ISO 13732-3:2005
(Main)Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces
Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces
ISO 13732-3:2005 provides methods for the assessment of the risk of cold injury and other adverse effects when a cold surface is touched by bare-hand/finger skin. It provides ergonomics data for establishing temperature limit values for cold solid surfaces. The values established can be used in the development of special standards, where surface temperature limit values are required. Its data are applicable to all fields where cold solid surfaces cause a risk of acute effects: pain, numbness and frostbite, and are not limited to the hands but can be applied in general to the healthy human skin of male and female adults.
Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au contact avec des surfaces — Partie 3: Surfaces froides
L'ISO 13732-3:2005 décrit les méthodes permettant d'évaluer le risque de lésion ainsi que d'autres effets indésirables induits par le froid au cours du contact d'une main ou d'un doigt nus avec une surface froide. Elle fournit des données ergonomiques permettant d'établir les valeurs limites de température pour les surfaces solides froides. Les valeurs établies peuvent être utilisées au cours de l'élaboration de normes spécifiques lorsque les valeurs limites pour la température de surface sont requises. Les données de l'ISO 13732-3:2005 sont applicables à tous les domaines dans lesquels des surfaces solides froides sont à l'origine d'un risque d'effets aigus, tels que douleur, engourdissement ou gelures, et elles ne se limitent pas aux mains mais s'appliquent à la peau saine des adultes (hommes et femmes).
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13732-3
First edition
2005-12-01
Ergonomics of the thermal
environment — Methods for the
assessment of human responses to
contact with surfaces —
Part 3:
Cold surfaces
Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la
réponse humaine au contact avec des surfaces —
Partie 3: Surfaces froides
Reference number
ISO 13732-3:2005(E)
©
ISO 2005
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ISO 13732-3:2005(E)
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ISO 13732-3:2005(E)
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 13732-3 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) in collaboration with
Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee SC 5, Ergonomics of the physical
environment, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna
Agreement).
Throughout the text of this document, read “.this European Standard.” to mean “.this International
Standard.”.
ISO 13732 consists of the following parts, under the general title Ergonomics of the thermal environment —
Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces:
⎯ Part 1: Hot surfaces
⎯ Part 2: Human contact with surfaces at moderate temperature [Technical Specification]
⎯ Part 3: Cold surfaces
For the purposes of this part of ISO 13732, the CEN annex regarding fulfilment of European Council
Directives has been removed.
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ISO 13732-3:2005(E)
Contents
page
Foreword.v
Introduction .vi
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Principles for risk assessment.2
5 Threshold data .4
6 Risk assessment.9
7 Principles for establishing limit values .10
8 Principles for measures to minimize the risk .11
Annex A (informative) Scientific background.12
Annex B (informative) Extension of application.14
Annex C (informative) Thermal properties of selected materials.15
Annex D (informative) Examples of cold risk assessment .16
Annex E (informative) Protective measures .19
Bibliography .20
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ISO 13732-3:2005(E)
Foreword
This document (EN ISO 13732-3:2005) has been prepared by Technical Committee CEN/TC 122 “Ergonomics”,
the secretariat of which is held by DIN, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 159 “Ergonomics”.
This European Standard shall be given the status of a national standard, either by publication of an identical text or
by endorsement, at the latest by June 2006, and conflicting national standards shall be withdrawn at the latest by
June 2006.
This document has been prepared under a mandate given to CEN by the European Commission and the European
Free Trade Association, and supports essential requirements of EU Directives.
EN ISO 13732 consists of the following parts, under the general title "Ergonomics of the thermal environment -
1)
Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces" :
Part 1: Hot surfaces;
Part 3: Cold surfaces.
According to the CEN/CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the following
countries are bound to implement this European Standard: Austria, Belgium, Cyprus, Czech Republic, Denmark,
Estonia, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta,
Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom.
1)
Part 2: has been published as ISO Technical specification ISO/TS 13732-2:2001 Human contact with surfaces at moderate
temperature.
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ISO 13732-3:2005(E)
Introduction
This European Standard is a type B standard as stated in EN ISO 12100. The provisions of this document may be
supplemented or modified by a type C standard.
NOTE For machines which are covered by the scope of a type C standard and which have been designed and built
according to the provisions of that standard, the provisions of that type C standard take precedence over the provisions of this
type B standard.
Working with unprotected hands is often inevitable in the cold operation when a precision task is demanded.
However the contact of bare skin with cold surfaces reduces skin temperature, causing acute effects such as
discomfort, pain, numbness or frostbite. In addition repeated cold exposures with severe cooling of the skin may
induce non-freezing cold injury (possible damage of nerves or vessels). Although the existing international
standards are at hand for the assessment of the cold hazards involved, no standard concerns the special problems
of contacting cold surfaces so far. Assessment of contact cooling is thus considered necessary.
To assess the risk of the cold injury, it is necessary to know the major factors affecting principally hand/finger
cooling on cold surfaces. These factors involve:
properties of the object surface;
temperature of the cold surface and ambience;
duration of contact between the skin and the surface;
characteristics of hand/finger skin and the type and nature of the contact.
In practice, these factors are somewhat interacted and complicated. The type of contact material has an impact on
the contact time at various cold temperatures. Thus, the contact time for the critical contact temperature limits on
cold surfaces were empirically correlated with the major factors such as thermal penetration coefficient and surface
temperature of the material, respectively. The statistically non-linear models (empirical models) based on the
database of lower quartile (75 % protected) are able to estimate the finger/hand contact cooling of a large range of
individuals on the cold surfaces.
This European Standard is designed to integrate all results obtained from the experimental research with both
human fingers and an artificial finger. It outlines a guideline document for the specification of safe time limits of
hand/finger contact with various cold surfaces.
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ISO 13732-3:2005(E)
1 Scope
This European Standard describes methods for the assessment of the risk of cold injury and other adverse effects
when a cold surface is touched by bare hand/finger skin.
This standard provides ergonomics data to establish temperature limit values for cold solid surfaces. The values
established can be used in the development of special standards, where surface temperature limit values are
required.
The data of this standard will be applicable to all fields where cold solid surfaces cause a risk of acute effects: pain,
numbness and frostbite.
The data are not limited to the hands but apply to human skin in general.
The standard is applicable to the healthy skin of adults (females and males). Considerations on the extension of
applications are given in Annex B.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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.
EN ISO 12100-1:2003, Safety of machinery - Basic concepts, general principles for design - Part 1: Basic
terminology, methodology (ISO 12100-1:2003)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN ISO 12100-1:2003 and the following
apply.
3.1
touchable surface
surface of a product, which can be touched by a person
3.2
surface temperature
T
s
temperature of a material surface in °C
3.3
critical contact temperature
T
c
contact temperature at which defined skin response criteria are elicited in °C
3.4
contact period
D
duration during which contact of the skin with the surface takes place in s
3.5
thermal inertia
product of density (ρ), thermal conductivity (K) and specific thermal capacity (c) of a material
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ISO 13732-3:2005(E)
3.6
contact factor
F
c
thermal penetration coefficient, computed as square root of the thermal inertia
NOTE The mathematical definition is: F = ρ ⋅ Κ ⋅c .
c
where
ρ is the density of a material;
Κ is the thermal conductivity of a material;
c is the thermal capacity of a material.
3.7
percentile
percentage of population of which specific characteristics fall below or above a given value in a cumulative
distribution
[EN ISO 11064-4]
4 Principles for risk assessment
4.1 General
In order to assess the risk of cold injury and other effects, the following steps (4.2 to 4.8) shall be carried out.
4.2 Identification of cold touchable surfaces
All essential information concerning the cold touchable surfaces of the object shall be gathered. This shall include
the objects attributes:
a) accessibility of the surface;
b) rough estimation of surface temperatures (above or below 0 °C);
c) material and texture of the cold surface;
d) all operating conditions of the object where contact with the cold surface is needed (including the worst case).
4.3 Task observation and analysis
According to the activities and tasks required, all necessary information concerning the contact with the cold
surface shall be collected, by observation or analysis. Particular attention should be paid to possible intentional and
unintentional contact with cold surfaces. The type and nature of the contact shall be identified from the task
observation and analysis:
a) cold surfaces which are or can be touched;
b) intentional or unintentional touching;
c) frequency of intentional touching;
d) probability of unintentional touching;
e) duration of contact with the cold surface;
f) contacting area;
g) contacting force.
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4.4 Classification of contact with a cold surface
4.4.1 General
The type of contact is classified according to the following two categories:
4.4.2 Finger touching
Subjects contact a defined material during a short period (up to 120 s). The contact area is small (only finger pad).
4.4.3 Hand gripping
Subjects grip an object of defined material. Gripping is applied constantly for a longer period (up to 1 200 s).
4.5 Measurement of surface temperature
The surface temperatures shall be measured on those parts of the object where skin contact with the surface can
occur.
The measurement shall be carried out under real operating conditions of the object by thermocouples. The
accuracy of the instrument shall be ± 0,5 °C in a range from – 25 to + 5 °C and ± 1 °C below – 25 °C (see
ISO 7726:2001 and [4]).
NOTE The results of the measurement of the surface temperature can only be compared with the threshold values of
Clause 5, if they are realized using the same physical measurement principle which was used for the determination of the
threshold values of Clause 5. The application of a different measuring principle, e.g. a radiation thermometer, can lead to other
results which are not comparable with the threshold values.
4.6 Period
The contact period of bare skin with a cold surface can be measured or estimated according to values in Table D.1.
4.7 Classification of type of effect on skin during contact
4.7.1 General
Type of effect shall be determined according to the following criteria.
4.7.2 Frostbite
The effect is predicted from a drop in contact temperature to below 0 °C, at which the contacting skin tissue will
freeze.
4.7.3 Numbness
The effect is predicted from a drop in contact temperature to around 7 °C, at which sensory receptors of contacting
skin will be blocked and numbness will occur.
4.7.4 Pain
The effect is predicted from a drop in contact temperature to around 15 °C, at which a subjective sensation of pain
at the contacting skin will be experienced.
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ISO 13732-3:2005(E)
4.8 Risk evaluation
On the basis of this information the data in Clause 5 shall be used for final evaluation to establish if there is a risk
for the selected type of effect to occur. An estimate of the risk is made on the basis of surface temperature and
contact period specified in 5.2 and 5.3.
5 Threshold data
5.1 General
This Clause provides surface temperature data for cooling thresholds from the ergonomics database. Figure 1
shows the principal relation between material, time and temperature for skin in contact with a cold surface. Below
the curve of each material there is a risk of an adverse effect of skin cooling. This figure is presented for guidance
only of the temperature/time relationship and the relative effects of different materials. The quantitative information
is provided in the subsequent Clauses.
Key
1 Aluminium 3 Stone 5 Wood
2 Steel 4 Nylon
D Contact period T Surface temperature
s
Figure 1 — Principal relationship between material, duration and temperature
for skin in contact with a cold surface
The thermal properties of the mentioned materials (Aluminium, Steel, Stone, Nylon, and Wood) and other selected
materials are given in Annex C.
5.2 Finger touching
5.2.1 General
Thresholds for finger skin touching are specified in 5.2.2 (Figures 2 to 4).
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ISO 13732-3:2005(E)
5.2.2 Thresholds for finger contacting cold surfaces
The freezing (frostbite) threshold values of finger touching three cold surfaces (aluminium, steel and stone) are
shown in Figure 2.
Key
1 Aluminium 3 Stone
2 Steel
Figure 2 — Frostbite threshold as function of contact period (finger touching)
The numbness thresholds for finger touching the five materials are indicated in Figure 3.
Key
1 Aluminium 3 Stone 5 Wood
2 Steel 4 Nylon
Figure 3 — Numbness threshold as function of contact period (finger touching)
The pain thresholds for finger touching different materials are indicated in Figure 4.
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ISO 13732-3:2005(E)
Key
1 Aluminium 3 Stone 5 Wood
2 Steel 4 Nylon
Figure 4 — Pain threshold as function of contact period (finger touching)
5.2.3 Thresholds for different materials
Figures 5 to 6 show the three criteria thresholds for contact with metals (aluminium and steel).
Key
1 Pain 3 Frostbite
2 Numbness
Figure 5 — Threshold curves for contact with an aluminium surface (finger touching)
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ISO 13732-3:2005(E)
Key
1 Pain 3 Frostbite
2 Numbness
Figure 6 — Threshold curves for contact with a steel surface (finger touching)
The cooling thresholds for contact with stone are shown in Figure 7. The data was predicted from the model of
finger touching database.
Key
1 Pain 3 Frostbite
2 Numbness
Figure 7 — Threshold curves for contact with a stone surface (finger touching)
The pain and numbness thresholds for the case of contact with nylon or wood are shown in the Figures 8 to 9. The
data did not show any occurrence of freezing for the case of finger touching nylon or wood.
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ISO 13732-3:2005(E)
Key
1 Pain
2 Numbness
Figure 8 — Threshold curves for contact with a nylon surface (finger touching)
Key
1 Pain
2 Numbness
Figure 9 — Threshold curves for contact with a wood surface (finger touching)
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ISO 13732-3:2005(E)
5.3 Hand gripping
The pain thresholds for hand gripping different materials are shown in Figure 10. The limit values are based on the
actually reported perception of pain by subjects.
A difference is observed between the touching and gripping curves due to different types of contact. The pain
thresholds during gripping the material can be lower than that for touching (see Annex A). The main reasons for
this are:
freedom for small adjustments of the hand grip allowed for better control of the response reaction;
size and mass of rods gripped were smaller than of blocks touched;
contact area of the hand grip was larger than for the finger touch;
during hand gripping blood flow is less obstructed than with finger touching;
at very low air temperatures radiative or convective heat loss may contribute to pain sensation.
Key
1 Aluminium 3 Stone 5 Wood
2 Steel 4 Nylon
D Time to reach a contact temperature (at the skin of the hand) of 15 ºC
15
Figure 10 — Pain thresholds as function of gripping duration for five materials
6 Risk assessment
6.1 General
Due to large individual variations, the risk level is calculated for the 25 percentile (see EN ISO 11064-4) responses.
The threshold values should be interpreted as safe for ¾ of the exposed population. For the remaining ¼ of a
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minute risk of an adverse cooling effect may still exist. This remaining group comprises people with increased
susceptibility to cooling (see Annex B).
The curves and the suggested risk interpretation therefore, should only serve as guidance for evaluation and
selection of limit values or additional action to minimize the risk.
6.2 Surface temperature higher than thresholds
If the measured surface temperature is higher than the thresholds for defined contact period (up to 10 °C), there is
no risk for the defined effects to occur.
6.3 Surface temperature lower than or equal to thresholds
If the measured surface temperature is below or equal to the thresholds for defined contact period, there is a risk of
pain, numbness or frostbite of the skin to occur.
6.4 Further risk parameter
The risk becomes higher:
when the measured surface temperature is far below the cooling threshold;
the longer the contact period exceeds the cooling threshold;
the smaller the chance is for quick withdrawal;
the more accessible the cold surface is;
the higher the probability is for unintended touching;
the more frequent the contact is likely to occur;
when less previous knowledge of the contact material is to be expected.
If a risk is detected, measured shall be taken to minimize that risk.
NOTE In addition, national regulations may require the application of protective measures. The particular measures to be
applied depend on the operational context. Examples of protective measures are given in Annex E.
7 Principles for establishing limit values
The information provided in this standard can help to establish:
limit values of surface temperature, or
contact periods for use in product standards or for other purposes, or
contact periods and measures to minimize the risk for use.
A procedure for the determination of surface temperature limit values requires information about:
materials to be used;
types of contact (touching or gripping);
contact periods;
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ISO 13732-3:2005(E)
types of effect (frostbite, numbness or pain).
A procedure for the determination of contact period limit values requires information about:
materials to be used;
surface temperatures;
types of contact (touching, numbness or pain).
In the Figures 2 to 10 the relations between type of material, temperature and contact period for defined effects are
given. A limit value can be selected from the corresponding figure based on effect and material. Examples are
given in Annex D.
8 Principles for measures to minimize the risk
The following shall be considered to minimize the risk of contact with cold surface:
risk assessment according to Clause 6;
types of operations where the contact is required (seldom, often or frequently);
possibility of surface treatment of the contact area (e.g. painting, plastic coating);
possibility of protection of area which can be unintentionally touched;
liquids at temperatures below 0 °C shall not come in contact with skin because of the imminent risk of skin
freezing and development of frostbite. Similarly e.g. solid carbon dioxide gives rise to a risk of frostbite.
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ISO 13732-3:2005(E)
Annex A
(informative)
Scientific background
A.1 General
The contact cooling threshold values specified in 5 are based on the scientific research carried out by Cold
surfaces research group [4]. Firstly, depending on criteria applied, safe contact temperatures have been
investigated for the given materials under cold exposure conditions. Secondly, safe contact time has been
determined for the given combinations of type of material and their surface temperature. The results have been
compiled in a database that can serve as a basis for the development of an ergonomics database in this standard.
The details of the database are presented as follows [4]:
A.2 Database
A.2.1 General
The database, which contains experimental data of finger touching and hand gripping the cold surfaces with human
subjects, was compiled based on the pooled data obtained from all experiments run by five laboratories in the
project. The five partners used a common methodology [6, 7, 8, 9, 11, 12 and 13]. Experiments on various
materials (wood, nylon, stone, steel and aluminium) at surface temperature (T , -40 °C to +5 °C) were performed.
S
Each individual curve of the finger skin-surface contact temperature (T ) versus contact time in the cold was
C
subsequently plotted from all the records. The contact time of critical contact temperature (T = 15 °C, 7 °C and
C
0 °C) for each cooling curve was obtained by inter or extrapolations [5 and 9].
Two databases on touching and gripping experiments were established according to the experimental results. Both
include the essential information from each test:
characteristics of the subject: age, weight, height, hand surface, hand volume, contact area;
experimental set-up: surface temperature of the material (T ), exposure hand into a cold box or whole body in
S
a cold climatic chamber;
parameters such as duration of the resting period in the climatic room, skin temperature before contacting,
temperature, pain and numbness sensation were determined before each test;
parameters such as criteria used to stop the test (risk of frostbite, pain or time limit reached), duration of the
test, skin temperature, temperature, pain and numbness sensation were determined after each test;
parameters like time, the temperature, the pain and the numbness sensations were recorded during each test;
characterisation and evolution of the skin temperature with time (to reach a contact temperature of 15 °C, 7 °C
and 0 °C);
Characterisation of the material: thermal conductivity, specific heat, density and contact factor.
In addition, the contact time to reach the critical temperature had a large variation among individuals [4 and 14].
The individual variation should be considered when the contact time for the critical temperature is determined. To
avoid the complexity caused by individuals and secure the manual or finger protection on the cold touchable
surfaces, the contact time for the critical T was determined by using the statistical results of the lower quartile. In
C
addition, graphs for threshold lines are only given between –40 °C and +5 °C, because this was the range of
experimental conditions. Mathematical extrapolations beyond these temperatures are not validated.
12 © ISO 2005 – All rights reserved
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ISO 13732-3:2005(E)
A.2.2 Database for touching
The number of touching experiments are 1657 tests for 24 exposure conditions. The results showed that for most
of the experiments with wood and nylon, the limit duration of 120 s could be reached. For steel and aluminium, this
time limits could also be reached at certain surface temperatures. The 120 s were chosen as a longest time for
which people would maintain physical contact with a cold surface. In most practical situations people would
probably release the contact long before that.
From the evolution of the contact temperature with time, the time to reach a temperature of 15 °C (pain threshold t
(15 ºC)) was either interpolated or extrapolated. The times to reach 7 °C (numbness threshold t (7 °C)) and 0 °C
(freezing threshold t (0 °C)) were also extrapolated.
A.2.3 Database for gripping
The database for gripping includes 584 tests for 21 exposure conditions. The fifth material (stone) was also
involved for the studies in addition to wood, nylon, steel and aluminium. The experiments of hands in cold air
(
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13732-3
Première édition
2005-12-01
Ergonomie des ambiances thermiques —
Méthodes d'évaluation de la réponse
humaine au contact avec des surfaces —
Partie 3:
Surfaces froides
Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment
of human responses to contact with surfaces —
Part 3: Cold surfaces
Numéro de référence
ISO 13732-3:2005(F)
©
ISO 2005
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ISO 13732-3:2005(F)
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ISO 13732-3:2005(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 13732-3 a été élaborée par le Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité
technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité SC 5, Ergonomie de l'environnement physique,
conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Tout au long du texte du présent document, lire «… la présente Norme européenne …» avec le sens de
«… la présente Norme internationale …».
L'ISO 13732 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Ergonomie des ambiances
thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au contact avec des surfaces:
— Partie 1: Surfaces chaudes
— Partie 2: Contact humain avec des surfaces à température modérée
— Partie 3: Surfaces froides
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 13732, l'annexe CEN concernant le respect des Directives du
Conseil européen a été supprimée.
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Sommaire Page
Avant-propos.v
Introduction .vi
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions.1
4 Principes d'appréciation du risque .2
5 Valeurs limites.4
6 Estimation du risque .10
7 Principes d’établissement des valeurs limites .11
8 Principes d’établissement des mesures de réduction du risque .11
Annexe A (informative) Données scientifiques .13
Annexe B (informative) Extension de l'application.16
Annexe C (informative) Propriétés thermiques .17
Annexe D (informative) Exemple d'appréciation du risque dû au froid .18
Annexe E (informative) Mesures de protection .22
Bibliographie.23
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ISO 13732-3:2005(F)
Avant-propos
Ce document (EN ISO 13732-3:2005) a été élaboré par le Comité Technique CEN/TC 122 « Ergonomie » dont le
secrétariat est tenu par DIN, en collaboration avec le Comité Technique ISO/TC 159 « Ergonomie ».
Cette Norme européenne devra recevoir le statut de norme nationale, soit par publication d'un texte identique, soit
par entérinement, au plus tard en juin 2006, et toutes les normes nationales en contradiction devront être retirées
au plus tard en juin 2006.
Le présent document a été élaboré dans le cadre d'un mandat donné au CEN par la Commission Européenne et
l'Association Européenne de Libre Echange et vient à l'appui des exigences essentielles des Directives UE.
L'EN ISO 13732 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général « Ergonomie des ambiances
1)
thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au contact avec les surfaces » :
¾ Partie 1 : Surfaces chaudes
¾ Partie 3 : Surfaces froides
Selon le Règlement Intérieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays suivants sont
tenus de mettre cette Norme européenne en application : Allemagne, Autriche, Belgique, Chypre, Danemark,
Espagne, Estonie, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Irlande, Islande, Italie, Lettonie, Lituanie, Luxembourg, Malte,
Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République Tchèque, Royaume-Uni, Slovaquie, Slovénie, Suède et Suisse.
1) La partie 2 a été publiée comme Spécification Technique ISO/TS 13732-2 :2001 Contact humain avec des surfaces à
température modérée.
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Introduction
La présente Norme européenne est une norme de type B comme spécifié dans l’EN ISO 12100. Ses dispositions
peuvent être complétées ou modifiées par une norme de type C.
NOTE Pour les machines du domaine d’application d’une norme de type C ayant été conçues et construites conformément
aux dispositions de la présente norme, les dispositions de la norme de type C prévalent sur les dispositions de la norme de
type B.
Lorsque, pour un travail effectué dans le froid, il est demandé d’accomplir une tâche qui nécessite de la précision, il
est souvent inévitable de travailler les mains non protégées. Toutefois, toucher des surfaces froides avec les mains
ou les doigts nus réduit la température de la peau et produit des effets aigus tels que inconfort, douleur,
engourdissement ou gelures. Des expositions répétées au froid avec un refroidissement grave de la peau même
sans gelures peuvent induire des lésions (endommagement possible des nerfs ou des vaisseaux). Bien qu’il existe
des normes internationales sur l’appréciation des risques provoqués par le froid, il n’existe pour le moment aucune
norme traitant des problèmes spécifiques liés au contact du corps humain avec des surfaces froides. L’évaluation
du refroidissement par contact est par conséquent considérée comme nécessaire.
Pour évaluer le risque de lésion induite par le froid, il est nécessaire de connaître les principaux facteurs qui
affectent tout particulièrement le refroidissement de la main ou des doigts au contact d’une surface froide. Ces
facteurs concernent :
¾ les propriétés de surface de l’objet ;
¾ la température de la surface froide et de l’air ambiant ;
¾ la durée de contact entre la peau et la surface ;
¾ les caractéristiques de la peau de la main ou des doigts, ainsi que le type et la nature du contact.
En pratique, ces facteurs sont complexes et interagissent quelque peu. La nature du matériau au contact a une
influence sur la durée de contact à différentes températures froides. La durée de contact pour des limites critiques
de température de contact avec des surfaces froides a ainsi été corrélée de manière empirique avec les principaux
facteurs, tels que le coefficient de pénétration thermique et la température de surface du matériau. Les modèles
statistiques non linéaires (modèles empiriques), fondés sur la base de données du quartile le plus bas (75 %
protégés) permettent d’estimer le refroidissement par contact du doigt ou de la main d’un large éventail d’individus
lorsqu’ils touchent des surfaces froides.
La présente Norme européenne est destinée à intégrer tous les résultats obtenus au cours d’une recherche
expérimentale menée à la fois avec des doigts humains et des doigts artificiels. Il s’agit d’un document destiné à
servir de guide pour la spécification de limites de sécurité pour la durée de contact de la main ou des doigts avec
des surfaces à différentes températures froides.
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ISO 13732-3:2005(F)
1 Domaine d'application
La présente norme européenne décrit les méthodes permettant d’évaluer le risque de lésion ainsi que d’autres
effets indésirables induits par le froid au cours du contact d’une main ou d’un doigt nus avec une surface froide.
Elle fournit des données ergonomiques permettant d’établir les valeurs limites de température pour les surfaces
solides froides. Les valeurs établies peuvent être utilisées au cours de l’élaboration de normes spécifiques lorsque
les valeurs limites pour la température de surface sont requises.
Les données de la présente norme sont applicables à tous les domaines dans lesquels des surfaces solides
froides sont à l’origine d’un risque d’effets aigus tels que douleur, engourdissement ou gelures.
Les données ne se limitent pas aux mains mais s’appliquent à la peau humaine en général.
La présente norme s’applique à la peau saine des adultes (hommes et femmes). D’autres considérations sur
l’extension possible des applications sont indiquées à l’Annexe B.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 (y compris les éventuels amendements) s'applique.
EN ISO 12100-1 :2003, Sécurité des machines – Notions fondamentales, principes généraux de conception –
Partie 1 : Terminologie de base, méthodologie.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente norme européenne, les termes et définitions donnés dans l’EN ISO 12100-1 :2003
ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
surface tangible
surface d’un produit qui peut être touchée par une personne
3.2
température de surface
T
s
température de la surface d’un matériau, mesurée en °C
3.3
température critique de contact
T
c
température de contact à laquelle sont définis différents critères de réponse de la peau, mesurée en °C
3.4
durée de contact
D
temps pendant lequel la peau est en contact avec la surface mesuré en s
3.5
inertie thermique
produit de la masse volumique (r), de la conductivité thermique (K) et de la capacité thermique spécifique (c) d’un
matériau
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ISO 13732-3:2005(F)
3.6
facteur de contact
F
c
coefficient de pénétration thermique, racine carrée de l’inertie thermique
NOTE Sa définition mathématique est F = r . K . c
c
où
r est la masse volumique du matériau ;
K est la conductivité thermique du matériau ;
c est la capacité thermique du matériau
3.7
quantile
pourcentage d’une population pour lequel des caractéristiques spécifiques sont inférieures ou égales à une valeur
donnée dans une distribution cumulative
[EN ISO 11064-4]
4 Principes d'appréciation du risque
4.1 Généralités
Pour apprécier le risque de lésion ainsi que d’autres effets provoqués par le froid, les étapes suivantes (4.2 à 4.8)
doivent être réalisées.
4.2 Identification des surfaces tangibles froides
Toutes les informations essentielles relatives aux surfaces tangibles froides de l’objet doivent être rassemblées.
Elles doivent comprendre les caractéristiques suivantes de l’objet :
a) l’accessibilité à la surface ;
b) l’estimation grossière des températures de surface (supérieures ou inférieures à 0 °C) ;
c) le matériau et la texture de la surface froide ;
d) toutes les conditions de mise en oeuvre de l’objet pour lesquelles doit se faire le contact avec la surface
froide (y compris le pire des cas)
4.3 Observation et analyse de la tâche
En fonction des activités et des tâches demandées, toutes les informations nécessaires relatives au contact avec la
surface froide doivent être rassemblées, par observation ou analyse. Il convient de veiller tout particulièrement aux
contacts potentiels, intentionnels aussi bien que non intentionnels, avec les surfaces froides. Le type et la nature
du contact doivent être identifiés à partir de l’observation et de l’analyse de la tâche :
a) surfaces froides qui sont ou peuvent être touchées ;
b) contact intentionnel ou non intentionnel ;
c) fréquence du contact intentionnel ;
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ISO 13732-3:2005(F)
d) probabilité de contact non intentionnel ;
e) durée du contact avec la surface froide ;
f) surface de contact ;
g) force du contact.
4.4 Classification du contact avec une surface froide
4.4.1 Généralités
Le type de contact est classé selon les deux catégories suivantes :
4.4.2 Toucher d’un doigt
Les sujets touchent un matériau défini pendant une courte période (jusqu’à 120 s). La surface de contact est petite
(uniquement la pulpe du doigt).
4.4.3 Préhension
Les sujets saisissent un objet de matériau défini. L’objet est saisi de manière constante pendant une période plus
longue (jusqu’à 1 200 s).
4.5 Mesurage de la température de surface
Les températures de surface doivent être mesurées sur les parties de l’objet où le contact de la peau avec la
surface peut se produire.
Le mesurage doit être effectué dans les conditions réelles de mise en oeuvre de l’objet à l’aide de thermocouples.
L’instrument doit être exact à ± 0,5 °C dans un domaine de températures allant de – 25° C à + 5° C et ± 1 °C
inférieur à – 25° C (voir l’ISO 7726 :2001 et [4].
NOTE Les résultats des mesurages de la température de surface ne peuvent être comparés aux valeurs seuil de l’Article 5
que s’ils ont été réalisés selon le même principe physique de mesurage que la détermination de ces valeurs seuil de l’Article 5.
L’application d’un principe physique différent, par exemple un thermomètre à rayonnement, peut donner des résultats qui ne
sont pas comparables aux valeurs seuil.
4.6 Durée
La durée de contact entre la peau nue et la surface froide peut être mesurée ou estimée conformément aux valeurs
indiquées au Tableau D.1.
4.7 Classification des types d’effet sur la peau lors du contact
4.7.1 Généralités
Le type d’effet doit être déterminé conformément aux critères suivants.
4.7.2 Gelure
Cet effet est prévisible à partir d’une chute de la température de contact en dessous de 0 °C, température à
laquelle le tissu de la peau en contact avec le froid gèlera.
4.7.3 Engourdissement
Cet effet est prévisible à partir d’une chute de la température de contact autour de 7 °C, température à laquelle les
capteurs sensoriels de la peau en contact avec le froid seront bloqués et l’engourdissement sera ressenti.
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4.7.4 Douleur
Cet effet est prévisible à partir d’une chute de la température de contact autour de 15 °C, température à laquelle
une sensation subjective de douleur au niveau de la peau en contact avec le froid sera ressentie.
4.8 Appréciation du risque
A partir de ces informations, les données de l’Article 5 doivent être utilisées pour l’évaluation finale afin d’établir s’il
existe un risque pour que le type d’effet choisi se produise. Une appréciation du risque est réalisée en se fondant
sur la température de surface et la durée de contact spécifiées en 5.2 et 5.3.
5 Valeurs limites
5.1 Généralités
Le présent Article fournit les données relatives à la température de surface pour les seuils de refroidissement
extraites de la base de données ergonomiques. La Figure 1 illustre la relation principale existant entre le matériau,
la durée et la température de la peau après contact avec une surface froide. En dessous de la courbe de chaque
matériau, il y a un risque d’effet indésirable de refroidissement de la peau. Cette figure représentant la relation
température/durée et les effets relatifs des différents matériaux, est uniquement donnée à titre indicatif. Les
informations quantitatives sont indiquées dans les Articles qui suivent.
Légendes
1 Aluminium 3 Pierre 5 Bois
2 Acier 4 Nylon
D durée du contact T Température de surface
s
Figure 1 — Relations de principe entre la température de la peau en contact avec une surface froide, le
matériau de la surface et la durée du contact,
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Les propriétés thermiques des matériaux mentionnés (Aluminium, Acier, Nylon et Bois) et d’autres matériaux
sélectionnés sont données en Annexe C.
5.2 Toucher d’un doigt
5.2.1 Généralités
Les seuils pour le contact de la peau d’un doigt sont spécifiés en 5.2.2 (Figures 2 à 4).
5.2.2 Seuils pour le contact d’un doigt avec des surfaces froides
Les valeurs seuils de gelure lorsque le doigt est en contact avec trois surfaces froides (aluminium, acier et pierre)
sont illustrées à la Figure 2.
Légendes
1 Aluminium 3 Pierre
2 Acier
Figure 2 — Seuil de gelure en fonction de la durée de contact (toucher d’un doigt)
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Les seuils d’engourdissement lorsque le doigt est en contact avec cinq matériaux sont indiqués à la Figure 3.
Légendes
1 Aluminium 3 Pierre 5 Bois
2 Acier 4 Nylon
Figure 3 — Seuils d'engourdissement en fonction de la durée de contact (toucher d’un doigt)
Les seuils de douleur lorsque le doigt est en contact avec différents matériaux sont indiqués à la Figure 4.
Légendes
1 Aluminium 3 Pierre 5 Bois
2 Acier 4 Nylon
Figure 4 — Seuils de douleur en fonction de la durée de contact (toucher d’un doigt)
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5.2.3 Seuils pour différents matériaux
Les Figures 5 et 6 illustrent les seuils des trois critères pour le contact avec des métaux (aluminium et acier).
Légendes
1 Douleur 3 Gelures superficielles
2 Engourdissement
Figure 5 — Courbes de seuils pour le contact avec une surface en aluminium (toucher d’un doigt)
Légendes
1 Douleur 3 Gelures superficielles
2 Engourdissement
Figure 6 — Courbes de seuils pour le contact avec une surface en acier (toucher d’un doigt)
Les seuils de refroidissement par contact avec la pierre sont illustrés à la Figure 7. Les données ont été prévues à
partir de la base de données du modèle de toucher d’un doigt.
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Légendes
1 Douleur 3 Gelures superficielles
2 Engourdissement
Figure 7 — Courbes de seuils pour le contact avec une surface en pierre (toucher d’un doigt)
Les seuils de douleur et d’engourdissement pour les cas de contact avec des surfaces en nylon et en bois sont
illustrés aux Figures 8 et 9. Les données ne montrent aucun effet de gelures dans le cas du contact du doigt avec
le nylon et le bois.
Légendes
1 Douleur
2 Engourdissement
Figure 8 — Courbes de seuils pour le contact avec une surface en nylon (toucher d’un doigt)
8 © ISO 2005 – Tous droits réservés
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Légendes
1 Douleur
2 Engourdissement
Figure 9 — Courbes de seuils pour le contact avec une surface en bois (toucher d’un doigt)
5.3 Préhension
Les seuils de douleur lorsque la main saisit différents matériaux sont illustrés à la Figure 10. Les valeurs limites se
fondent sur la douleur effectivement ressentie par les sujets et rapportées.
En raison de la nature différente des types de contact, on observe une différence entre les courbes qui illustrent un
toucher et celles qui illustrent la préhension. Les seuils de douleur lorsque le matériau est saisi peuvent être
inférieurs à ceux indiqués lors d’un contact avec le matériau (Annexe A). Les principales raisons pour lesquelles
cet effet peut être observé sont les suivantes :
¾ la possibilité d’ajuster légèrement la prise en main a permis une meilleure maîtrise de la réponse ;
¾ la taille et la masse des tiges saisies étaient inférieures à celles des blocs touchés ;
¾ la surface de contact de la prise en main était plus grande que lors du toucher d’un doigt ;
¾ au cours de la préhension, le flux sanguin était moins entravé que lors du toucher d’un doigt ;
¾ aux très basses températures de l’air, les pertes thermiques par rayonnement ou convection peuvent
contribuer à la sensation de douleur.
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ISO 13732-3:2005(F)
Légendes
1 Aluminium 3 Pierre 5 Bois
2 Acier 4 Nylon
D Durée nécessaire pour atteindre une température de contact (à la peau de la main) de 15 °C
15
Figure 10 — Seuils de douleur pour cinq matériaux en fonction de la durée de préhension
6 Estimation du risque
6.1 Généralités
En raison des variations importantes d’un individu à l’autre, le niveau de risque est calculé d’après les réponses du
ème
25 percentile (voir EN ISO 11064-4). Il convient d’interpréter les valeurs seuils comme étant sans danger pour
les 3/4 de la population exposée. Pour le 1/4 restant, il peut toujours exister un risque minime d’effet de
refroidissement indésirable. Ce groupe restant comprend des personnes ayant une sensibilité accrue au froid (voir
l’Annexe B).
Il convient par conséquent d’utiliser les courbes et l’interprétation du risque suggérée uniquement comme un guide
servant à l’évaluation et au choix des valeurs limites ou pour des actions complémentaires pour réduire le risque le
plus possible.
6.2 Température de surface supérieure aux seuils
Si la température de surface mesurée est supérieure aux seuils pour une durée de contact donnée (jusqu’à 10 °C),
il n’y a aucun risque que les effets décrits se produisent.
6.3 Température de surface inférieure ou égale aux seuils
Si la température de surface mesurée est inférieure ou égale aux seuils indiqués pour une durée de contact
donnée, il existe un risque de douleur, d’engourdissement ou de gelures de la peau.
6.4 Autre paramètre de risque
Le risque s’accroît quand :
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¾ la température de surface mesurée est très inférieure au seuil de refroidissement ;
¾ la durée de contact dépasse le seuil de refroidissement ;
¾ il y a moindre probabilité de retrait rapide;
¾ la surface froide est plus accessible ;
¾ la probabilité de contact non intentionnel est plus grande ;
¾ le contact est susceptible de se produire plus fréquemment ;
¾ on s’attend à une méconnaissance préalable du matériau de contact.
Si un risque est détecté, des mesures doivent être prises pour le réduire le plus possible.
NOTE Les réglementations nationales peuvent également demander des mesures de protection. Les mesures
particulières à prendre dépendent du contexte d’utilisation. Des exemples de mesures de protection sont indiqués à l’Annexe E.
7 Principes d’établissement des valeurs limites
Les informations fournies dans la présente norme peuvent aider à établir :
¾ les valeurs limites des températures de surface ;
¾ les durées des contacts d’utilisation dans les normes de produits ou autres applications ;
¾ les durées des contacts et les mesures de réduction des risques à l’utilisation.
Un mode opératoire pour la détermination des valeurs limites de température de surface requiert des informations
sur :
¾ les matériaux utilisés ;
¾ les types de contact (toucher ou préhension) ;
¾ les durées du contact ;
¾ les types d’effet (gelures superficielles, engourdissement ou douleur).
Un mode opératoire pour la détermination des valeurs limites de durée de contact requiert des informations sur :
¾ les matériaux utilisés ;
¾ les températures de surface ;
¾ les types de contact (toucher, engourdissement ou douleur).
Les relations entre le type de matériau, la température et la durée de contact pour des effets donnés sont illustrées
aux Figures 2 à 10. Il est possible de choisir une valeur limite à partir de la Figure correspondante, fondée sur
l’effet, le matériau et la durée. Des exemples sont donnés à l’Annexe D.
8 Principes d’établissement des mesures de réduction du risque
Les mesures suivantes sont considérées comme réduisant le risque au contact avec une surface froide :
¾ l’évaluation du risque conformément à l’Article 6 ;
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¾ les types des actions nécessitant un contact (rares, fréquentes, très fréquentes) ;
¾ la possibilité de traitement des surfaces de la zone de contact (par exemple peinture, revêtement plastique) ;
¾ la possibilité de protection de la zone pouvant être touchée non intentionnellement ;
¾ les liquides à des températures inférieures à 0 °C ne doivent pas entrer en contact avec la peau en raison d’un
risque immédiat de gelures. La neige carbonique provoque de la même manière des risques de gelures.
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Annexe A
(informative)
Données scientifiques
A.1 Généralités
Les valeurs seuils du refroidissement par contact spécifiées à l’article 5 se fondent sur la recherche scientifique
effectuée par le groupe de recherche sur les surfaces froides [4]. Tout d’abord, en fonction des critères appliqués,
des recherches ont été faites sur les températures de surface sans risque pour les matériaux donnés en cas
d’exposition à des températures froides. Ensuite, une durée de contact sans risque a été déterminée pour les
combinaisons entre les types de matériau retenus et des températures de surface. Les résultats ont été regroupés
dans une base de données qui peut servir de point de départ à l’élaboration d’une base de données ergonomiques
dans la présente norme. Les détails de cette base de données sont présentés comme suit [4] :
A.2 Base de données
A.2.1 Généralités
Cette base de données, qui contient les données expérimentales, relatives au toucher de surfaces froides à un
doigt ou
...
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