ISO 7933:2023
(Main)Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain
Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain
This document describes a model [the predicted heat strain (PHS) model] for the analytical determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal temperature) experienced by an average person in a hot environment and determines the maximum allowable exposure times within which the physiological strain is acceptable for 95 % of the exposed population (the maximum tolerable rectal temperature and the maximum tolerable water loss are not exceeded by 95 % of the exposed people). The various terms used in this prediction model and, in particular, in the heat balance, show the influence of the different physical parameters of the environment on the thermal stress experienced by the average person. In this way, this document makes it possible to determine which parameter or group of parameters can be changed, and to what extent, in order to reduce the risk of excessive physiological strain. In its present form, this method of assessment is not applicable to cases where special protective clothing (e.g. fully reflective clothing, active cooling and ventilation, impermeable coveralls) is worn. This document does not predict the physiological response of an individual person, but only considers average persons in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be used by, among others, ergonomists and industrial hygienists, as the outcomes can require expert interpretations. Recommendations about how and when to use this model are given in ISO 8025.
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
Le présent document décrit un modèle [le modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)] pour la détermination analytique et l’interprétation de la contrainte thermique (en matière de perte hydrique et de température rectale) subie par une personne moyenne dans un environnement chaud et détermine les durées limites d’exposition admissibles pendant lesquelles l’astreinte physiologique est acceptable pour 95 % de la population exposée (la température rectale maximale tolérable et la perte hydrique maximale tolérable ne sont pas dépassées par 95 % des personnes exposées). Les divers termes intervenant dans ce modèle prédictif et, notamment, dans le bilan thermique, permettent de déterminer les parts respectives prises par les divers paramètres physiques de l’environnement dans la contrainte thermique subie par la personne moyenne. Le présent document permet ainsi de déterminer sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il est possible d’agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astreinte physiologique excessive. Dans sa forme actuelle, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port de vêtements spéciaux de protection (par exemple, des vêtements entièrement réfléchissants, réfrigérés et ventilés, des combinaisons imperméables). Le présent document ne vise pas à prédire la réponse physiologique d’une personne donnée, mais concerne uniquement une personne moyenne en bonne santé et apte à faire son travail. Il est par conséquent destiné à être utilisé, entre autres, par des ergonomes et des hygiénistes du travail, car les résultats peuvent nécessiter une interprétation par des experts. Des recommandations sur comment et quand utiliser ce modèle sont données dans l’ISO 8025.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7933
Third edition
2023-07
Ergonomics of the thermal
environment — Analytical
determination and interpretation of
heat stress using calculation of the
predicted heat strain
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique
et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de
l'astreinte thermique prévisible
Reference number
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© ISO 2023
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ISO 7933:2023(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
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ISO 7933:2023(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 1
5 Principles of the predicted heat strain (PHS) model . 4
6 Main steps of the calculation .5
6.1 Heat balance equation . 5
6.1.1 General . 5
6.1.2 Metabolic rate, M . 5
6.1.3 Effective mechanical power, W . 5
6.1.4 Heat flow by respiratory convection, C . 5
res
6.1.5 Heat flow by respiratory evaporation, E . 5
res
6.1.6 Heat flow by conduction, K . 5
6.1.7 Heat flow by convection, C . 6
6.1.8 Heat flow by radiation, R . 6
6.1.9 Heat flow by evaporation, E . 6
6.1.10 Heat storage for increase of core temperature associated with the
metabolic rate, Q . 6
eqi
6.1.11 Heat storage, S . 6
6.2 Calculation of the required evaporative heat flow, the required skin wettedness
and the required sweat rate . 7
7 Interpretation of required sweat rate . 7
7.1 Basis of the method of interpretation . 7
7.1.1 General . 7
7.1.2 Stress criteria . 7
7.1.3 Strain criteria . 8
7.1.4 Reference values . 8
7.2 Analysis of the work situation . 8
7.3 Determination of allowable exposure time, D . 8
lim
Annex A (normative) Data necessary for the computation of thermal balance .9
Annex B (informative) Criteria for estimating acceptable exposure time in a hot work
environment .17
Annex C (informative) Metabolic rate .19
Annex D (informative) Clothing thermal characteristics .20
Annex E (informative) Computer program for the computation of the predicted heat strain
model .22
Annex F (informative) Examples of the predicted heat strain model computations .27
Bibliography .28
iii
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ISO 7933:2023(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee
SC 5, Ergonomics of the physical environment, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 122, Ergonomics, in accordance with the
Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 7933:2004), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— The maximum sweat rate S described in B.4 has been corrected, i.e. it is no longer adjusted for
Wmax
metabolic rate.
— As the model has not been extensively validated for conditions with unsteady environmental
parameters, metabolic rate and/or clothing, a caution has been added for cases where these
parameters vary substantially with time.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 7933:2023(E)
Introduction
ISO 15265 describes the assessment strategy for the prevention of discomfort or health effects in any
1)
thermal working condition, while ISO 8025 recommends specific practices concerning hot working
environments. For these hot environments, these standards propose relying on the wet bulb globe
temperature (WBGT) heat stress index described in ISO 7243 as a screening method for establishing
the presence or absence of heat stress, and on the more elaborate method presented in this document,
to make a more accurate estimation of stress, to determine the allowable durations of work in these
conditions and to optimize the methods of protection. This method, based on an analysis of the heat
exchange between a person and the environment, is intended to be used directly when it is desirable to
carry out a detailed analysis of working conditions in heat.
This document makes it possible to predict the evolution of a few physiological parameters (skin and
rectal temperatures, as well as sweat rate) over time for a person working in a hot environment. This
prediction is made according to the climatic parameters, the energy expenditure of the person and his
or her clothing. This prediction is made for an average person and should be used to assess the risk of
heat stress for a group of people; it cannot predict a particular person’s responses.
This document is based on the latest scientific information. Future improvements concerning the
calculation of the different terms of the heat balance equation or its interpretation will be taken into
account when they become available.
Occupational health specialists are responsible for evaluating the risk encountered by a given individual,
taking into consideration their specific characteristics that can differ from those of a standard person.
ISO 9886 describes how physiological parameters are used to monitor the physiological behaviour of a
particular person and ISO 12894 describes how medical supervision is organized.
1) Under preparation. Stage at the time of publication: ISO/DIS 8025:2023.
v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7933:2023(E)
Ergonomics of the thermal environment — Analytical
determination and interpretation of heat stress using
calculation of the predicted heat strain
1 Scope
This document describes a model [the predicted heat strain (PHS) model] for the analytical
determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal temperature)
experienced by an average person in a hot environment and determines the maximum allowable
exposure times within which the physiological strain is acceptable for 95 % of the exposed population
(the maximum tolerable rectal temperature and the maximum tolerable water loss are not exceeded by
95 % of the exposed people).
The various terms used in this prediction model and, in particular, in the heat balance, show the
influence of the different physical parameters of the environment on the thermal stress experienced
by the average person. In this way, this document makes it possible to determine which parameter
or group of parameters can be changed, and to what extent, in order to reduce the risk of excessive
physiological strain.
In its present form, this method of assessment is not applicable to cases where special protective
clothing (e.g. fully reflective clothing, active cooling and ventilation, impermeable coveralls) is worn.
This document does not predict the physiological response of an individual person, but only considers
average persons in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be
used by, among others, ergonomists and industrial hygienists, as the outcomes can require expert
interpretations. Recommendations about how and when to use this model are given in ISO 8025.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 13731, Ergonomics of the thermal environment — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13731 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols and units listed in Table 1 apply.
1
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ISO 7933:2023(E)
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
α fraction of the body mass at the skin temperature —
α fraction of the body mass at the skin temperature at time t —
i i
α fraction of the body mass at the skin temperature at time t —
i–1 i–1
β correction factor for the static moisture permeability index —
im
β correction factor for the static boundary layer thermal insulation —
Ia
β correction factor for the static clothing thermal insulation —
Icl
β correction factor for the static total clothing thermal insulation —
IT
ε emissivity of outer clothing surface, assuming this is non-reflective —
cl
ε emissivity of outer clothing surface —
cl,r
θ angle between walking direction and wind direction —
2
A DuBois body area surface m
Du
A fraction of the body surface covered by the reflective clothing —
p
2
A effective radiating area of a body m
r
−2
C convective heat flow W⋅m
−1
c water latent heat of vaporization J⋅kg
e
−1 −1
c specific heat of dry air at constant pressure J⋅kg ⋅K
p
−1 −1
c specific heat of the body J⋅kg ⋅K
p,b
−2
C respiratory convective heat flow W⋅m
res
D allowable exposure time min
lim
D allowable exposure time for heat storage min
lim,tcr
D allowable exposure time for water loss, 95 % of the working population min
lim,loss
D maximum water loss g
max
−2
E maximum evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
max
−2
E predicted evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
p
−2
E required evaporative heat flow at the skin surface W⋅m
req
−2
E respiratory evaporative heat flow W⋅m
res
f clothing area factor —
cl
F reflection coefficients for different special materials —
r
−2 −1
h convective heat transfer coefficient W⋅m ⋅K
c
−2 −1
h radiative heat transfer coefficient W⋅m ⋅K
r
2 −1
I resultant boundary layer thermal insulation m ⋅K⋅W
a,r
2 −1
I static (or basic) boundary layer thermal insulation m ⋅K⋅W
a
2 −1
I resultant clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
cl,r
2 −1
I static (or basic) clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
cl
i resultant moisture permeability index —
m,r
i static (or basic) moisture permeability index —
m
2 −1
I resultant total clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
T,r
2 −1
I static (or basic) total clothing thermal insulation m ⋅K⋅W
T
−2
K conductive heat flow W⋅m
k time constant of the increase of the sweat rate min
Sw
time constant of the variation of the core temperature as function of the met-
k min
tcr
abolic rate
k time constant of the variation of the skin temperature min
tsk
−2
M metabolic rate W⋅m
2
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ISO 7933:2023(E)
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Term Unit
p water vapour partial pressure at air temperature kPa
a
−2
Q heat storage during the last time increment at time t W⋅m
tot,i i
heat storage during the last time increment at time t , due to the increase of
i
−2
Q W⋅m
eq,i
core temperature associated with the metabolic rate
−2
R radiative heat flow W⋅m
2 −1
R resultant clothing total water vapour resistance m ⋅Pa⋅W
e,T,r
r required evaporative efficiency of sweating —
req
−2
S body heat storage rate W⋅m
body heat storage for increase of core temperature associated with the met-
−2
S W⋅m
eq
abolic rate
−2
S maximum sweat rate capacity W⋅m
Wmax
−2
S predicted sweat rate W⋅m
Wp
−2
S predicted sweat rate at time t W⋅m
Wp,i i
−2
S predicted sweat rate at time t W⋅m
Wp,i–1 i–1
−2
S required sweat rate W⋅m
Wreq
t time min
t air temperature °C
a
t clothing surface temperature °C
cl
t core temperature °C
cr
t core temperature as a function of the metabolic rate at time t °C
cr,eq i i
t core temperature as a function of the metabolic rate at time t °C
cr,eq i–1 i–1
t steady-state value of core temperature as a function of the metabolic rate °C
cr,eqm
t core temperature at time t °C
cr,i i
t core temperature at time t °C
cr,i-1 i–1
t expired air temperature °C
ex
t mean radiant temperature °C
r
t rectal temperature °C
re
t maximum rectal temperature °C
re,max
t rectal temperature at time t °C
re,i i
t rectal temperature at time t °C
re,i–1 i–1
t skin temperature °C
sk
t steady-state mean skin temperature °C
sk,eq
t steady-state mean skin temperature for clothed person °C
sk,eq,cl
t steady-state mean skin temperature for nude person °C
sk,eq,nu
t mean skin temperature at time t °C
sk,i i
t mean skin temperature at time t °C
sk,i–1 i–1
−1
V expired volume flow rate L⋅min
ex
−1
v air velocity m⋅s
a
−1
v relative air velocity m⋅s
ar
−1
v walking speed m⋅s
w
−2
W effective mechanical power W⋅m
W humidity ratio of inhaled air kg /kg
a water air
W body mass kg
b
W humidity ratio of expired air kg /kg
ex water air
3
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ISO 7933:2023(E)
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Term Unit
w skin wettedness —
w maximum skin wettedness —
max
w predicted skin wettedness —
p
w required skin wettedness —
req
5 Principles of the predicted heat strain (PHS) model
WARNING — The model has not been extensively validated for conditions with unsteady
environmental parameters, metabolic rate and/or clothing and therefore must be used
cautiously in cases where these parameters vary substantially with time. It does not enable
users to determine validly the duration of time needed for an average person whose rectal
temperature has risen to 38 °C or more to recover a rectal temperature of 36,8 °C.
The PHS model is based on the thermal energy balance of the body, which requires the values of the
following parameters:
a) the parameters of the thermal environment as measured or estimated according to ISO 7726:
— air temperature, t ;
a
— mean radiant temperature, t ;
r
— water vapour partial pressure, p ;
a
— air velocity, v .
a
b) the metabolic rate, M, as measured or estimated using ISO 8996 or other methods of equal or
greater accuracy;
c) the static clothing thermal characteristics, as measured or estimated using ISO 9920 or other
methods of equal or greater accuracy.
Clause 6 describes the principles of the calculation of the different heat exchanges occurring in the
heat balance equation, as well as those of the sweat loss necessary for the maintenance of the thermal
equilibrium of the body. The mathematical expressions given in Annex A shall be used for these
calculations.
Clause 7 describes the method for interpreting the results from Clause 6, which leads to the
determination of the predicted sweat rate, the predicted rectal temperature and the allowable exposure
times. The determination of the allowable exposure times is based on two strain criteria: maximum
allowable rectal temperature and maximum allowable body water loss, given in Annex B.
The accuracy with which the predicted sweat rate and the exposure times are estimated is a function
of the model (i.e. of the expressions in Annex A) and the maximum allowable values which are adopted.
It is also a function of the accuracy of estimation and measurement of physical parameters, metabolic
rate and thermal insulation of the clothing.
4
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ISO 7933:2023(E)
6 Main steps of the calculation
6.1 Heat balance equation
6.1.1 General
The thermal energy balance of the human body can be written as Formula (1):
M − W = C + E + K + C + R + E + S (1)
res res
This equation expresses that the internal heat production of the body, which corresponds to the
metabolic rate, M, minus the effective mechanical power, W, are balanced by the heat exchanges in the
respiratory tract by convection, C , and evaporation, E , as well as by the heat exchanges on the skin
res res
by conduction, K, convection, C, radiation, R, and evaporation, E.
If the balance is not satisfied, some excess energy is stored in the body, S.
The different terms of Formula (1) are successively reviewed in 6.1.2 to 6.1.11 in terms of the principles
of calculation (normative expressions for the computations are provided in Annex A).
6.1.2 Metabolic rate, M
The estimation or measurement of the metabolic rate is described in ISO 8996. Indications for the
evaluation of the metabolic rate are given in Annex C.
6.1.3 Effective mechanical power, W
In most industrial situations, the effective mechanical power is small and can be ignored, i.e. W = 0.
6.1.4 Heat flow by respiratory convection, C
res
The heat flow by respiratory convection is expressed, in principle, by Formula (2):
tt−
ex a
Cc=×0,000 02 V × (2)
resp ex
A
Du
6.1.5 Heat flow by respiratory evaporation, E
res
The heat flow by respiratory evaporation is expressed, in principle, by Formula (3):
WW−
ex a
Ec=×0,000 02 V × (3)
resee x
A
Du
6.1.6 Heat flow by conduction, K
Heat flow by thermal conduction occurs on the body surfaces in contact with solid objects. It is usually
quite small and ignored.
NOTE ISO 13732-1 deals specifically with the risks of pain and burns when parts of the body come into
contact with hot surfaces.
5
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ISO 7933:2023(E)
6.1.7 Heat flow by convection, C
The heat flow by convection on the bare skin is expressed by Formula (4):
C = h × (t – t ) (4)
c sk a
For clothed people, the heat flow by convection occurs at the surface of the clothing and is expressed by
Formula (5):
C = h × f × (t – t) (5)
c cl cl a
Annex D provides some indications for the evaluation of the clothing thermal characteristics.
6.1.8 Heat flow by radiation, R
The heat flow by radiation is expressed by Formula (6):
R = h × f × (t – t) (6)
r cl cl a
where h is the radiative heat transfer coefficient and takes into account the clothing characteristics
r
(e.g. emissivity and the presence of reflective clothing) and the effective radiating area of the person
related to the posture (e.g. standing, seated, crouching person).
6.1.9 Heat flow by evaporation, E
The maximum evaporative heat flow, E , is that which can be achieved in the hypothetical case of the
max
skin being completely wetted. In these conditions, Formula (7) applies:
pp−
sk,s a
E = (7)
max
R
e,T,r
where the dynamic clothing total water vapour resistance, R , takes into account the clothing
e,T,r
characteristics as well as the movements of the person and the air.
The actual evaporation heat flow, E, depends upon the fraction, w, of the skin surface wetted by sweat
and is given by Formula (8):
E = w × E (8)
max
6.1.10 Heat storage for increase of core temperature associated with the metabolic rate, Q
eqi
Even in a neutral environment, the core temperature rises towards a steady-state value, t , as a
cr,eq
function of the metabolic rate.
The core temperature reaches this steady-state temperature exponentially with time. The heat storage
associated with the increase from time t to time t , Q does not contribute to the onset of sweating
i–1 i eqi
and should therefore be deducted from Formula (1).
6.1.11 Heat storage, S
The heat storage of the body is given by the algebraic sum of the heat flows defined previously.
6
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ISO 7933:2023(E)
6.2 Calculation of the required evaporative heat flow, the required skin wettedness and
the required sweat rate
Because conduction (K) is ignored as it is a non-significant avenue of heat exchange, the general
Formula (1) can be written as Formula (9):
E + S = M – W – C – E – C – R (9)
res res
The required evaporative heat flow, E , is the evaporation heat flow required for the maintenance of
req
the thermal equilibrium of the body and, therefore, for the body heat storage rate to be equal to zero. It
is given by Formula (10):
E = M – W – C – E – C – R (10)
req res res
The required skin wettedness, w , is the ratio between the required evaporative heat flow and the
req
maximum evaporative heat flow at the skin surface, as in Formula (11):
E
req
w = (11)
req
E
max
The calculation of the required sweat rate, S , is made on the basis of the required evaporative heat
Wreq
flow, but taking account of the evaporative efficiency of the sweating, r , as in Formula (12):
req
E
req
S = (12)
Wreq
r
req
−2 −2 −1
NOTE The sweat rate in W⋅m represents the equivalent in heat of the sweat rate expressed in g⋅m h .
−2 −2 −1 −1 2
1 W⋅m corresponds to a flow of sweat of 1,47 g⋅m h or 2,67 g⋅h for a standard person (1,8 m of body
surface).
7 Interpretation of required sweat rate
7.1 Basis of the method of interpretation
7.1.1 General
The interpretation of the values calculated by the recommended analytical method is based on:
— two stress criteria (see 7.1.2):
— the maximum skin wettedness, w ;
max
— the maximum sweat rate, S ;
Wmax
— two strain criteria (see 7.1.3):
— the maximum rectal temperature, t ;
re, max
— the maximum water loss, D .
max
7.1.2 Stress criteria
The required sweat rate, S , cannot exceed the maximum sweat rate, S , achievable by the person.
Wreq Wmax
The required skin wettedness, w , cannot exceed the maximum skin wettedness, w , achievable by
req max
the person. These two maximum values are a function of the acclimatization of the person.
7
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ISO 7933:2023(E)
7.1.3 Strain criteria
In the case of non-equilibrium of the thermal balance, the rectal temperature increase should be limited
at a maximum value, t , such that the probability of any acute pathological effect due to heat stress
re,max
is extremely limited. Finally, whatever the thermal balance, the water loss should be restricted to a
value, D , compat
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7933
Troisième édition
2023-07
Ergonomie des ambiances
thermiques — Détermination
analytique et interprétation de la
contrainte thermique fondées sur
le calcul de l'astreinte thermique
prévisible
Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination
and interpretation of heat stress using calculation of the predicted
heat strain
Numéro de référence
ISO 7933:2023(F)
© ISO 2023
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ISO 7933:2023(F)
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 7933:2023(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 1
5 Principes du modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS) . 4
6 Principales étapes de calcul .5
6.1 Équation du bilan thermique . 5
6.1.1 Généralités . 5
6.1.2 Métabolisme énergétique, M . 5
6.1.3 Puissance mécanique utile, W . 5
6.1.4 Flux de chaleur par convection respiratoire, C . 5
res
6.1.5 Flux de chaleur par évaporation respiratoire, E . 5
res
6.1.6 Flux de chaleur par conduction, K . . 5
6.1.7 Flux de chaleur par convection, C. 6
6.1.8 Flux de chaleur par rayonnement, R . 6
6.1.9 Flux de chaleur par évaporation, E . 6
6.1.10 Stockage de chaleur lié à l’élévation de la température corporelle centrale
associée au métabolisme énergétique, Q . 6
eqi
6.1.11 Stockage de chaleur, S . 6
6.2 Calcul du flux de chaleur par évaporation requis, de la mouillure cutanée requise
et du débit sudoral requis . 7
7 Interprétation du débit sudoral requis . 7
7.1 Base de la méthode d’interprétation. 7
7.1.1 Généralités . 7
7.1.2 Critères de contrainte . 7
7.1.3 Limites d’astreinte . 8
7.1.4 Valeurs repères . 8
7.2 Analyse de la situation de travail . 8
7.3 Détermination de la durée d’exposition admissible, D . 8
lim
Annexe A (normative) Données nécessaires au calcul du bilan thermique .10
Annexe B (informative) Critères d’estimation de la durée d’exposition admissible dans un
environnement de travail chaud .18
Annexe C (informative) Métabolisme énergétique .20
Annexe D (informative) Caractéristiques thermiques de la tenue vestimentaire .21
Annexe E (informative) Programme informatique permettant le calcul du modèle
d’astreinte thermique prévisible .23
Annexe F (informative) Exemples de calculs du modèle d’astreinte thermique prévisible .28
Bibliographie .29
iii
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ISO 7933:2023(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails
concernant les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés
lors de l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations
de brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité
SC 5, Ergonomie de l’environnement physique, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 122,
Ergonomie, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 7933:2004), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— le débit sudoral maximal S décrit en B.4 a été corrigé, c’est-à-dire qu’il n’est plus ajusté en
Wmax
fonction du métabolisme énergétique;
— le modèle n’ayant pas été validé de manière approfondie pour des conditions avec des paramètres
environnementaux, un métabolisme énergétique et/ou des vêtements instables, une mise en garde
a été ajoutée pour les cas où ces paramètres varient considérablement avec le temps.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO 7933:2023(F)
Introduction
L’ISO 15265 décrit la stratégie d’évaluation pour la prévention de l’inconfort ou des effets sur la santé
1)
dans toutes les conditions de travail thermiques, tandis que l’ISO 8025 recommande des pratiques
spécifiques concernant les environnements de travail chauds. Pour les environnements chauds, ces
normes proposent de se fonder sur l’indice de contrainte thermique WBGT (température humide
et de globe noir) décrit dans l’ISO 7243 comme méthode d’examen préalable, permettant d’établir la
présence ou l’absence de contrainte thermique, et sur la méthode plus élaborée décrite dans le présent
document afin d’obtenir une estimation plus précise de la contrainte, de déterminer les durées de
travail admissibles dans ces conditions et d’optimiser les méthodes de protection. Cette méthode, basée
sur une analyse de l’échange de chaleur entre une personne et l’environnement, est destinée à être
utilisée directement lorsqu’il est souhaitable de réaliser une analyse détaillée des conditions de travail
à la chaleur.
Le présent document permet de prédire l’évolution de certains paramètres physiologiques
(températures cutanée et rectale, ainsi que débit sudoral) dans le temps pour une personne travaillant
dans un environnement chaud. Cette prédiction est réalisée en fonction des paramètres climatiques,
de la dépense énergétique de la personne et de ses vêtements. Elle est réalisée pour une personne
moyenne et il convient de l’utiliser pour évaluer le risque de contrainte thermique chez un groupe de
personnes; elle ne peut pas prédire les réactions d’une personne en particulier.
Le présent document est fondé sur les apports scientifiques les plus récents. Les améliorations futures
apportées aux équations de calcul des différents termes du bilan thermique ainsi qu’à son interprétation
seront prises en compte au fur et à mesure de leur acquisition.
Les spécialistes en médecine du travail sont chargés d’évaluer les risques encourus par un individu
donné en tenant compte de ses caractéristiques spécifiques qui peuvent différer de celles d’un sujet
standard. L’ISO 9886 décrit la manière dont les paramètres physiologiques sont utilisés pour surveiller
le comportement physiologique d’une personne en particulier et l’ISO 12894 décrit la manière dont
la surveillance médicale est organisée.
1) En préparation. Stade au moment de la publication : ISO/DIS 8025:2023.
v
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NORME INTERNATIONALE ISO 7933:2023(F)
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination
analytique et interprétation de la contrainte thermique
fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
1 Domaine d’application
Le présent document décrit un modèle [le modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)] pour la
détermination analytique et l’interprétation de la contrainte thermique (en matière de perte hydrique
et de température rectale) subie par une personne moyenne dans un environnement chaud et détermine
les durées limites d’exposition admissibles pendant lesquelles l’astreinte physiologique est acceptable
pour 95 % de la population exposée (la température rectale maximale tolérable et la perte hydrique
maximale tolérable ne sont pas dépassées par 95 % des personnes exposées).
Les divers termes intervenant dans ce modèle prédictif et, notamment, dans le bilan thermique,
permettent de déterminer les parts respectives prises par les divers paramètres physiques de
l’environnement dans la contrainte thermique subie par la personne moyenne. Le présent document
permet ainsi de déterminer sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il est possible d’agir, et
dans quelle mesure, afin de réduire le risque d’astreinte physiologique excessive.
Dans sa forme actuelle, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port
de vêtements spéciaux de protection (par exemple, des vêtements entièrement réfléchissants, réfrigérés
et ventilés, des combinaisons imperméables).
Le présent document ne vise pas à prédire la réponse physiologique d’une personne donnée, mais
concerne uniquement une personne moyenne en bonne santé et apte à faire son travail. Il est par
conséquent destiné à être utilisé, entre autres, par des ergonomes et des hygiénistes du travail, car les
résultats peuvent nécessiter une interprétation par des experts. Des recommandations sur comment et
quand utiliser ce modèle sont données dans l’ISO 8025.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 13731, Ergonomie des ambiances thermiques — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 13731 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles et unités énumérés dans le Tableau 1 s’appliquent.
1
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ISO 7933:2023(F)
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Terme Unité
α fraction de masse corporelle à la température de la peau —
α fraction de masse corporelle à la température de la peau au temps t —
i i
α fraction de masse corporelle à la température de la peau au temps t —
i–1 i–1
β facteur de correction pour l’indice de perméabilité statique à l’humidité —
im
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique de la couche limite —
Ia
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique du vêtement —
Icl
β facteur de correction pour l’isolement thermique statique total du vêtement —
IT
émissivité de la surface extérieure du vêtement, en présumant qu’elle n’est pas réflé-
ε —
cl
chissante
ε émissivité de la surface extérieure du vêtement —
cl,r
θ angle formé par le sens de marche et la direction du vent —
2
A surface du corps selon DuBois m
Du
A fraction de surface du corps recouverte par le vêtement réfléchissant —
p
2
A surface effective de rayonnement d’un corps m
r
−2
C flux de chaleur par convection W⋅m
−1
c chaleur latente de vaporisation de l’eau J⋅kg
e
−1 −1
c chaleur massique de l’air sec à pression constante J⋅kg ⋅K
p
−1 −1
c chaleur massique du corps J⋅kg ⋅K
p,b
−2
C flux de chaleur par convection respiratoire W⋅m
res
D durée d’exposition admissible min
lim
D durée d’exposition admissible vis-à-vis du stockage de chaleur min
lim,tcr
D durée d’exposition admissible vis-à-vis de la perte hydrique, 95 % des travailleurs min
lim,loss
D perte hydrique maximale g
max
−2
E flux de chaleur par évaporation maximal au niveau de la peau W⋅m
max
−2
E flux de chaleur par évaporation prévisible au niveau de la peau W⋅m
p
−2
E flux de chaleur par évaporation requis au niveau de la peau W⋅m
req
−2
E flux de chaleur par évaporation respiratoire W⋅m
res
f facteur de surface du vêtement —
cl
F coefficients de réflexion de différents matériaux spéciaux —
r
−2 −1
h coefficient de transfert de chaleur par convection W⋅m ⋅K
c
−2 −1
h coefficient de transfert de chaleur par rayonnement W⋅m ⋅K
r
2 −1
I isolement thermique résultant de la couche limite m ⋅K⋅W
a,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) de la couche limite m ⋅K⋅W
a
2 −1
I isolement thermique vestimentaire résultant m ⋅K⋅W
cl,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) du vêtement m ⋅K⋅W
cl
i indice de perméabilité résultante à l’humidité —
m,r
i indice de perméabilité statique (ou intrinsèque) à l’humidité —
m
2 −1
I isolement thermique résultant total du vêtement m ⋅K⋅W
T,r
2 −1
I isolement thermique statique (ou intrinsèque) total du vêtement m ⋅K⋅W
T
−2
K flux de chaleur par conduction W⋅m
k constante de temps de l’augmentation du débit sudoral min
Sw
constante de temps de la variation de la température corporelle centrale en fonction
k min
tcr
du métabolisme énergétique
k constante de temps de la variation de la température cutanée min
tsk
2
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ISO 7933:2023(F)
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
Symbole Terme Unité
−2
M métabolisme énergétique W⋅m
p pression partielle de vapeur d’eau à la température de l’air kPa
a
−2
Q stockage de chaleur au cours du dernier intervalle de temps au temps t W⋅m
tot,i i
stockage de chaleur au cours du dernier intervalle de temps au temps t , dû à l’éléva-
i −2
Q W⋅m
eq,i
tion de la température corporelle centrale associée au métabolisme énergétique
−2
R flux de chaleur par rayonnement W⋅m
2 −1
R résistance résultante totale du vêtement à la vapeur d’eau m ⋅Pa⋅W
e,T,r
r rendement évaporatoire requis de la sudation —
req
−2
S débit de stockage de chaleur dans le corps W⋅m
stockage de chaleur dans le corps lié à l’élévation de la température corporelle cen-
−2
S W⋅m
eq
trale associée au métabolisme énergétique
−2
S capacité de débit sudoral maximal W⋅m
Wmax
−2
S débit sudoral prévisible W⋅m
Wp
−2
S débit sudoral prévisible au temps t W⋅m
Wp,i i
−2
S débit sudoral prévisible au temps t W⋅m
Wp,i–1 i–1
−2
S débit sudoral requis W⋅m
Wreq
t temps min
t température de l’air °C
a
t température de la surface du vêtement °C
cl
t température corporelle centrale °C
cr
t température corporelle centrale en fonction du métabolisme énergétique au temps t °C
cr,eq i i
température corporelle centrale en fonction du métabolisme énergétique au temps
t °C
cr,eq i–1
t
i–1
valeur d’équilibre de la température corporelle centrale en fonction du métabolisme
t °C
cr,eqm
énergétique
t température corporelle centrale au temps t °C
cr,i i
t température corporelle centrale au temps t °C
cr,i-1 i–1
t température de l’air expiré °C
ex
t température moyenne de rayonnement °C
r
t température rectale °C
re
t température rectale maximale °C
re,max
t température rectale au temps t °C
re,i i
t température rectale au temps t °C
re,i–1 i–1
t température cutanée °C
sk
t température cutanée moyenne d’équilibre °C
sk,eq
t température cutanée moyenne d’équilibre d’une personne vêtue °C
sk,eq,cl
t température cutanée moyenne d’équilibre d’une personne nue °C
sk,eq,nu
t température cutanée moyenne au temps t °C
sk,i i
t température cutanée moyenne au temps t °C
sk,i–1 i–1
−1
V débit volumique expiré L⋅min
ex
−1
v vitesse de l’air m⋅s
a
−1
v vitesse relative de l’air m⋅s
ar
−1
v vitesse de marche m⋅s
w
−2
W puissance mécanique utile W⋅m
W rapport d’humidité de l’air inhalé kg /kg
a eau air
3
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ISO 7933:2023(F)
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
Symbole Terme Unité
W masse corporelle kg
b
W rapport d’humidité de l’air expiré kg /kg
ex eau air
w mouillure cutanée —
w mouillure cutanée maximale —
max
w mouillure cutanée prévisible —
p
w mouillure cutanée requise —
req
5 Principes du modèle d’astreinte thermique prévisible (PHS)
AVERTISSEMENT — Le modèle n’a pas été validé de manière approfondie pour des conditions
avec des paramètres environnementaux, un métabolisme énergétique et/ou des vêtements
instables et doit donc être utilisé avec précaution dans les cas où ces paramètres varient
considérablement avec le temps. Il ne permet pas aux utilisateurs de déterminer valablement la
durée nécessaire à une personne moyenne dont la température rectale a atteint 38 °C ou plus,
pour retrouver une température rectale de 36,8 °C.
Le modèle PHS est basé sur le bilan du corps en énergie thermique, qui nécessite les valeurs des
paramètres suivants:
a) les paramètres de l’environnement thermique tels que mesurés ou estimés conformément à
l’ISO 7726:
— température de l’air, t ;
a
— température moyenne de rayonnement, t ;
r
— pression partielle de vapeur d’eau, p ;
a
— vitesse de l’air, v ;
a
b) le métabolisme énergétique, M, tel que mesuré ou estimé à l’aide de l’ISO 8996 ou d’autres méthodes
d’une précision supérieure ou égale;
c) les caractéristiques thermiques statiques de la tenue vestimentaire, telles que mesurées ou
estimées à l’aide de l’ISO 9920 ou d’autres méthodes d’une précision supérieure ou égale.
L’Article 6 décrit les principes de calcul des différents échanges de chaleur intervenant dans l’équation
du bilan thermique, ainsi que ceux de la perte sudoral nécessaire au maintien de l’équilibre thermique
du corps. Les expressions mathématiques figurant à l’Annexe A doivent être utilisées pour ces calculs.
L’Article 7 décrit la méthode d’interprétation des résultats de l’Article 6, qui conduit à la détermination
du débit sudoral prévisible, de la température rectale prévisible et des durées d’exposition admissibles.
La détermination des durées d’exposition admissibles est menée sur la base de deux limites d’astreinte:
la température rectale maximale admissible et la perte hydrique maximale admissible, indiquées
à l’Annexe B.
La précision avec laquelle sont évalués le débit sudoral prévisible et les durées limites d’exposition
est fonction du modèle retenu (c’est-à-dire des expressions de l’Annexe A) et des valeurs limites
adoptées. Elle dépend également de la précision d’estimation et de mesurage des paramètres physiques,
du métabolisme énergétique et de l’isolement thermique de la tenue vestimentaire.
4
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ISO 7933:2023(F)
6 Principales étapes de calcul
6.1 Équation du bilan thermique
6.1.1 Généralités
Le bilan du corps humain en énergie thermique peut s’écrire conformément à la Formule (1):
M − W = C + E + K + C + R + E + S (1)
res res
Cette équation exprime que la production de chaleur interne du corps, qui correspond au métabolisme
énergétique, M, moins la puissance mécanique utile, W, est compensée par les échanges de chaleur,
au niveau des voies respiratoires, par convection, C , et évaporation, E , ainsi que par les échanges
res res
de chaleur, au niveau de la peau, par conduction, K, convection, C, rayonnement, R, et évaporation, E.
Si le bilan n’est pas satisfait, un excès d’énergie est stocké dans le corps, S.
Les différents termes de la Formule (1) sont successivement passés en revue en 6.1.2 à 6.1.11 avec les
principes de calcul (les expressions normatives pour les calculs sont fournies à l’Annexe A).
6.1.2 Métabolisme énergétique, M
L’estimation ou le mesurage du métabolisme énergétique est décrit dans l’ISO 8996. Des indications
pour l’évaluation du métabolisme énergétique sont données dans l’Annexe C.
6.1.3 Puissance mécanique utile, W
Dans la plupart des situations industrielles, la puissance mécanique utile est faible et peut être ignorée,
c’est-à-dire W = 0.
6.1.4 Flux de chaleur par convection respiratoire, C
res
Le flux de chaleur par convection respiratoire est exprimé, en principe, par la Formule (2):
tt−
ex a
Cc=×0,00002 V × (2)
resp ex
A
Du
6.1.5 Flux de chaleur par évaporation respiratoire, E
res
Le flux de chaleur par évaporation respiratoire est exprimé, en principe, par la Formule (3):
WW−
ex a
Ec=×0,00002 V × (3)
resee x
A
Du
6.1.6 Flux de chaleur par conduction, K
Le flux de chaleur par conduction thermique se produit sur les surfaces du corps en contact avec des
éléments solides. En général, il est relativement faible et ignoré.
NOTE L’ISO 13732-1 traite spécifiquement des risques de douleur et de brûlure lorsque des parties du corps
entrent en contact avec des surfaces chaudes.
5
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ISO 7933:2023(F)
6.1.7 Flux de chaleur par convection, C
Le flux de chaleur par convection au niveau de la peau nue est exprimé par la Formule (4):
C = h × (t – t) (4)
c sk a
Pour les personnes vêtues, le flux de chaleur par convection se produit à la surface de la tenue
vestimentaire et est exprimé par la Formule (5):
C = h × f × (t – t) (5)
c cl cl a
L’Annexe D fournit quelques indications sur l’évaluation des caractéristiques thermiques des vêtements.
6.1.8 Flux de chaleur par rayonnement, R
Le flux de chaleur par rayonnement est exprimé par la Formule (6):
R = h × f × (t – t) (6)
r cl cl a
où h est le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement et tient compte des caractéristiques
r
du vêtement (par exemple émissivité et présence de vêtements réfléchissants) et de la surface effective
de rayonnement de la personne en lien avec sa posture (par exemple personne debout, assise ou
accroupie).
6.1.9 Flux de chaleur par évaporation, E
Le flux de chaleur par évaporation maximal, E , est celui qui peut être atteint dans l’hypothèse où
max
la peau est totalement mouillée. Dans ces conditions, la Formule (7) s’applique:
pp−
sk,s a
E = (7)
max
R
e,T,r
où la résistance dynamique totale du vêtement à la vapeur d’eau, R , tient compte des caractéristiques
e,T,r
du vêtement ainsi que des mouvements de la personne et de l’air.
Le flux réel de chaleur par évaporation, E, dépend de la fraction, w, de surface cutanée mouillée par
la sueur, et il est donné par la Formule (8):
E = w × E (8)
max
6.1.10 Stockage de chaleur lié à l’élévation de la température corporelle centrale associée
au métabolisme énergétique, Q
eqi
Même dans un environnement neutre, la température corporelle centrale augmente pour s’approcher
d’une valeur d’équilibre, t , en fonction du métabolisme énergétique.
cr,eq
La température corporelle centrale atteint cette température d’équilibre de façon exponentielle en
fonction du temps. Le stockage de chaleur associé à l’élévation de température du temps t au temps
i–1
t , Q ne participe pas au déclenchement de la sudation et il convient par conséquent de le déduire de
i eqi
la Formule (1).
6.1.11 Stockage de chaleur, S
Le stockage de chaleur dans le corps correspond à la somme algébrique des flux de chaleur définis
précédemment.
6
© ISO 2023 – Tous droi
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.