 1,97·I (A.14)
cl cl
A.8 Détermination des caractéristiques résultantes (ou dynamiques) d’isolement
thermique du vêtement
L’activité et la ventilation modifient les caractéristiques d’isolement thermique du vêtement et de la
couche d’air adjacente.
Tant le vent que le mouvement réduisent l’isolement, qui doit être corrigé. Le facteur de correction β
IT
peut être estimé à l’aide des Formules (A.15) et (A.16):
— pour une personne nue (I = 0):
cl,st
[]()0,,047vv−0 472 +−()0,,117vv0342
ar ar ww
ββ==e (A.15)
IT Ia
— pour une personne portant des vêtements avec I > 0.6 clo:
cl,st
[]0,,043+−()0 066vv0,,398 +−()0 094vv0,378
ar ar ww
ββ==e (A.16)
IT cl
Lorsque la vitesse de marche n’est pas définie ou que la personne est immobile, la valeur de v peut être
w
calculée à l’aide de la Formule (A.17):
v = 0,005 2 (M – 58) (A.17)
w
−1
où v ≤ 0,7 m⋅s .
w
Lorsque la vitesse de marche v est connue, mais que le sens varie, la vitesse relative de l’air est
w
considérée comme étant la plus grande des deux vitesses v et v .
a w
Lorsqu’un sens de marche θ est maintenu par rapport à la vitesse de l’air, la vitesse relative de l’air est
donnée par la Formule (A.18):
v = |v +v cos(πθ/180)| (A.18)
ar a w
−1
Dans tous les cas, la vitesse relative de l’air, v , est limitée à 3 m s et la vitesse de marche, v , limitée
ar w
−1
à 1,5 m s .
Pour les conditions où I est compris entre 0 et 0,6 clo, le facteur de correction est estimé par
cl
interpolation entre ces deux valeurs, en utilisant les Formules (A.19) à (A.22):
β = [(0,6 – I ) × β + I × β]/0,6 (A.19)
IT cl Ia cl cl
Dans tous les cas, ce facteur de correction est limité à 1.
Enfin, les valeurs d’isolement thermique résultant (ou dynamique) sont calculées comme suit:
I = β × I (A.20)
a,r Ia a
I = β × I (A.21)
T,r IT T
I
a,r
II=− (A.22)
cl,rT,r
f
cl
A.9 Estimation des échanges de chaleur par convection et rayonnement
Les échanges de chaleur sèche peuvent être estimés en utilisant les Formules (A.23) à (A.27).
La Formule (A.23) décrit les échanges de chaleur entre le vêtement et l’environnement:
C + R = f × [h × (t – t ) + h × (t – t)] (A.23)
cl c cl a r cl r
La Formule (A.24) décrit les échanges de chaleur entre la peau et la surface du vêtement:
tt−
sk cl
CR+= (A.24)
I
cl,r
Le coefficient de transfert de chaleur par convection, h , peut être estimé comme la valeur la plus
c
grande de:
0,25
2,38|t – t | (A.25)
cl a
3,5 + 5,2v (A.26)
ar
0,6
8,7v (A.27)
ar
Le coefficient d’échange de chaleur par rayonnement, h , peut être estimé en utilisant la Formule (A.28):
r
4 4
A tt+273 −+()273
()
r cl r
h =×εσ×× (A.28)
rcl,r
A tt−
Du cl r
où
−8 −2 −4
σ est la constante de Stefan-Boltzmann égale à 5,67∙10 W∙m ∙K ;
A /A est la fraction de surface du corps participant à l’échange de chaleur par rayonnement, égale
r Du
à 0,67 pour une personne accroupie, à 0,70 pour une personne assise et à 0,77 pour une
personne debout;
ε est l’émissivité de la surface extérieure vêtue;
cl,r
ε = ε est l’émissivité de la surface extérieure d’une tenue vestimentaire ordinaire lorsqu’aucun
cl,r cl
vêtement réfléchissant n’est utilisé; elle est considérée comme étant égale à 0,97.
Si un vêtement avec un coefficient de réflexion F est porté sur une fraction A inférieure à 50 % de la
r p
surface du corps, il convient de calculer l’émissivité dans la Formule (A.28) en utilisant la Formule (A.29):
ε = (1 – A ) ε + A (1–F) (A.29)
cl,r p cl p r
Comme mentionné à l’Article 1, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port
de vêtements spéciaux de protection, tels que des vêtements entièrement réfléchissants.
Il convient que la Formule (A.23) et la Formula (A.24) soient résolues de manière itérative pour calculer
t .
cl
A.10 Estimation du flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau,
E
max
Le flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau est donné par la Formule (A.30):
pp−
sk,s a
E = (A.30)
max
R
e,T,r
La résistance résultante (ou dynamique) totale du vêtement à la vapeur d’eau, R , est estimée à partir
e,T,r
des Formules (A.31) à (A.33):
I
T,r
R = (A.31)
e,T,r
16,7i
m,r
où l’indice de perméabilité dynamique du vêtement, i , est égal à l’indice de perméabilité statique
m,r
du vêtement, i
...
Questions, Comments and Discussion
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