ISO 7933:1989
(Main)Hot environments — Analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required sweat rate
Hot environments — Analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required sweat rate
Describes a method of calculating the heat balances as well as the sweat rate that the human body should produce to maintain this balance in equilibrium. The various terms used show the influence of the different physical parameters. It does not predict the physiological response of individual subjects, but only considers standard subjects in good health and fit for the work they perform.
Ambiances thermiques chaudes — Détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de la sudation requise
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
‘INTERNATIONAL ISO
NDARD
7933
First edition
1989~Q7- 15
Hot environments
- Analytical determination
and interpretation of thermal stress using
calculation of required sweat rate
Ambiances thermiques chaudes - Determination
analytique et in terprk ta tion
Ia con train te thermique fondees sur Ie calcul de Ia suda tion requise
Reference number
ISO 7933 : 1989 (E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO7933: 1989 El
Contents
Page
. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ill
Foreword . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
Introduction . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Scope . . . .
1
..................................................
2 Normative references
................................... 1
3 Principles of the method of evaluation
2
4 Main Steps of the calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 Interpretation of required sweat rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexes
5
A Data necessary for the calculation of thermal balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
B Estimation ofthermal insulation of clothing ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
C Criteria forthermal stress and limit values for thermal constraint . . . . . . . . . . . .
D Computer program allowing the calculation of the required sweat rate
11
and of the allowable exposure time in any thermal environment . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilrn, without permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
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ISO 7933 : 1989 (El
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. Esch 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, govern-
mental 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 7933 was prepared by Technical Committee ISO/TC 159,
Ergonomics.
Annexes A, B, C and D of this International Standard are for information only.
. . .
Ill
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ISO 7933 : 1989 (El
Introduction
This Internationa Standa rd is one of a series intended for use in the estimation of
thermal stress in a hot en viron ment.
The method of analytical estimation and interpretation of thermal stress allows the
prediction of the physiological effects of work in the heat and the rational determi-
nation of actions to be taken to prevent or limit these effects. This method is rec-
ommended to be applied either directly to carry out a detailed analysis of hot working
conditions, or as a complement to the method based on the WBGT-index (see
ISO 7243) when the reference values for this index are exceeded.
For cases where thermal stress is very high, as detected by the method described in
this International Standard, direct and individual Observation of the exposed workers is
necessary: the types of physiological measurements which are to be used will be
described in a future Standard.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
Hat enwiro
interpretat
of required sweat rate
encouraged to investigate the possibility of applying the most
1 Scope
recent editions of the Standards listed below. Members of IE@
This International Standard specifies a method of analytical and ISO maintain registers of currently valid International Stan-
evaluation and interpretation of the thermal stress experienced dards.
by a subject in a hot environment. lt describes a method of
calculating the heat balance as well as the sweat rate that ISO 7243 : 1989, Hot environments - Estimation of the heat
stress on working man, based on the WBGT-index (wet bulb
the human body should produce to maintain this balance in
equilibrium: this sweat rate is called the “required sweat rate”. globe tempera ture).
The various terms used in the determination of the required ISO 7726 : 1985, Thermal environments - Instruments and
sweat rate show the influence of the different physical para- me thods for measuring physical quan tities.
meters of the environment on the thermal stress experienced by
the subject. In this way, this International Standard makes it
possible to determine which Parameter or group of Parameters
should be modified, and to what extent, in Order to reduce the
3 Principles of the method of evaluation
risk of physiological strains.
The method of evaluation and interpretation calculates the
The main objectives of this International Standard are
thermal balance of the body from
a) the evaluation of the thermal stress in conditions likely
a) the typical Parameters of the thermal environment:
to lead to excessive core temperature increase or water loss
for the Standard subject;
- air temperature, t, (in degrees Celsius);
-
b) the determination sf the modifications to be brought to
-
mean radiant temperature, t, (in degrees Celsius);
the work Situation in Order to reduce or exclude these ef-
fects;
- partial vapour pressure, pa (in kilopascals);
c) the determination of the maximum allowable exposure
- air velocity, v, (in metres per second).
times required to limit physiological strain to an acceptable
value.
(These Parameters are measured according to the specifica-
tions of ISO 7726.)
This International Standard does not predict the physiological
response of individual subjects, but only considers Standard
b) the mean characteristics of the subjects exposed to this
subjects in good health and fit for the work they perform.
working Situation :
The method of computation and interpretation of thermal
-
metabolic heat production, A4 (in Watts per Square
balance is based on the latest scientific information. Future im-
metre);
provements concerning the calculation of the different terms of
the heat balance equation, or its interpretation, will be taken
--
clothing thermal insulation, Z,, (in Square metres
into account when they become available. In its present forrn,
kelvins per Watt).
this method of assessment is not applicable to cases where
special protective clothing is worn.
Clause 4 describes the principles of the calculation of the
different heat exchanges occurring in the thermal balance
equation, as weil as those of the sweat loss necessary for the
2 Normative references maintenance sf the thermal equilibrium of the body. The
mathematical expressions for these calculations are shown in
The following Standards contain provisions which, through annex A.
reference in this text, constitute provisions of this lnter-.
national Standard. At the time of publication, the editions
Clause 5 describes the method of interpretation which leads to
indicated were valid. All Standards are subject to revision, and the determination of the predicted sweat rate and the maximum
Parties to agreements based on this International Standard are
allowable exposure times and work-rest regimens to achieve
1
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ISO 7933 : 1989 El
the predicted sweat rate. This determination is based on two
is the air temperature, in degrees Celsius;
f a
criteria: maximum body core temperature increase and maxi-
mum body water loss. Limit values for these criteria are shown
is the body surface, in Square metres.
AD,
in annex C.
4.1.4 Heat flow by respiratory evaporation (E,~~, in Watts
The precision with which the predicted sweat rate and the ex-
per Square metre)
posure times are estimated is a function of the model (i.e. of
the expressions proposed in annex A) and the limit values
The heat flow by respiratory evaporation may be expressed, in
which are adopted. lt is also a function of the accuracy of
principle, by the relation
measurement of the physical Parameters and of the precision
with which the metabolic rate and the thermal insulation of the
E
= Ce Y ( wex - W,) lA Du
res . .(3)
clothing are estimated.
where
is the water evaporation latent heat, in joules per
ce
4 Main Steps of the calculation
kilogram;
Wa is the humidity ratio for the inhaled air, in kilograms of
iw - FV = Cr,, + Er,, + K + C + R + K + S . .(l)
water per kilogram of dry air;
.
This equation expresses that the internal heat production of the
V and AD, are as defined in equation (2).
body, which corresponds to the metabolic power (M) minus
the effective mechanical power (W) is balanced by the heat
4.1.5 Heat flow by conduction (K, in Watts per Square
exchanges in the respiratory tract by convection (Cr,,) and
metre)
evaporation (Er&, as well as by the heat exchanges on the skin
by conduction (K), convection (C), radiation (R), and evapora-
In practice, the heat flow by thermal conduction through the
tion (E), and by the eventual balance, heat storage (S), ac-
body surfaces in contact with solid objects may be quantitat-
cumulating in the body. The different terms of this equation are
ively assimilated into the heat losses by convection and radia-
successively reviewed in terms of the principles of calculation
tion which would occur if these surfaces were not in contact
(detailed expressions are shown in annex A).
with any solid body. In this way, the heat flow by conduction is
not directly taken into account.
4.1.1 Metabolic power 04, in Watts per Square metre)
4.1.6 Heat flow by convection at the skin surface
IM is the metabolic power. Its estimation or measurement will
(C, in Watts per Square metre)
be described in a future International Standard.
The heat flow by convection at the skin surface may be ex-
4.12 Effective mechanical power ( W, in Watts per
pressed by the equation
Square metre)
c = h,*F,, (t,k - t,) . .(4)
W is the effective mechanical power. In most industrial situ-
ations this is small and tan be neglected.
where
h, is the convective heat transfer coefficient, in Watts per
4.1.3 Heat flow by respiratory convection (Cr,,, in Watts
Square metre kelvin;
per Square metre)
FC1 is the reduction factor for sensible heat exchange due
The heat flow by respiratory evaporation may be expressed, in
to the wearing of clothes (dimensionless);
principle, by the relation
is the mean skin temperature, in degrees Celsius;
t,k
C = cp fi(fex - t,)lAD,
. . . (2)
res
is as defined in equation (2).
*El
where
is the specific heat of dry air at constant pressure, in
cP 4.1.7 Heat flow by radiation at the surface of the skin
joules per kilogram of dry air;
(R, in Watts per Square metre)
V is the respiratory Ventilation rate, in kilograms of air per
The heat flow by radiation is a function of the skin charac-
second;
teristics, the clothing, the posture, the mean skin tempera-
-
ture, (&.k), and the mean radiant temperature of the environ-
-
t is the expired air temperature, in degrees Celsius;
ex
ment, (f,).
2
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lSO7933:1989 (E)
This heat flow may be given by the equation tbe thermal equilibrium of the body and, therefore, for a heat
storage equal to Zero, is given by
-
. *. 45)
R = h, FC, lt,, - r,,
=M-
E W - Cres - Eres - C - R . .49)
req
where
The required skin wettedness (Wreq, dimensionless) is defined
h, is the radiative heat transfer coefficient, in Watts per as the ratio between the required evaporation rate, Ereqr and
Square metre kelvin; the maximal evaporation rate, E,,,
FC, and tsk are as defined in equation (4); . .flOf
Y-eq = EreqiEmax
< is the mean radiant temperature, in degrees Celsius. The calculation sf the required sweat rate shall be made on the
basis of the required evaporation rate but shall also take ac-
count of the fraction of sweat which, eventually, trickles away
4.1.8 Heat filow by evaporation at the skin surface
because of the large variations in local skin wettednesses.
(E, in Watts per Square metre)
The required sweat rate (Swreq, in Watts per Square metre), is
The maximum evaporation rate (E,-,,ax, in Watts per Square
given by
metre) is that which tan be achieved in the hypothetical case of
the skin being completely wetted. In these conditions
Jll)
Swreq = Ereqlrreq
. . . (6)
E
max = (Psk s - pa)lRT where
I
r req is the evaporative efficiency of sweating (dimen-
sionless), which corresponds to the required skin wet-
is the saturated vapour pressure at the skin
&k,s tedness;
temperature, in kilopascals;
E req is as defined in equation (9).
pressure in the working en-
is the partial water vapour
Pa
vironment, in kilopascals;
NOTE - The sweat rate in Watts per Square metre represents the
equivalent in heat of the sweat rate expressed in grams of sweat per
evaporative resistance of the limiting layer Square metre of skin surface and per hour. 1 W/m2 corresponds to a
RT is the total
lopascals per Watt. flow of 1,47 g/(m’.h) [for a Standard subject (1,8 m2 of body surface),
of air a nd clothi ng, in Square metres ki
a flow of 2,6 g/hl.
ration rate, E, in
In the case of a partially wetted skin,
Watts per Square metre, is given by
5 Interpretation of required sweat rate
. . . (79
E = WEmax
where 5.1 Basis of the method of interpretation
equivalent f raction
w is the skin wettedness defined as the The interpretation of t he values calculated by the recommen-
lred as fully wetted;
of the skin surface which tan be conside ded analytical method is based on two criteria of stress :
E max is as defined in equation (6). a) the maximum skin wettedness (Wmax);
b) the maximum sweat rate (SWmax);
4.1.9 Heat storage (S, in Watts per Square metre)
and on two limits of strain
The heat storage of the body is given by the algebraic sum of
the heat flows defined previously.
a) the maximum heat storage cQ,,x, in watt hours per
Square metre);
4.2 Calculation of the required evaporation rate, b) the maximum water loss (Dmax, in grams).
the required skin wettedness and the required
sweat rate The required sweat rate, SW,,,,
cannot exceed the maximum
sweat rate, SWmax, achievable by the subject. The required
Taking into account the hypotheses made concerning the heat skin wettedness, wreq,
cannot exceed the maximum skin wet-
flow by conduction, the general heat balance equation (19 tan
tedness, Wmax, achievable by the subject. These two maximum
be written
values are a function of the acclimatization of the subject.
E + S = M - W - Cr,, - Eres - C - R . . .48)
In the case of non-equilibrium of the thermal balance, the heat
storage, S, must be limited by a maximum value (Qmax) such
The required evaporation rate (Ereq, in Watts per Square metre)
that the resulting increase in body core temperature, At,, (in
defined as the evaporation rate required for the maintenance of
degrees Celsius), does not induce any pathological effect.
3
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ISO 7933 : 1989 (El
If one or other of these two conditions is not satisfied, it is
Finally, whatever the thermal balance, the water loss should be
necessary to calculate an allowable exposure time, DLE.
compatible with the maintenance of
restricted to a value, Dmax,
the hydromineral equilibrium of the body.
If the required evaporation rate is not achieved, the differente
Annex C includes reference values for the stress criteria (wmax - E,) represents the heat storage rate which will be
4E
w
responsible for an increase in body core temperature. The ex-
and SWmax) and the strain criteria (Q,,, and Dmax). Different
posure time limit (in minutes) tan be determined by the expres-
values are presented for acclimatized and non-acclimatized
subjects, and according to the degree of protection which is sion
desired (warning and danger levels).
DLE, = 60 Qmax/(Ereq - Er) . .(239
5.2 Analysis of the work Situation
When, on the other hand, the predicted sweat rate involves an
exaggerated water loss, the exposure time needs to be limited at
The analysis of the work Situation consists of determining the
predicted values of skin wettedness, evaporation rate and
DLE2 =
60 D,,,/SWp . . . (24)
sweat rate (wp, E,, SW,), taking account of the required values
SWreq9 and the limit values (Wmax, SW,,,).
( Y-eqf Ereqf
The shortest DLE shall be used for limiting the duration of
work.
When the required skin wettedness is lower than the maximum
wettedness and the sweat loss lower than the maximum sweat
In work situations for which
loss, the body is in thermal equilibrium and the predicted values
are
-
either the maximum evaporation rate, Emax, is
. .(129 negative, leading to condensation of water vapour on the
wp = wreq
skin;
. .(139
= Ereq
EP
-
or the estimated allowable exposure time is less than
. .(14)
SWp = SWreq
30 min, so that the phenomenon of sweating onset plays a
major role in the estimation of the evaporation loss of the
contrary, the required skin wettedness exceeds
When, on the
su bject;
the maximum wettedness
. .(15)
special precautionary measures need to be taken and direct and
= wmax
wP
individual physiological surveillance of the workers is particu-
and therefore
larly necessary. The conditions for carrying out this surveillance
and the measuring techniques to be used will be described in a
. .(16)
Ep = wp Emax
future International Standard.
SW, = Eplrp . .(179
5.4 Organization of work in the heat
where rp is the evaporative efficiency of sweating correspon-
ding to wp.
When DLE2, for etermining limit,
excessive water loss is the d
no further expos ure should be allowe d during the day.
When the required sweat rate or the sweat rate predicted at
the preceeding step exceeds the maximum sweat rate, it is
When DLE1, for excessive core temperature increase is the
necessary to determine the predicted wettedness wp and the
determining factor, the worker should be allowed a rest period
evaporative efficiency rp such that
of such a duration that, for the combination of both work and
rest sequences, there is no longer any risk of heat stress, when
. .(189
the interpretation is made as indicated hereunder. When the
working Situation includes different exposure conditions to
taking account of the relationship between wp and rp.
heat, the methods of analysis and interpretation described in
Therefore E, = wp Em,, . .(19)
clauses 4 and 5 should be repeated for each sequence or com-
bination of successive sequences of exposure (a sequence be-
. . . (20)
and SW, = SW,,,
ing defined as a work period for which the climatic Parameters
as well as the individual Parameters remain approximately con-
5.3 Determination of allowable exposure time stant).
(DLE, min9
The interpretation of a combination of successive sequences
shall be made using the mean values, weighted according to
time, of the Ereq and Em,, values for each of these sequences.
A Computer program in BASIC (see annex D) uses the
When E, = Ereq . . . (21
mathematical expressions shown in annex A as well as the
criteria and limit values discussed in annex C. lt allows for the
. . . (22)
and SW, < Dm,,/8
calculation of the predicted sweat rate and of the DLE for any
sequence or combination of sequences where the metabolic
no time limit has to be suggested for the 8 h work shift. In this
power, the clothing thermal insulation and climatic Parameters
case, SW, tan be used as a comparison index for the heat
are known.
stress conditions.
4
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ISO 7933 : 1989 (EI
The numerical values and the equations given in this annex relative to the ground. In the case of a subject doing muscular
conform to the present state of knowledge. Some of them are work, it tan be calculated to a first approximation from
likely to be amended in the light of increased knowledge.
= Va + 0,0052 (M - 58) . . . (A.6)
Var
where
A.1 Determination of the heat flow by
is t
he air velocity respect to a stationary subject, in
respiratory convection, Cres, in Watts
va
metres per second;
per Square metre
M is the metabolic power, in Watts per Square metre.
The heat flow by respiratory convection tan be estimated from
the metabolic power M by
lt is recommended, however, to restritt the increase in air
veloc ity due to work
to a value of 0,7 m/s.
. .(A.l)
C = 0,001 4 M (tex - ta)
res
In every case it is recommended that the coefficients of natura1
The expired air temperature (t,,) slightly varies with the and forced convection are calculated, and to consider the
highest of the two as determining the heat exchanges by con-
temperature and the humidity of the inhaled air. In practice, as
the heat flow by respiratory convection is small compared to vection.
other factors, it is accurate enough to adopt, in hot en-
vironments, a constant value of 35 OC, equal to that observed
for an ambient air temperature of 35 OC.
A.4 Determination of the radiative heat
transfer coefficient, hr, in Watts per
Square metre kelvin
A.2 Determination of the heat flow by
The radia tive heat transfer coefficient tan be estimated as
respiratory evaporation, Eres, in Watts
follows :
per Square metre
--
- -
hr = 0 &skAr/A Du [ (tsk + 273)4 - (tr +273)4] /(t,k - t,). . .(A.7)
The heat flow by respiratory evaporation tan be estimated by
. . . (A.2)
E = 0,017 3 M (Pex - Pa9
res
CT is the Stefan-Boltzman constant, equal to
5 67 x 10e8 W/(m2*K4).
I I
where the saturated water vapour pressure of the expired air,
ex, is equal to 5,624 kPa for the temperature tex of 35 OC.
P
E,k iS the skin emiSSivity (0,97);
A,lAD, is the fraction of skin surface involved in heat
exchange by radiation. This fraction is equal to 0,67 for
A.3 Determination of the convective heat
a crouching subject, 0,70 for a seated subject, and 0,77 for a
transfer coefficient, h,, in Watts
standing subject.
per Square metre kelvin
is as defined in equation (4);
t
sk
For a standing subject, this coefficient tan be estimated as
follows :
is as defined in equation (5), often, in practice, deter-
fr
mined from the globe temperature, t,, following the
a) in natura1 convection, by
specifications in ISO 7726.
. . JA.3)
h, = 2,381 &k - tal ot25
A.5 Determi nati on of the reduction factor
b) in forced convection, by
for sensible h eat exchanges
(L’ar < 1 m/s) . . .
h, = 3,5 + 5,2 Var (A.4) The reduction factor for sensible heat exchanges (I$,) tan be
determined, in the case of cotton clothing, from
h, = 8,7 v,,O,6 > 1 m/s) . . .
(A.51
( Var
. . .
Fcl = 1/[(11, + hr9 z,, + 1 /JcIl (A.8)
where \jar is the relative air velocity, in metres per second.
where
The relative air velocity is the resultant of the air velocity relative
11~ and are the convective and radiative heat transfer
17,
to the ground and the Speed of the body or Parts of the body
coeff ici defined in clause A-3 and clause A.4;
ents
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (El
r is the reduction factor for latent heat exchanges,
is the thermal insulation of the clothing in Square
FpCl
Cl
which tan be calculated by
metres kelvins per Watt, for which values are presented in
annex B. A more complete and precise method will be
described in a future International Standard; Fpc,= 1/11 + 2,22h,(I,,- (1 - l/fc,,/(hc + h,))] JA.12)
where I,, and fcI are as defined in clause A.5.
is the ratio of the subject’s clothed to unclothed surface
f Cl
areas (dimensionless) and is given by
. .(A.99
= 1 + 1,97r,, A.7 Determination of evaporative efficiency
f
Cl
of sweating, r (dimensionless)
A.6 Determination of the evaporative
The evaporative efficiency of sweating, r, tan be derived from
resistance, RT, in Square metres kilopascals skin wettedness, W, by the following expression:
per Watt
r = 1 - WZ/2 . .(A.13)
The evaporative resistance tan be calculated on the basis of the
permeability index of the clothing im. The method and some
data will be presented in a future International Standard. A.8 Determination of operative temperature,
&, in degrees Celsius
In the case of light and porous clothing, however, RT may be
estimated from The operative temperature (t,) is given by
RT = I/(fIe*F,,,) JA.109 to = thc*ta + hr*ZJlthc + hr) . .(A.149
where where
h, h, is as defined in clause A.3;
is the evaporative heat transfer coefficient, in Watts per
Square metre kilopascals, and is given by
is as defined in equation (2);
fa
he = 1617 hc JA.11)
hr is as defined in clause A.4;
h, is the convective heat transfer coefficient defined in
clause A.3; is as defined in equation (5).
tr
---------------------- Page: 10 ----------------------
lSO7933:1989 (El
AlW=WX
(informative)
Estimation of thermal ins tion of clothing ensembles
The ciothing thermal insulation (ICI) tan be estimated directly from the data presented in table 9.1 for typical combinations sf
garments, or indirectly, by summation of the partial insulation values for each item of clothing (table EG?).
Thermal insulation for typical cambinations of garments
Table ES.1 -
I
Cl
Ws& clothing Daily wear clothing
Cl0 ’ m2*K/W
Underpants, boiler suit, socks, shoes 0,70 i 0,110 Panties, T-Shirt, Shorts, light socks, sandals 0,30 ’ 0,050
Underpants, shirt, trousers, socks, shoes 0,75 : 0,115 Panties, petticoat, stockings, light dress
/ with sleeves, sandals 0,45 0,070
-
l
Underpants, shirt with short sleeves, light
Underpants, shirt, boiler suit, socks, shoes 0,80 i 0,125
/ trousers, light socks, shoes 0,50 0,80
Panties, stockings, shirt with short sleeves, skirt,
Underpants, shirt, trousers, jacket, socks, shoes 0,85 ’ 0,135 I
/ l sandals 0,55 0,085
l
--
Underpants, shirt, light-weight trousers, socks,
Underpants, shirt, trousers, smock, socks, shoes 0,140
030 I
shoes 0,60 0,095
l
l I I I I
Underwear with short sleeves and legs, shirt, Panties, petticoat, stockings, dress, shoes 0,70 0,105
trousers, jacket, socks, shoes l,oo ~ 0,155
*
Underwear with short legs and sleeves, shirt, Underwear, shirt, trousers, socks, shoes
trousers, boiler suit, socks, shoes
l Ot70 / oJ1o l
ck suit (Sweater and trousers), long
trousers, jacket, thermojacket, so
I
1
1
Underwear with short sleeves and legs, shirt, ’ :
Underpants, singlet with short sleeves, shirt,
I
trousers, jacket, thermojacket and trousers,
trousers, V-neck Sweater, socks, shoes
socks, shoes / 15 0,225
I 5
I
! Underwear with short sleeves and legs, shirt, Panties, shirt, trousers, jacket, socks, shoes
l,oo 0,155
trousers, jacket, heavy quilted outer jacket and 1
i
’ Overalls, socks, shoes 1,85 I 0,285
j
I
,
n erwear with short sleeves and legs, shirt, Panties, stockings, shirt, skirt, vest, jacket
iUd l,oo 0,155
-l--
1 trousers, jacket, heavy quilted outer jacket and
’ Overalls, socks, shoes, cap, gloves 0,310
1 ZOO
Underwear with long sleeves and legs, thermo- / Panties, stockings, blouse, long skirt, jacket, i
1
jacket and trousers, outer thermojacket and shoes 1,lO I
1 0,170
1 220 ’ 0,340
trousers, socks, shoes
l
-
1
Underwear with long sleeves and legs, thermo- Underwear, singlet with short sleeves, shirt,
jacket and trousers, Parka with heavy quilting, 1 trousers, jacket, socks, shoes
1
I
Overalls with heavy quilting, socks, shoes, cap,
gloves 2,55 ! 0,395
Underwear, singlet with short sleeves, shirt,
trousers, vest, jacket, socks, shoes
1 1,15 / 0,180 /
Underwear with long sleeves and legs, shirt,
trousers, V-neck Sweater, jacket, socks, shoes 1,30 / 0,200 1
Underwear with short sleeves and legs, shirt,
trousers, vest, jacket, coat, socks, shoes 1,50 1 0,230 1
I I
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 7933 :1989 (E)
- Thermal insulation for individual pieces of garments
Table B.2
ants with long legs
S hort sleeves
Light-weight, long sleeves
Normal, long sleeves
Flannel shirt, long sleeves
Lig ht-weig ht blouse, long sleeves
Trousers
Shorts
Lig ht-weig ht
Normal
Flannel
Sweaters
Sleeveless vest
Thin Sweater
Sweater
Thick Sweater
Jackets
Light, Summer jacket
Jacket
Smock
High insulative, fibre-pelt
Boiler suit
Trousers
Jacket
Vest
Sundries
Sacks
Thick, ankle socks
Thick, long socks
Nylon stockings
Shoes (thin soled)
Shoes (thick soled)
8
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 7933 : 1989(E)
Annex C
(informative)
Criteria for thermal stress and limit values for thermal constraint
Cl Determination of the mean skin C.2 Differentes between individuals and
temperature acclimatization
For all the Iimiting values of maximum sweat loss, maximum
In climatic conditions for which this International Standard is
heat storage and maximum sweat rate, it is necessary to con-
applicable, the mean skin temperature tan be estimated as
sider two levels to take
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1989-07-l 5
Ambiances thermiques chaudes -
Détermination analytique et interprétation de
la contrainte thermique fondées sur le calcul de
la sudation requise
of thermal
and in terpre ta tion
Hot environments - Analytical de termina tion
using calculation of required sweat rate
Numéro de référence
ISO 7933 : 1989 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (FI
Sommaire
Page
. . .
Avant-propos . III
Introduction . iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives. . 1
3 Principes de la méthode d’évaluation . 1
4 Principales étapes de calcul . 2
5 Interprétation du débit sudoral requis. . 3
Annexes
A Données complémentaires, nécessaires au calcul du bilan thermique . 5
..........
B Estimation des isolements thermiques d’ensembles vestimentaires 7
C Critères et valeurs limites de contrainte et d’astreinte thermiques. . 9
D Programme informatique permettant le calcul de la sudation requise et
.......
de la durée limite d’exposition à une ambiance thermique quelconque 11
\
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IsO 7933 : 1989 0
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique crée à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7933 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 159,
Ergonomie.
Les annexes A, B, C et D de la présente Norme internationale sont données U nique-
ment à titre d’information.
---------------------- Page: 3 ----------------------
~so 7933 : 1989 (FI
Introduction
La présente Norme internationale fait partie d’une série de normes consacrées à I’esti-
mation de la contrainte thermique en ambiance chaude.
La méthode d’estimation analytique et d’interprétation de la contrainte thermique per-
met de prédire les effets physiologiques du travail à la chaleur et de définir de façon
rationnelle les mesures à prendre pour en prévenir ou limiter les effets. Cette méthode
est recommandée soit directement pour effectuer une analyse approfondie des condi-
tions de travail à la chaleur, soit en complément de la méthode basée sur l’indice
WBGT (voir I’ISO 7243) lorsque les valeurs repères fixées pour cet indice sont dépas-
sées.
Dans des circonstances de contrainte trés élevée, détectées telles par la méthode
décrite dans la présente Norme internationale, une surveillance directe et individuelle
des travailleurs exposés est nécessaire : les mesures physiologiques susceptibles d’être
utilisées seront décrites dans une future norme.
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (F)
NORME INTERNATIONALE
Ambiances thermiques chaudes - Détermination
analytique et interprétation de la contrainte thermique
fondées sur le calcul de la sudation requise
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
1 Domaine d’application
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
La présente Norme internationale spécifie une méthode d’éva-
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
luation analytique et d’interprétation de la contrainte thermique sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
subie par un sujet en ambiance thermique chaude. Elle décrit les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
les modes de calcul du bilan thermique ainsi que du débit de de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
sueur que l’organisme humain doit mettre en œuvre pour assu- tionales en vigueur à un moment donné.
rer l’équilibre de ce bilan: ce débit de sueur est appelé ((suda-
tion requise».
ISO 7243 : 1909, Ambiances chaudes - Estimation de la con-
trainte thermique de l’homme au travail bas&e sur l’indice
Les divers termes intervenant dans la détermination de la suda-
WBGT (température humide et de globe noir).
tion requise permettent de déterminer les parts respectives pri-
ses par les divers paramétres physiques de l’environnement ISO 7726 : 1985, Ambiances thermiques - Appareils et
dans la contrainte thermique subie par le sujet. La présente méthodes de mesure de grandeurs physiques.
Norme internationale permet de cette manière de déterminer
sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il convient
d’agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astrein-
tes physiologiques.
3 Principes de la méthode d’évaluation
Les objectifs principaux de la présente Norme internationale
La méthode d’évaluation et d’interprétation dresse le bilan ther-
sont
mique du corps à partir
a) l’évaluation de la contrainte thermique dans les ambian-
a) des paramètres physiques de l’ambiance thermique:
ces susceptibles d’entraîner des accroissements de tempé-
rature centrale du corps ou des pertes hydriques importan-
- la température d’air, t, (en degrés Celsius);
tes chez un sujet standard;
- la température moyenne de rayonnement, t; (en
b) la recherche des modifications à apporter à la situation
degrés Celsius);
de travail pour réduire ou éliminer ces effets;
c) la détermination des durées limites d’exposition à prati-
- la pression partielle de vapeur d’eau, pa (en kilopas-
quer de maniére à limiter l’astreinte physiologique à une
cals);
valeur jugée tolérable.
- la vitesse de l’air, va (en métres par seconde).
La présente Norme internationale ne vise pas à prédire le com-
portement physiologique d’un sujet donné, mais concerne un
(Ces paramètres doivent ête mesurés, conformément aux
sujet standard en bonne santé et apte à son travail.
spécifications de I’ISO 7726.)
Cette méthode de calcul et d’interprétation du bilan thermique
b) des paramétres moyens caractérisant les travailleurs
est basée sur les apports scientifiques les plus récents. Les
exposés à cette situation de travail :
améliorations futures apportées aux expressions de calcul des
différents termes du bilan ainsi qu’à son interprétation devront
- la puissance métabolique de travail, iW (en watts par
être prises en compte au fur et à mesure de leur acquisition.
métre carré);
Dans sa forme actuelle, elle ne peut être utilisée dans le cas du
port de vêtements spéciaux de protection.
- l’isolement thermique du vêtement, Ici (en mètres
carrés kelvins par watt).
2 Références normatives L’article 4 de la présente Norme internationale décrit les princi-
pes de calcul des différents échanges de chaleur intervenant
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
dans le bilan thermique, ainsi que du débit sudoral nécessaire à
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
l’équilibre du corps. L’annexe A propose les expressions
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
mathématiques nécessaires à ce calcul.
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (FI
L’article 5 décrit la méthode d’interprétation des résultats et t ex est la température de l’air expiré, en degrés Celsius;
conduit à la détermination du débit sudoral prédit, des durées
t, est la température de l’air, en degrés Celsius;
limites d’exposition et des alternances travail-repos à pratiquer.
Cette détermination est menée sur la base de deux critéres :
AP, est la surface corporelle, en mètres carrés.
élévation de température corporelle et perte hydrique maxima-
les admissibles. L’annexe C propose des valeurs limites pour
4.1.4
Échange de chaleur par évaporation respiratoire
ces critères.
(Ere,, en watts par mètre carré)
La précision avec laquelle sont évalués le débit sudoral prédit et
les durées limites d’exposition est fonction du modèle retenu
Le débit de chaleur par évaporation respiratoire peut être
(c’est-à-dire des expressions proposées dans l’annexe A) et des exprimé par la relation de principe
valeurs limites adoptées. Elle dépend également de la précision
E . . .
- ce p ( w,x - wa)/A DU (3)
de mesure des paramétres physiques, ainsi que de la précision res -
d’évaluation du métabolisme et de l’isolement thermique du
où
vêtement.
est la chaleur d’évaporation de l’eau, en joules par kilo-
ce
gramme;
4 Principales étapes de calcul
est le rapport d’humidité de l’air expiré, en kilogram-
mes d’eau par kilogramme d’air sec;
4.1 Équation générale du bilan thermique
Wa est le rapport d’humidité de l’air inspiré, en kilogram-
L’équation du bilan thermique du corps peut s’écrire
mes d’eau par kilogramme d’air sec;
A4- W=Cres+Eres+K+C+R+K+S ms.(l)
vet AD, sont tels que définis dans l’équation (2).
Cette équation exprime que la production de chaleur interne du
corps, qui correspond à la puissance métabolique UV), moins la
4.1.5 Échange de chaleur par conduction (K, en watts
puissance mécanique utile (WI, est compensée par les échan-
par mètre carré)
ges de chaleur au niveau des voies respiratoires par convection
(Cres) et évaporation (Eres), ainsi que par les échanges de cha-
En pratique, le débit de chaleur par conduction thermique au
leur au niveau de la peau par conduction (K), convection (CI, travers des surfaces du corps en contact avec des éléments
rayonnement (R) et évaporation (E), le solde éventuel, appelé
solides peut être assimilé quantitativement aux débits de cha-
stockage de chaleur (SI, s’accumulant dans le corps. Les diffé- leur par convection et rayonnement qui se feraient si ces surfa-
rents termes de cette équation sont successivement passés en
ces n’étaient pas en contact avec ces solides. De ce fait, le ’
revue avec les principes de calcul (des expressions détaillées
débit de chaleur par conduction n’est pas directement pris en
sont présentées en annexe A).
compte.
4.1.1 Puissance métabolique (M, en watts par métre
4.1.6 Échange de chaleur par convection au niveau
carré)
de la peau (C, en watts par métre carré)
sa mesure
M est la puissance métabolique. Son évaluation ou Le débit de chaleu r par convection peut être exprimé par I’équa-
sera précisée dans une future Norme internationale tion
c = h,*F,I (&k - t,) . . .
(4)
4.1.2 Puissance mécanique utile ( W, en watts par mètre
carré)
où
W est la puissance mécanique utile. Dans la plupart des si tua- est le coefficient d’échange
de chaleur convection,
Par
4
tions industrielles, celle-ci est faible et peut être négligée. en watts par mètre carré kelvin;
F,, est le facteur de réduction des échanges de chaleur par
4.1.3 Échange de chaleur par convection réspiratoire
les vêtements (sans dimension);
(Cres, en watts par métre carré)
est la température cutanée moyenne, en degrés
fsk
Le débit de chaleur par convection respiratoire peut être
Celsius;
exprimé par la relation de principe
t, est tel que défini dans l’équation (2).
C = cp Y(tex - t,)lA,u . . .
(2)
res
4.1.7 Échange de chaleur par rayonnement au niveau
où
de la peau U?, en watts par metre carré)
cp est la chaleur spécifique de l’air sec à pression cons-
tante, en joules par kilogramme d’air sec; Le débit de chaleur par rayonnement est fonction des caracté-
ristiques de la peau, des vêtements, de la posture, de la tempé-
Y est le débit ventilatoire, en kilogrammes d’air par
rature de la Peau (&) et de la température moyenne de rayon-
seconde;
nement de l’ambiance (q.
2
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ISO 7933 : 1989 (F)
Ce débit peut être exprimé par l’équation Le débit évaporatoire requis (Ere,, en watts par mètre carré)
pour le maintien en équilibre du bilan thermique et donc un
débit de stockage nul est donné par
E = M - W - Cres - Eres - C - R
. . . (9)
rw
hr est le coefficient d’échange de chaleu r par rayonne- La mouillure cutanée requise (wreq, sans dimension) est définie
ment, en watts par métre carré kelvin; comme étant le rapport entre le débit évaporatoire requis Ereq
et le debit évaporatoire maximal E,ax
sont tels que définis dans l’équation (4);
&I et tsk
. . .
(10)
est la température moyenne rayonnement ambiant,
r,
en degrés Celsius. Le calcul du débit sudoral requis doit se faire sur la base du
débit évaporatoire requis mais doit, par ailleurs, tenir compte de
la fraction de sueur qui peut, le cas échéant, ruisseler au sol du
on au nivea
4.1.8 Échange de chaleur par bvaporati fait de la grande hétérogénéité des mouillures cutanées locales.
peau (E, en watts par m&re carre)
de la
Le débit sudoral requis (SWreq, en watts par mètre carré) est
Le debit Avaporatoire maximal (E,,,ax, en watts par metre carré)
donné par
est celui que l’homme peut réaliser dans I’hypothése d’une
peau intégralement mouillée. Dans ces conditions
..‘ (11)
swreq = Ereql rreq
E . . . (6)
où
(P k - Pa)IRT
max= s,s
où
rreq est l’efficacité évaporatoire de la
sudation, (sans
dimension), qui correspond à la mouillure cutanée requise;
de vapeur d’eau à la tempé-
est la pression saturante
&k,s
rature moyenne de la peau, en kilopascals;
E req est tel que défini dans l’équation (9).
est la pression vapeur d’eau de l’air a
t, NOTE - Le débit sudoral, en watts par métre carré, représente I’équi-
Pa
en kilopascals; valent en chaleur du débit sudoral exprimé en grammes de sueur par
métre carré de peau et par heure, 1 W/m2 correspondant à un débit de
1,47 g/(m2.h) [pour un sujet standard (1,8 m2 de surface de peau), à un
limite
RT est la résistance évaporatoire totale de la couche
débit de 2,6 g/hl.
vêtement, en mètres carrés kilopascals par watt.
d’air et du
partiellemen t mouillée, le débit de cha-
Dans le cas d’une peau
5 Interprétation du débit sudoral requis
leur par évaporation E, en watts par métre carré, est donné par
E = WEmax . . .
(7)
5.1 Base de la m&hode d’interprétation
où L’interprétation des va leurs calculées par la mét :hode analytique
préconisée se fait sur la base de deux CI itères de contrainte :
w est la mouillure cutanée (sans dimension) définie
comme étant la fraction équivalente de la peau qui peut être la mouillure cutanée maximale (Wmax);
a)
considerée comme totalement mouillée;
b) le débit sudoral maximal (SWmax);
E
max est tel que defini dans l’équation (6).
et en fonction de deux limites d’astreinte
le stockage maximal de en
4.1.9 Stockage de chaleur (S, en watts par métre carré) a) (Q
max‘
mètre carré)
Par
Le débit de stockage de chaleur du corps correspond à la
en
b) la perte hydrique maximale acceptable (Dmax, gram-
somme a Igéb Irique des débits de chaleur définis précédemment.
mes).
Le débit sudoral requis SWreq ne peut dépasser le débit sudoral
4.2 Calcul du debit évaporatoire requis, de la maximal SW max pouvant être mis en œuvre par le sujet. La
mouillure cutanée requise wreq ne peut pas dépasser la mouil-
mouillure cutanée requise et du débit sudoral
requis lure cutanée réalisable par le sujet (Wmax), Ces deux valeurs
maximales sont fonction du degré d’acclimatement du sujet.
Compte tenu des hypothéses formulées concernant le débit de
chaleur par conduction, l’équation générale du bilan thermique En cas de déséquilibre du bilan thermique, le stockage de cha-
(1) peut s’écrire leur doit être limité à une valeur maximale Qmax telle que I’éléva-
tion de la température At,, (en degrés Celsius) du noyau central
E + S = M - W - Cres - Eres - C - R . . . du corps qui en résulte n’entraîne pas d’effets pathologiques.
(8)
3
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~so 7933 : 1!389 0
Si l’une de ces deux conditions n’est pas satisfaite , il convient .
Enfin, quel que soit le bilan thermique, la perte hydrique de
de déterminer une durée limite d’exposition, DLE.
l’organisme doit être limitée à une valeur maximale II,,,,, com-
patible avec le maintien de l’équilibre hydrominéral.
Si le débit évaporatoire requis n’est pas réalisé, la différence
L’annexe C propose des valeurs-repéres pour les critères de (E - EP) représente le débit de stockage de chaleur qui est
w
responsable d’une élévation de température du noyau central
contrainte (wmax et SW,,, ) et les critères d’astreinte (Q,,, et
du corps. La durée limite (en minutes) peut être estimée par
D,,&. Des valeurs différentes sont proposées pour sujets accli-
l’expression
matés et non acclimatés et suivant le degré de protection sou-
haité (seuils d’alarme et de danger).
DLE, . . . (23)
= 60 Qmax/(Ereq - EP)
Lorsq ue, par contre, le débit sudoral risque de donner lieu à u ne
5.2 Analyse de la situation de travail
hydrique exagérée, la limitée
perte durée de travail doit ête à
L’analyse de la situation de travail consiste à déterminer les
DLE2 = . . . (24)
valeurs prévues de la mouillure, du débit évaporatoire et du
60 Dmaxlswp
débit sudoral (wP, E,, SW,), compte tenu des valeurs requises
La DLE la plus courte doit être prise en considération dans la
SW,q) et des valeurs limites wmaX, SW,,, adop-
lw reqf Ere,,
limitation de la durée du travail.
tées.
Dans les situations de travail pour lesquelles
Lorsque la mouillure requise est inférieure à la mouillure maxi-
male et que le débit sudoral requis est inférieur au débit sudoral
-
le débit évaporatoire maximal
soit E négatif,
max est
maximal, l’équilibre thermique est maintenu et les valeurs prédi-
sig nifiant une condensation de vapeur d’ eau sur la peau;
tes sont
-
soit la durée limite d’exposition estimée est inférieure à
. . . (12)
= wreq
wP
30 min de sorte que les phénomènes de déclenchement de la
sudation deviennent prépondérants dans l’appréciation de
. . .
(13)
= Ereq
EP
la perte évaporatoire du sujet,
. . .
(14)
= Swreq
SWP
des mesures particulières de précaution et une surveillance
requise la re maxi-
Si, par contre, la re dépasse
physiologique directe et individuelle des travailleurs sont parti-
male, on a
culiérement nécessaires. Les conditions de réalisation de cette
surveillance et les techniques de mesure à employer seront
. . . (15)
= wmax
wP
décrites dans une future Norme internationale.
et dès lors
5.4 Organisation du travail à la chaleur
. . . (16)
Ep = WpEmax
Lorsque la DLE2 pour perte hydrique excessive est détermi-
= Eplrp . . . (17)
SWP
nante, aucune nouvelle exposition ne doit être tolérée dans la
journée.
où rp est l’efficacité évaporatoire correspondant à wp.
Lorsque la DLEJ pour élévation de température centrale exces-
Si le débit sudoral requis ou le débit sudoral prédit à l’étape pré-
sive est déterminante, il convient d’allouer au travailleur un
cédente est supérieur au débit sudoral maximal, il faut recher-
repos d’une durée telle que, pour l’ensemble des séquences de
cher la mouillure predite wp et l’efficacité évaporatoire rp telles
travail et de repos, ne se pose plus de risque de contrainte ther-
que
mique lorsque l’interprétation est menée comme indiqué
. . . (18)
wp Emax = SWmaxTp ci-dessous. Dans le cas d’une situation de travail comprenant
différentes conditions d’exposition à la chaleur, les méthodes
connaissant la relation liant wp et rp.
d’analyse et d’interprétation décrites aux articles 4 et 5
devraient être appliquées à chaque séquence et chaque groupe
Dès lors Ep = Wp Emax . . . (19)
successif de séquences d’exposition, une séquence étant défi-
nie comme une période de travail pendant laquelle les paramè-
et SW, = SWmax . . . (20)
tres climatiques de même que les paramètres individuels restent
approximativement constants.
5.3 Dbtermination de la durée limite d’exposition
(DLE, min)
L’interprétation d’une série de séquences successives doit être
conduite en adoptant les valeurs moyennes, pondérées en
La durée limite d’exposition peut être déterminée en fonction
fonction du temps, des valeurs Ereq et Em,, de chacune de ces
des valeurs admises pour le stockage maximal de chaleur
séquences.
(Qmax) et la perte hydrique maximale (Dmax)ti
Un programme d’ordinateur en BASIC (voir annexe D) adopte
Lorsque E, = Ereq . . . (21)
les expressions mathématiques de l’annexe A, ainsi que les cri-
tères et valeurs limites de l’annexe C. II permet le calcul du débit
et SW, < Omax/ . . . (22)
sudoral prédit et des DLE pour toute séquence ou suite de
aucune limitation n’est a apporter à la durée de travail normale séquences de travail pour lesquelles sont connus la production
de 8 h. Dans ce cas, SW, peut servir d’indice de comparaison
d’énergie métabolique, l’isolement vestimentaire et les paramé-
des ambiances chaudes.
tres climatiques.
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (FI
Annexe A
(informative)
Données complémentaires, nécessaires au calcul du bilan thermique
Les valeurs numériques ainsi que les équations données dans
La vitesse relative de l’air est la résultante de la vitesse de l’air
cette annexe correspondent a l’état actuel des connaissances.
par rapport au sol et de la vitesse du corps ou des segments
Certaines de ces expressions sont susceptibles d’être modifiées
corporels par rapport au sol. Dans le cas d’un sujet effectuant
au fur et à mesure du progrès des connaissances.
un travail musculaire, elle peut être, en Premiere approxima-
tion, évaluée par
Var= Va + 0,0052(M- 58) . . .(A.6)
A.1 Calcul du débit de chaleur par convection
où
respiratoire, Cres, en watts par mètre carré
Va est la vitesse de l’air par rapport au sujet immobile, en
Le débit de chaleur par convection respiratoire peut être estimé
métres par seconde;
à partir de la production d’énergie métabolique M par
M est la puissance métabolique, en watts par métre carré.
. .(A.l)
c res = Of~1 4M(tex - ta)
II convient toutefois de plafonner l’augmentation de la vitesse
de l’air due au travail à une valeur de 0,7 m/s.
La température de l’air expiré (tex) varie Iégérement en fonction
de la température et de l’humidité de l’air inspiré. En pratique,
Dans tous les cas, il convient de calculer les coefficients de
étant donné que le débit de chaleur par convection respiratoire
transfert de chaleur par convection naturelle et forcée et de
reste faible par rapport à d’autres facteurs, il s’avére suffisam-
considérer le plus élevé des deux comme déterminant les débits
ment précis d’adopter, en milieu chaud, une valeur constante
de chaleur par convection.
fixée à 35 OC, égale à celle observée pour une température d’air
ambiant de 35 OC.
A.4 Calcul du coefficient de transfert de
chaleur par rayonnement, h, en watts par
mètre carré kelvin
A.2 Calcul du débit de chaleur par
évaporation respiratoire, Eres, en watts
Le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement peut
être estimé comme suit:
par mètre carré
hr=aeskAr/AD” [(
Le débit de chaleur par évaporation respiratoire peut être estimé
Par où
0 est la constante de Stefan-Boltzman, égale à
E . .(A.2)
res = 0,017 3 bf (Pex - Pal
5 67 x IO-* W/(m2*K4).
? I
où la pression de vapeur saturante de l’air expiré, Pex, est égale
Esk est I’émissivité cutanée (0,97);
à 5,624 kPa, pour une température tex de 35 OC.
A,lAp” est la fraction de surface cutanée participant aux
échanges de chaleur par rayonnement. Cette fraction est
prise égale à 0,67 pour le sujet accroupi; 0,70 pour le sujet
A.3 Calcul du coefficient de transfert de
assis et 077 pour le sujet debout.
chaleur par convection, h,, en watts par mètre
carré kelvin
est tel que défini dans l’équation (4);
tsk
c est tel que défini dans l’équation (5), en pratique sou-
Pour un sujet debout, le coefficient h, peut être estimé comme
vent déterminée à partir de la température du globe t, sui-
suit:
vant les spécifications de I’ISO 7726.
a) en convection naturelle, par
A.5 Calcul du coefficient de réduction des
. .(A.3)
h, = 2,38 1 &k - fa( o’25
échanges de chaleur sensible
b) en convection forcée, par
Le facteur de réduction des échanges de chaleur sensible (F,,)
peut être évalué, dans le cas d’un vêtement léger et poreux, par
. . . (A.4)
h, = 3,5 + 5,2 Var (Var < 1 m/s)
. . . (A.8)
= 1 l[(h, + hr) Ici + llf,ll
F,l
. .(A.5)
h, = 8,7 VarOt (Var > 1 m/s)
où
où Var est la vitesse relative de l’air, en métres par seconde.
h, et hr sont les coefficients de transfert chaleur par
convection et rayonnement définis aux articles A.3 et A.4;
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 7933 : 1989 (FI
F
ZCI est l’isolement thermique du vêtement, en métres car- pcl étant le coefficient de réduction des échanges de cha-
res kelvins par watt dont les valeurs sont proposées en leur sensible par le vêtement qui peut être évalué par
annexe B; une méthode plus complète et plus précise sera
F
decrite dans une future Norme internationale; pcl = II[I + 2,2Zh& - (1 - llf,~)l(hc + hr))] . .(A.12)
où Ici et& sont tels que définis dans l’article A.5.
est le rapport entre la surface du sujet vêtu et la surface
f
Cl
du sujet nu (sans dimension) et est donné par
A.7 Calcul de l’efficacité évaporatoire de la
- 1 + 1,97ZC, . . . (A.91
f
cl -
sudation, r (sans dimension)
L’efficacité
A’.6 Calcul de la résistance évaporatoire, RT, évaporatoire de la sudation, r, peut être évaluée à
partir de la mouillure cutanée, w, par l’expression :
en mhtres carrés kilopascals par watt
I==l - w2/2
La résistance évaporatoire peut être calculée sur la base de . .(A.13)
l’indice de perméabilité im du vêtement. La méthode et les don-
nées de base seront présentées dans une future Norme interna-
A.8 Calcul de la température opérative, t,, en
. tionale.
degrés Celsius
Dans le cas d’un vêtement léger et poreux cependant, elle peut
être estimée par La température opérative (t,) est donnée par
RT = I/he~Fp~,) . .(A.101 = (hc*ta + hr*c)l(hc + hr)
. .(A.141
t0
où où
he est le coefficient de transfert de chaleur par
évapora- h, est tel que défini dans l’article A.3;
tion, en watts par métre carré kilopascals, donné
Par
ta est tel que défini dans l’équation (2);
he = 16,7 h,
JA.11)
hr est tel que défini dans l’article A.4;
h, étant le coefficient de transfert de chaleur par convec-
tion défini dans l’article A.3; F est tel que défini dans l’équation (5).
6
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ISO 7933 : 1989 (FI
Annexe B
(informative)
Estimation des isolements thermiques d’ensembles vestimentaires
L’isolement thermique vestimentaire Zci peut être estimé directement à partir des données de la table B.l caractérisant des ensembles
vestimentaires typiques, ou indirectement en additionnant les isolements partiels de chacune des pièces de vêtement portées
(tableau B.2).
Tableau B.1 - Isolement thermique pour des ensembles vestimentaires typiques
I
I
Cl
Cl
Vêtements de travail
Vêtements de jour
CIO m2* K/W
CIO rn2, K/W
Caleçon, combinaison, chaussettes, chaussures 0,70
0,110 Slip, T-shirt, short, chaussettes fines, sandales 0,30 0,050
Caleçon, chemise, pantalon, chaussettes,
1
Slip, jupon, bas, robe légère avec manches,
chaussures 0,75 0,115 sandales
0,45 / 0,070
Caleçon, chemise, combinaison, chaussettes,
Caleçon, chemise à manches courtes, pantalon
chaussures 0,80 a 0,125
léger, chaussettes fines, chaussures 0,50 0,80
1
Caleçon, chemise, pantalon, veste, chaussettes,
Slip, bas, chemise à manches courtes, jupe,
chaussures 0,135 sandales 0,55 0,085
o,=
Caleçon, chemise, pantalon, blouse, chaussettes,
Caleçon, chemise, pantalon léger, chaussettes,
chaussures 0,140 chaussures 0,095
09 or60
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, jupon, bas, robe, chaussures 0,70
0,105
chemise, pantalon, veste, chaussettes, chaussures 1 ,OO 0,155
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Sous-vêtements, chemise, pantalon, chaussettes,
chemise, pantalon, combinaison, chaussettes,
chaussures 0,70 0,110
chaussures 1,lO 0,170
Sous-vêtements à manches et jambes longues,
Sous-vêtements, survêtement (pull et pantalon),
veste isolante, chaussettes, chaussures 1,20 0,185
chaussettes montantes, chaussures de sport 0,75 0,115
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, jupon, chemise, jupe, chaussettes montantes
chemise, pantalon, veste, veste isolante,
épaisses, chaussures 0,120
o,m
chaussettes, chaussures 1,25 0,190
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, chemise, jupe, tricot ras du cou, chaussettes
combinaison, veste et pantalon isolants,
montantes épaisses, chaussures 0,140
o,w
chaussettes, chaussures 0,220
vo
Sous-vêtements à manches et jambes courtes, Calecon, maillot de corps à manches
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1989-07-l 5
Ambiances thermiques chaudes -
Détermination analytique et interprétation de
la contrainte thermique fondées sur le calcul de
la sudation requise
of thermal
and in terpre ta tion
Hot environments - Analytical de termina tion
using calculation of required sweat rate
Numéro de référence
ISO 7933 : 1989 (FI
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ISO 7933 : 1989 (FI
Sommaire
Page
. . .
Avant-propos . III
Introduction . iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives. . 1
3 Principes de la méthode d’évaluation . 1
4 Principales étapes de calcul . 2
5 Interprétation du débit sudoral requis. . 3
Annexes
A Données complémentaires, nécessaires au calcul du bilan thermique . 5
..........
B Estimation des isolements thermiques d’ensembles vestimentaires 7
C Critères et valeurs limites de contrainte et d’astreinte thermiques. . 9
D Programme informatique permettant le calcul de la sudation requise et
.......
de la durée limite d’exposition à une ambiance thermique quelconque 11
\
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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IsO 7933 : 1989 0
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique crée à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7933 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 159,
Ergonomie.
Les annexes A, B, C et D de la présente Norme internationale sont données U nique-
ment à titre d’information.
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~so 7933 : 1989 (FI
Introduction
La présente Norme internationale fait partie d’une série de normes consacrées à I’esti-
mation de la contrainte thermique en ambiance chaude.
La méthode d’estimation analytique et d’interprétation de la contrainte thermique per-
met de prédire les effets physiologiques du travail à la chaleur et de définir de façon
rationnelle les mesures à prendre pour en prévenir ou limiter les effets. Cette méthode
est recommandée soit directement pour effectuer une analyse approfondie des condi-
tions de travail à la chaleur, soit en complément de la méthode basée sur l’indice
WBGT (voir I’ISO 7243) lorsque les valeurs repères fixées pour cet indice sont dépas-
sées.
Dans des circonstances de contrainte trés élevée, détectées telles par la méthode
décrite dans la présente Norme internationale, une surveillance directe et individuelle
des travailleurs exposés est nécessaire : les mesures physiologiques susceptibles d’être
utilisées seront décrites dans une future norme.
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ISO 7933 : 1989 (F)
NORME INTERNATIONALE
Ambiances thermiques chaudes - Détermination
analytique et interprétation de la contrainte thermique
fondées sur le calcul de la sudation requise
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
1 Domaine d’application
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
La présente Norme internationale spécifie une méthode d’éva-
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
luation analytique et d’interprétation de la contrainte thermique sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
subie par un sujet en ambiance thermique chaude. Elle décrit les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
les modes de calcul du bilan thermique ainsi que du débit de de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
sueur que l’organisme humain doit mettre en œuvre pour assu- tionales en vigueur à un moment donné.
rer l’équilibre de ce bilan: ce débit de sueur est appelé ((suda-
tion requise».
ISO 7243 : 1909, Ambiances chaudes - Estimation de la con-
trainte thermique de l’homme au travail bas&e sur l’indice
Les divers termes intervenant dans la détermination de la suda-
WBGT (température humide et de globe noir).
tion requise permettent de déterminer les parts respectives pri-
ses par les divers paramétres physiques de l’environnement ISO 7726 : 1985, Ambiances thermiques - Appareils et
dans la contrainte thermique subie par le sujet. La présente méthodes de mesure de grandeurs physiques.
Norme internationale permet de cette manière de déterminer
sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il convient
d’agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astrein-
tes physiologiques.
3 Principes de la méthode d’évaluation
Les objectifs principaux de la présente Norme internationale
La méthode d’évaluation et d’interprétation dresse le bilan ther-
sont
mique du corps à partir
a) l’évaluation de la contrainte thermique dans les ambian-
a) des paramètres physiques de l’ambiance thermique:
ces susceptibles d’entraîner des accroissements de tempé-
rature centrale du corps ou des pertes hydriques importan-
- la température d’air, t, (en degrés Celsius);
tes chez un sujet standard;
- la température moyenne de rayonnement, t; (en
b) la recherche des modifications à apporter à la situation
degrés Celsius);
de travail pour réduire ou éliminer ces effets;
c) la détermination des durées limites d’exposition à prati-
- la pression partielle de vapeur d’eau, pa (en kilopas-
quer de maniére à limiter l’astreinte physiologique à une
cals);
valeur jugée tolérable.
- la vitesse de l’air, va (en métres par seconde).
La présente Norme internationale ne vise pas à prédire le com-
portement physiologique d’un sujet donné, mais concerne un
(Ces paramètres doivent ête mesurés, conformément aux
sujet standard en bonne santé et apte à son travail.
spécifications de I’ISO 7726.)
Cette méthode de calcul et d’interprétation du bilan thermique
b) des paramétres moyens caractérisant les travailleurs
est basée sur les apports scientifiques les plus récents. Les
exposés à cette situation de travail :
améliorations futures apportées aux expressions de calcul des
différents termes du bilan ainsi qu’à son interprétation devront
- la puissance métabolique de travail, iW (en watts par
être prises en compte au fur et à mesure de leur acquisition.
métre carré);
Dans sa forme actuelle, elle ne peut être utilisée dans le cas du
port de vêtements spéciaux de protection.
- l’isolement thermique du vêtement, Ici (en mètres
carrés kelvins par watt).
2 Références normatives L’article 4 de la présente Norme internationale décrit les princi-
pes de calcul des différents échanges de chaleur intervenant
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
dans le bilan thermique, ainsi que du débit sudoral nécessaire à
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
l’équilibre du corps. L’annexe A propose les expressions
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
mathématiques nécessaires à ce calcul.
1
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ISO 7933 : 1989 (FI
L’article 5 décrit la méthode d’interprétation des résultats et t ex est la température de l’air expiré, en degrés Celsius;
conduit à la détermination du débit sudoral prédit, des durées
t, est la température de l’air, en degrés Celsius;
limites d’exposition et des alternances travail-repos à pratiquer.
Cette détermination est menée sur la base de deux critéres :
AP, est la surface corporelle, en mètres carrés.
élévation de température corporelle et perte hydrique maxima-
les admissibles. L’annexe C propose des valeurs limites pour
4.1.4
Échange de chaleur par évaporation respiratoire
ces critères.
(Ere,, en watts par mètre carré)
La précision avec laquelle sont évalués le débit sudoral prédit et
les durées limites d’exposition est fonction du modèle retenu
Le débit de chaleur par évaporation respiratoire peut être
(c’est-à-dire des expressions proposées dans l’annexe A) et des exprimé par la relation de principe
valeurs limites adoptées. Elle dépend également de la précision
E . . .
- ce p ( w,x - wa)/A DU (3)
de mesure des paramétres physiques, ainsi que de la précision res -
d’évaluation du métabolisme et de l’isolement thermique du
où
vêtement.
est la chaleur d’évaporation de l’eau, en joules par kilo-
ce
gramme;
4 Principales étapes de calcul
est le rapport d’humidité de l’air expiré, en kilogram-
mes d’eau par kilogramme d’air sec;
4.1 Équation générale du bilan thermique
Wa est le rapport d’humidité de l’air inspiré, en kilogram-
L’équation du bilan thermique du corps peut s’écrire
mes d’eau par kilogramme d’air sec;
A4- W=Cres+Eres+K+C+R+K+S ms.(l)
vet AD, sont tels que définis dans l’équation (2).
Cette équation exprime que la production de chaleur interne du
corps, qui correspond à la puissance métabolique UV), moins la
4.1.5 Échange de chaleur par conduction (K, en watts
puissance mécanique utile (WI, est compensée par les échan-
par mètre carré)
ges de chaleur au niveau des voies respiratoires par convection
(Cres) et évaporation (Eres), ainsi que par les échanges de cha-
En pratique, le débit de chaleur par conduction thermique au
leur au niveau de la peau par conduction (K), convection (CI, travers des surfaces du corps en contact avec des éléments
rayonnement (R) et évaporation (E), le solde éventuel, appelé
solides peut être assimilé quantitativement aux débits de cha-
stockage de chaleur (SI, s’accumulant dans le corps. Les diffé- leur par convection et rayonnement qui se feraient si ces surfa-
rents termes de cette équation sont successivement passés en
ces n’étaient pas en contact avec ces solides. De ce fait, le ’
revue avec les principes de calcul (des expressions détaillées
débit de chaleur par conduction n’est pas directement pris en
sont présentées en annexe A).
compte.
4.1.1 Puissance métabolique (M, en watts par métre
4.1.6 Échange de chaleur par convection au niveau
carré)
de la peau (C, en watts par métre carré)
sa mesure
M est la puissance métabolique. Son évaluation ou Le débit de chaleu r par convection peut être exprimé par I’équa-
sera précisée dans une future Norme internationale tion
c = h,*F,I (&k - t,) . . .
(4)
4.1.2 Puissance mécanique utile ( W, en watts par mètre
carré)
où
W est la puissance mécanique utile. Dans la plupart des si tua- est le coefficient d’échange
de chaleur convection,
Par
4
tions industrielles, celle-ci est faible et peut être négligée. en watts par mètre carré kelvin;
F,, est le facteur de réduction des échanges de chaleur par
4.1.3 Échange de chaleur par convection réspiratoire
les vêtements (sans dimension);
(Cres, en watts par métre carré)
est la température cutanée moyenne, en degrés
fsk
Le débit de chaleur par convection respiratoire peut être
Celsius;
exprimé par la relation de principe
t, est tel que défini dans l’équation (2).
C = cp Y(tex - t,)lA,u . . .
(2)
res
4.1.7 Échange de chaleur par rayonnement au niveau
où
de la peau U?, en watts par metre carré)
cp est la chaleur spécifique de l’air sec à pression cons-
tante, en joules par kilogramme d’air sec; Le débit de chaleur par rayonnement est fonction des caracté-
ristiques de la peau, des vêtements, de la posture, de la tempé-
Y est le débit ventilatoire, en kilogrammes d’air par
rature de la Peau (&) et de la température moyenne de rayon-
seconde;
nement de l’ambiance (q.
2
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ISO 7933 : 1989 (F)
Ce débit peut être exprimé par l’équation Le débit évaporatoire requis (Ere,, en watts par mètre carré)
pour le maintien en équilibre du bilan thermique et donc un
débit de stockage nul est donné par
E = M - W - Cres - Eres - C - R
. . . (9)
rw
hr est le coefficient d’échange de chaleu r par rayonne- La mouillure cutanée requise (wreq, sans dimension) est définie
ment, en watts par métre carré kelvin; comme étant le rapport entre le débit évaporatoire requis Ereq
et le debit évaporatoire maximal E,ax
sont tels que définis dans l’équation (4);
&I et tsk
. . .
(10)
est la température moyenne rayonnement ambiant,
r,
en degrés Celsius. Le calcul du débit sudoral requis doit se faire sur la base du
débit évaporatoire requis mais doit, par ailleurs, tenir compte de
la fraction de sueur qui peut, le cas échéant, ruisseler au sol du
on au nivea
4.1.8 Échange de chaleur par bvaporati fait de la grande hétérogénéité des mouillures cutanées locales.
peau (E, en watts par m&re carre)
de la
Le débit sudoral requis (SWreq, en watts par mètre carré) est
Le debit Avaporatoire maximal (E,,,ax, en watts par metre carré)
donné par
est celui que l’homme peut réaliser dans I’hypothése d’une
peau intégralement mouillée. Dans ces conditions
..‘ (11)
swreq = Ereql rreq
E . . . (6)
où
(P k - Pa)IRT
max= s,s
où
rreq est l’efficacité évaporatoire de la
sudation, (sans
dimension), qui correspond à la mouillure cutanée requise;
de vapeur d’eau à la tempé-
est la pression saturante
&k,s
rature moyenne de la peau, en kilopascals;
E req est tel que défini dans l’équation (9).
est la pression vapeur d’eau de l’air a
t, NOTE - Le débit sudoral, en watts par métre carré, représente I’équi-
Pa
en kilopascals; valent en chaleur du débit sudoral exprimé en grammes de sueur par
métre carré de peau et par heure, 1 W/m2 correspondant à un débit de
1,47 g/(m2.h) [pour un sujet standard (1,8 m2 de surface de peau), à un
limite
RT est la résistance évaporatoire totale de la couche
débit de 2,6 g/hl.
vêtement, en mètres carrés kilopascals par watt.
d’air et du
partiellemen t mouillée, le débit de cha-
Dans le cas d’une peau
5 Interprétation du débit sudoral requis
leur par évaporation E, en watts par métre carré, est donné par
E = WEmax . . .
(7)
5.1 Base de la m&hode d’interprétation
où L’interprétation des va leurs calculées par la mét :hode analytique
préconisée se fait sur la base de deux CI itères de contrainte :
w est la mouillure cutanée (sans dimension) définie
comme étant la fraction équivalente de la peau qui peut être la mouillure cutanée maximale (Wmax);
a)
considerée comme totalement mouillée;
b) le débit sudoral maximal (SWmax);
E
max est tel que defini dans l’équation (6).
et en fonction de deux limites d’astreinte
le stockage maximal de en
4.1.9 Stockage de chaleur (S, en watts par métre carré) a) (Q
max‘
mètre carré)
Par
Le débit de stockage de chaleur du corps correspond à la
en
b) la perte hydrique maximale acceptable (Dmax, gram-
somme a Igéb Irique des débits de chaleur définis précédemment.
mes).
Le débit sudoral requis SWreq ne peut dépasser le débit sudoral
4.2 Calcul du debit évaporatoire requis, de la maximal SW max pouvant être mis en œuvre par le sujet. La
mouillure cutanée requise wreq ne peut pas dépasser la mouil-
mouillure cutanée requise et du débit sudoral
requis lure cutanée réalisable par le sujet (Wmax), Ces deux valeurs
maximales sont fonction du degré d’acclimatement du sujet.
Compte tenu des hypothéses formulées concernant le débit de
chaleur par conduction, l’équation générale du bilan thermique En cas de déséquilibre du bilan thermique, le stockage de cha-
(1) peut s’écrire leur doit être limité à une valeur maximale Qmax telle que I’éléva-
tion de la température At,, (en degrés Celsius) du noyau central
E + S = M - W - Cres - Eres - C - R . . . du corps qui en résulte n’entraîne pas d’effets pathologiques.
(8)
3
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~so 7933 : 1!389 0
Si l’une de ces deux conditions n’est pas satisfaite , il convient .
Enfin, quel que soit le bilan thermique, la perte hydrique de
de déterminer une durée limite d’exposition, DLE.
l’organisme doit être limitée à une valeur maximale II,,,,, com-
patible avec le maintien de l’équilibre hydrominéral.
Si le débit évaporatoire requis n’est pas réalisé, la différence
L’annexe C propose des valeurs-repéres pour les critères de (E - EP) représente le débit de stockage de chaleur qui est
w
responsable d’une élévation de température du noyau central
contrainte (wmax et SW,,, ) et les critères d’astreinte (Q,,, et
du corps. La durée limite (en minutes) peut être estimée par
D,,&. Des valeurs différentes sont proposées pour sujets accli-
l’expression
matés et non acclimatés et suivant le degré de protection sou-
haité (seuils d’alarme et de danger).
DLE, . . . (23)
= 60 Qmax/(Ereq - EP)
Lorsq ue, par contre, le débit sudoral risque de donner lieu à u ne
5.2 Analyse de la situation de travail
hydrique exagérée, la limitée
perte durée de travail doit ête à
L’analyse de la situation de travail consiste à déterminer les
DLE2 = . . . (24)
valeurs prévues de la mouillure, du débit évaporatoire et du
60 Dmaxlswp
débit sudoral (wP, E,, SW,), compte tenu des valeurs requises
La DLE la plus courte doit être prise en considération dans la
SW,q) et des valeurs limites wmaX, SW,,, adop-
lw reqf Ere,,
limitation de la durée du travail.
tées.
Dans les situations de travail pour lesquelles
Lorsque la mouillure requise est inférieure à la mouillure maxi-
male et que le débit sudoral requis est inférieur au débit sudoral
-
le débit évaporatoire maximal
soit E négatif,
max est
maximal, l’équilibre thermique est maintenu et les valeurs prédi-
sig nifiant une condensation de vapeur d’ eau sur la peau;
tes sont
-
soit la durée limite d’exposition estimée est inférieure à
. . . (12)
= wreq
wP
30 min de sorte que les phénomènes de déclenchement de la
sudation deviennent prépondérants dans l’appréciation de
. . .
(13)
= Ereq
EP
la perte évaporatoire du sujet,
. . .
(14)
= Swreq
SWP
des mesures particulières de précaution et une surveillance
requise la re maxi-
Si, par contre, la re dépasse
physiologique directe et individuelle des travailleurs sont parti-
male, on a
culiérement nécessaires. Les conditions de réalisation de cette
surveillance et les techniques de mesure à employer seront
. . . (15)
= wmax
wP
décrites dans une future Norme internationale.
et dès lors
5.4 Organisation du travail à la chaleur
. . . (16)
Ep = WpEmax
Lorsque la DLE2 pour perte hydrique excessive est détermi-
= Eplrp . . . (17)
SWP
nante, aucune nouvelle exposition ne doit être tolérée dans la
journée.
où rp est l’efficacité évaporatoire correspondant à wp.
Lorsque la DLEJ pour élévation de température centrale exces-
Si le débit sudoral requis ou le débit sudoral prédit à l’étape pré-
sive est déterminante, il convient d’allouer au travailleur un
cédente est supérieur au débit sudoral maximal, il faut recher-
repos d’une durée telle que, pour l’ensemble des séquences de
cher la mouillure predite wp et l’efficacité évaporatoire rp telles
travail et de repos, ne se pose plus de risque de contrainte ther-
que
mique lorsque l’interprétation est menée comme indiqué
. . . (18)
wp Emax = SWmaxTp ci-dessous. Dans le cas d’une situation de travail comprenant
différentes conditions d’exposition à la chaleur, les méthodes
connaissant la relation liant wp et rp.
d’analyse et d’interprétation décrites aux articles 4 et 5
devraient être appliquées à chaque séquence et chaque groupe
Dès lors Ep = Wp Emax . . . (19)
successif de séquences d’exposition, une séquence étant défi-
nie comme une période de travail pendant laquelle les paramè-
et SW, = SWmax . . . (20)
tres climatiques de même que les paramètres individuels restent
approximativement constants.
5.3 Dbtermination de la durée limite d’exposition
(DLE, min)
L’interprétation d’une série de séquences successives doit être
conduite en adoptant les valeurs moyennes, pondérées en
La durée limite d’exposition peut être déterminée en fonction
fonction du temps, des valeurs Ereq et Em,, de chacune de ces
des valeurs admises pour le stockage maximal de chaleur
séquences.
(Qmax) et la perte hydrique maximale (Dmax)ti
Un programme d’ordinateur en BASIC (voir annexe D) adopte
Lorsque E, = Ereq . . . (21)
les expressions mathématiques de l’annexe A, ainsi que les cri-
tères et valeurs limites de l’annexe C. II permet le calcul du débit
et SW, < Omax/ . . . (22)
sudoral prédit et des DLE pour toute séquence ou suite de
aucune limitation n’est a apporter à la durée de travail normale séquences de travail pour lesquelles sont connus la production
de 8 h. Dans ce cas, SW, peut servir d’indice de comparaison
d’énergie métabolique, l’isolement vestimentaire et les paramé-
des ambiances chaudes.
tres climatiques.
4
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ISO 7933 : 1989 (FI
Annexe A
(informative)
Données complémentaires, nécessaires au calcul du bilan thermique
Les valeurs numériques ainsi que les équations données dans
La vitesse relative de l’air est la résultante de la vitesse de l’air
cette annexe correspondent a l’état actuel des connaissances.
par rapport au sol et de la vitesse du corps ou des segments
Certaines de ces expressions sont susceptibles d’être modifiées
corporels par rapport au sol. Dans le cas d’un sujet effectuant
au fur et à mesure du progrès des connaissances.
un travail musculaire, elle peut être, en Premiere approxima-
tion, évaluée par
Var= Va + 0,0052(M- 58) . . .(A.6)
A.1 Calcul du débit de chaleur par convection
où
respiratoire, Cres, en watts par mètre carré
Va est la vitesse de l’air par rapport au sujet immobile, en
Le débit de chaleur par convection respiratoire peut être estimé
métres par seconde;
à partir de la production d’énergie métabolique M par
M est la puissance métabolique, en watts par métre carré.
. .(A.l)
c res = Of~1 4M(tex - ta)
II convient toutefois de plafonner l’augmentation de la vitesse
de l’air due au travail à une valeur de 0,7 m/s.
La température de l’air expiré (tex) varie Iégérement en fonction
de la température et de l’humidité de l’air inspiré. En pratique,
Dans tous les cas, il convient de calculer les coefficients de
étant donné que le débit de chaleur par convection respiratoire
transfert de chaleur par convection naturelle et forcée et de
reste faible par rapport à d’autres facteurs, il s’avére suffisam-
considérer le plus élevé des deux comme déterminant les débits
ment précis d’adopter, en milieu chaud, une valeur constante
de chaleur par convection.
fixée à 35 OC, égale à celle observée pour une température d’air
ambiant de 35 OC.
A.4 Calcul du coefficient de transfert de
chaleur par rayonnement, h, en watts par
mètre carré kelvin
A.2 Calcul du débit de chaleur par
évaporation respiratoire, Eres, en watts
Le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement peut
être estimé comme suit:
par mètre carré
hr=aeskAr/AD” [(
Le débit de chaleur par évaporation respiratoire peut être estimé
Par où
0 est la constante de Stefan-Boltzman, égale à
E . .(A.2)
res = 0,017 3 bf (Pex - Pal
5 67 x IO-* W/(m2*K4).
? I
où la pression de vapeur saturante de l’air expiré, Pex, est égale
Esk est I’émissivité cutanée (0,97);
à 5,624 kPa, pour une température tex de 35 OC.
A,lAp” est la fraction de surface cutanée participant aux
échanges de chaleur par rayonnement. Cette fraction est
prise égale à 0,67 pour le sujet accroupi; 0,70 pour le sujet
A.3 Calcul du coefficient de transfert de
assis et 077 pour le sujet debout.
chaleur par convection, h,, en watts par mètre
carré kelvin
est tel que défini dans l’équation (4);
tsk
c est tel que défini dans l’équation (5), en pratique sou-
Pour un sujet debout, le coefficient h, peut être estimé comme
vent déterminée à partir de la température du globe t, sui-
suit:
vant les spécifications de I’ISO 7726.
a) en convection naturelle, par
A.5 Calcul du coefficient de réduction des
. .(A.3)
h, = 2,38 1 &k - fa( o’25
échanges de chaleur sensible
b) en convection forcée, par
Le facteur de réduction des échanges de chaleur sensible (F,,)
peut être évalué, dans le cas d’un vêtement léger et poreux, par
. . . (A.4)
h, = 3,5 + 5,2 Var (Var < 1 m/s)
. . . (A.8)
= 1 l[(h, + hr) Ici + llf,ll
F,l
. .(A.5)
h, = 8,7 VarOt (Var > 1 m/s)
où
où Var est la vitesse relative de l’air, en métres par seconde.
h, et hr sont les coefficients de transfert chaleur par
convection et rayonnement définis aux articles A.3 et A.4;
5
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ISO 7933 : 1989 (FI
F
ZCI est l’isolement thermique du vêtement, en métres car- pcl étant le coefficient de réduction des échanges de cha-
res kelvins par watt dont les valeurs sont proposées en leur sensible par le vêtement qui peut être évalué par
annexe B; une méthode plus complète et plus précise sera
F
decrite dans une future Norme internationale; pcl = II[I + 2,2Zh& - (1 - llf,~)l(hc + hr))] . .(A.12)
où Ici et& sont tels que définis dans l’article A.5.
est le rapport entre la surface du sujet vêtu et la surface
f
Cl
du sujet nu (sans dimension) et est donné par
A.7 Calcul de l’efficacité évaporatoire de la
- 1 + 1,97ZC, . . . (A.91
f
cl -
sudation, r (sans dimension)
L’efficacité
A’.6 Calcul de la résistance évaporatoire, RT, évaporatoire de la sudation, r, peut être évaluée à
partir de la mouillure cutanée, w, par l’expression :
en mhtres carrés kilopascals par watt
I==l - w2/2
La résistance évaporatoire peut être calculée sur la base de . .(A.13)
l’indice de perméabilité im du vêtement. La méthode et les don-
nées de base seront présentées dans une future Norme interna-
A.8 Calcul de la température opérative, t,, en
. tionale.
degrés Celsius
Dans le cas d’un vêtement léger et poreux cependant, elle peut
être estimée par La température opérative (t,) est donnée par
RT = I/he~Fp~,) . .(A.101 = (hc*ta + hr*c)l(hc + hr)
. .(A.141
t0
où où
he est le coefficient de transfert de chaleur par
évapora- h, est tel que défini dans l’article A.3;
tion, en watts par métre carré kilopascals, donné
Par
ta est tel que défini dans l’équation (2);
he = 16,7 h,
JA.11)
hr est tel que défini dans l’article A.4;
h, étant le coefficient de transfert de chaleur par convec-
tion défini dans l’article A.3; F est tel que défini dans l’équation (5).
6
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ISO 7933 : 1989 (FI
Annexe B
(informative)
Estimation des isolements thermiques d’ensembles vestimentaires
L’isolement thermique vestimentaire Zci peut être estimé directement à partir des données de la table B.l caractérisant des ensembles
vestimentaires typiques, ou indirectement en additionnant les isolements partiels de chacune des pièces de vêtement portées
(tableau B.2).
Tableau B.1 - Isolement thermique pour des ensembles vestimentaires typiques
I
I
Cl
Cl
Vêtements de travail
Vêtements de jour
CIO m2* K/W
CIO rn2, K/W
Caleçon, combinaison, chaussettes, chaussures 0,70
0,110 Slip, T-shirt, short, chaussettes fines, sandales 0,30 0,050
Caleçon, chemise, pantalon, chaussettes,
1
Slip, jupon, bas, robe légère avec manches,
chaussures 0,75 0,115 sandales
0,45 / 0,070
Caleçon, chemise, combinaison, chaussettes,
Caleçon, chemise à manches courtes, pantalon
chaussures 0,80 a 0,125
léger, chaussettes fines, chaussures 0,50 0,80
1
Caleçon, chemise, pantalon, veste, chaussettes,
Slip, bas, chemise à manches courtes, jupe,
chaussures 0,135 sandales 0,55 0,085
o,=
Caleçon, chemise, pantalon, blouse, chaussettes,
Caleçon, chemise, pantalon léger, chaussettes,
chaussures 0,140 chaussures 0,095
09 or60
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, jupon, bas, robe, chaussures 0,70
0,105
chemise, pantalon, veste, chaussettes, chaussures 1 ,OO 0,155
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Sous-vêtements, chemise, pantalon, chaussettes,
chemise, pantalon, combinaison, chaussettes,
chaussures 0,70 0,110
chaussures 1,lO 0,170
Sous-vêtements à manches et jambes longues,
Sous-vêtements, survêtement (pull et pantalon),
veste isolante, chaussettes, chaussures 1,20 0,185
chaussettes montantes, chaussures de sport 0,75 0,115
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, jupon, chemise, jupe, chaussettes montantes
chemise, pantalon, veste, veste isolante,
épaisses, chaussures 0,120
o,m
chaussettes, chaussures 1,25 0,190
Sous-vêtements à manches et jambes courtes,
Slip, chemise, jupe, tricot ras du cou, chaussettes
combinaison, veste et pantalon isolants,
montantes épaisses, chaussures 0,140
o,w
chaussettes, chaussures 0,220
vo
Sous-vêtements à manches et jambes courtes, Calecon, maillot de corps à manches
...
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