人机工程学--第九章人与环境的界面设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,人与环境的界面设计,人体对环境的适应程度,依据作业环境对人的影响和人体对环境的适应程度，可以把人的作业环境分为四个区域：,a.,最舒适区 各项指标最佳，使人在工作过程中主观感受到满意。,b.,舒适区 在正常情况下这种环境使人能够接受，而且不会感到不适应和疲劳。,c.,不舒适区 作业环境的某种条件偏离了舒适指标的正常要求，长时间在这种环境下工作，会使人疲劳直至影响人的健康。,d.,不能忍受区 若无相应的对环境防护措施，在该环境下人将难以生存。,对作业环境分析与评价的目的就是创造一种人体舒适而又有利于工作的环境条件。因此，必须了解环境条件应当保持在什么样的范围之内，才能使人感到舒适，工作效率达到最佳。,人与环境的界面设计,人体对环境的适应程度,决定舒适程度的环境因素范围,人与环境的界面设计,人与热环境,影响热环境的因素,影响热环境条件的主要因素有：空气温度、空气湿度、空气流速和热辐射。,这四个因素都会对人体的热平衡产生影响，这种影响可能是各要素对人的综合症，下面逐个对它们的影响进行分析与评价。,人与环境的界面设计,人与热环境,气流,气流主要是在温度差形成的热压力作用下产生的。气流速度常以,m/s,表示。在舒适温度范围内，一般气流速度为,0.15m/s,时，人即可感到空气新鲜。在空内即使温度适宜，由于空气流动速度很小，也会有沉闷感。,作业环境中的气流除受外界风力的影响外，主要与作业场所中的热源有关。热源使空气加热而上升，室外的冷空气进入室内，造成空气对流。室内外温差愈大，产生的气流愈大。,人与环境的界面设计,人与热环境,热辐射,热辐射是针对红外线及一部分可视线而言。太阳及作业环境中的各种加热炉、开放火焰、热光源，产生热量各种设备等热源都能产生大量的热辐射。当周围物体表面温度超过人体皮肤温度时，周围物体表面则向人体热辐射而使人体受热，称为正辐射。相反，当周围物体表面温度低于人体温度时，人体表面则向周围物体散热，称为负辐射。,人与环境的界面设计,人与热环境,人体通过对流、传导、辐射、蒸发等方式与外界环境进行热交换、人处于热环境工作时，由于高温和代谢产热量不断增加，人体的热应激引发温度器发动神经冲动，刺激体温调节中枢，反射性引起散热反应，出现皮肤扩张，血液重新分配,人与环境的界面设计,人与热环境,人体的热平衡,在高温或低温环境下工作和生活，人为了适应环境温度，人体将产生一定的生理功能的改变，在不超过适应能力的限度下，保持体温相对稳定。人体温度的相对稳定取决于人体的产生热和散热过程的优质动态平衡，这种平衡称为人体热平衡。无论是产热或散热过程，时刻都受到神经,体液机制的调节。人体产生热量过程是指人体摄入食物（糖、脂肪及蛋白质）在体内经过一系列代谢转化释放出能量的过程，这些能量除一部分转变为人作功外，,70%,90%,以热的形式向外界散放，当人进行积极的活动时，如工作、运动等，人体要增加能量消耗，为保证劳动时间内活动的能量供给，人体必须通过生理调节产生更多的热。因此，劳动强度越大，人体代谢产热量越大。如果人体的产热量及从环境中吸收的热量不断增加，人体中心温度升高，若超过一定限度，就可能出现中暑。,人与环境的界面设计,人与热环境,S=MCR-E-W,人体与周围环境的热交换可用下式表示：,M,人体代谢产热量,C,人体与周围环境通过对流交换的热量，人体从环境中吸热为正值；散热为负值。,R,人体与周围环境通过辐射交换的热量，人体从外环境中吸收辐射热为正值，散出辐射为负值。,E,人体通过皮肤表面汗液的蒸发散热量。,W,人体对外做功所消耗的热量。,S,人体的蓄热状态。,人与环境的界面设计,人与热环境,由上式可知，当人体产热与散热相等时，,s=0,，人体处于动平衡状态，当产热大于散热时，,s,取正值，人体热平衡破坏，体温升高；当产热小于散热时，,s,取负值，体温下降。人体热平衡状态如下图所示。,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境的综合评价指标,热环境中各要素对人体的影响是综合起作用的，除了上述几种主要因素外，还有如人的新陈代谢和服装等多种因素；下面介绍几种综合反映热环境各要素影响人体生理效应的评价指标。,人与环境的界面设计,人与热环境,环境空气温度,环境空气温度是人们最常用的表示环境冷热程度的直接指标。通常由水银或洒精玻璃温度计测定。这些温度计的温包是干燥的，所以也称为干球温度。同时，空气温度还可以用其他一些仪器测定，如热电偶、热电池等。在环境湿度在,40%,60%,范围内，用环境空气温度评价室内环境的冷热不会有很大的偏差，但在较热和较湿的环境中，仅用它来评价环境对人体造成的热感觉就不可靠了，因为此时人体的出汗调节机能起了相当大的作用，湿度对热感觉的影响增大了。,人与环境的界面设计,人与热环境,将干球温度计的温包套上一纱布网罩，网罩的下端浸入水中，以保持网罩整体的湿润就成了湿球温度计。湿球温度计指示的读数称为湿球温度。它主要反映了环境的湿度情况。在一定的风速范围内，湿球温度与空气湿度有确定的函数关系。,湿球温度,人与环境的界面设计,人与热环境,有效温度,有,效温度表示人在不同温度、湿度和气流速度的综合作用下，所产生的湿热主观感受指标。它以气流静止不动（风速,=0,），相对湿度为,100%,的条件下使人产生某种热感觉的空气温度来代表不同风速，不同相对湿度，不同空气温度而使人产生同一热感觉为基础的。它用单一个温度值来度量。,人与环境的界面设计,人与热环境,若已知干球温度、湿球温度和水蒸气压力等参数中的任意两个，可利用下图求得有效温度。图中的左上曲线上的数值代表湿球温度，并由斜线表示；图中虚线为有效温度线，有效温度线与相对湿度,100%,线的交点为有效温度（,ET,）值，而相对湿度,50%,线的交点的横坐标的值为,“,新有效温度,”,（,ET*,）值。图中阴影部分是舒适区。新有效温度（,ET*,）适用于海拔高度为,2134m/s,的室内环境。,人与环境的界面设计,人与热环境,高温环境对人的健康的影响,高温环境是指,:,有热源散热率大于,83736J/,（,m,3,h,）；环境气温在寒冷地区和一般地区超过,32,，在炎热地区超过,35,；热辐射强度超过,4.186J/(cm,3,min),或工作地点温度在,30,以上，相对湿度超过,80%,。高温环境除了夏季以外还有热带、沙漠以及一些高温作业的场所（如钢铁冶炼）等。,人与环境的界面设计,人与热环境,高温环境对人的健康的影响,在高温环境下，皮肤温度随周围环境温度的升高而迅速升高，机体只能通过蒸发散热，大量出汗会导致失水，出汗过多也会导致水盐代谢障碍。高温环境还会使心脏输出量增大，使外周血管扩张，血流从内脏转移到皮肤和肌肉，从而影响内脏血液供应，进一步引起消化系统、泌尿系统、神经系统内分泌系统以致生化和免疫系统功能改变。长时间的高温环境暴露会引起热病，包括全身性的中暑、热衰竭、皮肤病和精神障碍等，当环境温度高于,33.3,时，环境热病的危险性增高，发病率随最低气温增加而增加。当皮肤温度达到,41,44,时即会感到灼痛，若温度继续升高即会产生烫伤，甚至死亡。,人与环境的界面设计,人与热环境,寒冷对机体健康的影响,机体在低温度环境下，首先引起外周血管收缩以减少散热，骨骼肌发生不随意，持续收缩（寒颤）以增加产热，裸体而不活动的人在,10,环境下持续,30min,即发生寒颤。一般情况下，,18,以下温度可视为低温，,10,以下对人会产生不利影响。低温环境下人体代谢率增高，心血管系统发生相应变化：心率增高，心博出量增加，呼吸率和肺换气量增加。当环境温度低于,9,时，体心温度开始下降，人体的温度调节推动代偿能力。,人较长时间在,0,以下的环境中停留，会引起局部组织冻伤发生冻疮或组织坏死。寒冷刺激还可使肢端温度下降，引起肢体疼痛、麻木、反射性致鼻粘膜血管痉挛。当人体体温降至,34,以下时，症状即达到严重的程度，产生健忘、口吃和定向障碍；降至,30,时全身剧痛，意识模糊；降至,27,以下时，随意运动丧失，瞳孔反射，腱反射和皮肤反射全部消失，人濒临死亡。,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境对工作的影响,许多研究证明，过热或过冷的环境会影响人的工作能力。在冷环境中人的工作能力下降主要是由于生理原因，例如，手指麻木，关节不灵活等同时，衣服多且厚时也会影响人的活动。此外，低温反应表现在触觉辨别准确率下降，手的灵活程度下降，追踪操纵能力下降，视反应时变长，动作的精确度下降等。在热环境中，如果劳动时间过长，则工作效率会迅速下降。,人与环境的界面设计,人与热环境,工作效率,相对出错率,适宜的温度会提高工作效率降低出错率,热环境对脑力工作者的影响,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境对体力工作者的影响,温度最高的,8,月份相对产量最低,温度在,20,度左右时事故率最低,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境的主观评价标准,主观评价依据,热环境对人体影响的主观感觉是评价热环境的主要指标之一，几乎所有的热环境评价标准都是在研究人的主观感觉的基础上制订的。通过在不同气温、湿度、气流速度、热辐射、大气压等情况下，人的主观感受的调整将所获数据作为评价环境对人体舒适感觉的依据。,人与环境的界面设计,人与热环境,人与环境的界面设计,人与热环境,人与环境的界面设计,人与热环境,若以人不能忍受的温度作为极限，则低于或高于该限度的温度称为可耐受温度。,耐受标准,人对高温低温的主诉可耐受时间,高温耐受曲线,低温耐受曲线,人与环境的界面设计,人与热环境,以不出现生理危象或伤害作为极限标准,安全标准,1,区低温安全限度,2,湿度,100%,3,湿度,50%,4,湿度,25%,5,湿度,10%,工作时间,人与环境的界面设计,人与热环境,工作效率不受影响的温度范围,复杂操作,智力工作,生理可耐限度,出现虚脱限度,A,区效率不受影响,B,区生理可耐限度,人与环境的界面设计,人与热环境,工业生产热环境标准,根据作业性质和劳动强度的差别，要求有不同的热环境。具体可参考国家相关标准或企业标准。,人与环境的界面设计,人与热环境,工业生产热环境标准,车间和作业的特征,冬 季,夏 季,温度,/,相对温度,温度,/,相对温度,主要放散对流热的车间,散热量不大的,轻作业,中等作业,重作业,14,20,12,17,10,15,不规定,不超过室外温度,3,不规定,散热量大的,轻作业,中等作业,重作业,16,25,13,22,10,20,不规定,不超过室外温度,5,不规定,需要人工调节温度和温度的,轻作业,中等作业,重作业,20,23,22,25,24,27,（,80,75,）,%,（,70,65,）,%,（,60,55,31,32,33,70%,（,70,60,）,%,（,60,50,）,%,放散大量辐射热和对流热的车间（辐射强度大于,2.510,5,J/(hm,2,),）,8,15,不规定,不超过室外温度,5,不规定,放散大量湿气的车间,散热量不大的,轻作业,中等作业,重作业,16,20,13,17,10,15,80%,不超过室外温度,3,不规定,散热量大的,轻作业,中等作业,重作业,18,23,17,21,16,19,80%,不超过室外温度,5,不规定,工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准,人与环境的界面设计,人与热环境,高温作业允许持续接触热时间限值,工作地点温度,/,轻劳动,中等劳动,重劳动,30,32,32,34,34,36,36,38,38,40,40,42,42,44,80,70,60,50,40,30,20,70,60,50,40,30,20,10,60,50,40,30,20,15,10,GB 93589,标准规定，高温作业工人在不同温度、不同劳动强度条件下,允许持续接触热时间,人与环境的界面设计,人与热环境,为保证高温作业工人持续接触热环境后生理功能得到恢复，标准还规定，持续接触热环境后必要休息时间不得少于,15min,，且休息时应脱离热环境。在应用该标准时，如高温作业工作地点空气湿度大于,75%,时，则空气湿度每增加,10%,，允许持续接触时间相应降低一个档次。,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境的改善,-,在生产技术方面采取的措施,a.,合理布置热源和疏散热源,应尽可能地将热源布置在车间主导风向下风侧及天窗下面。高温半成品和成品应及时运到室外。,b.,隔热,设置水幕（铁纱水幕、铁皮水幕）、水箱（流动水箱、水炉门、串水板）、水凉亭、遮热板等。,c.,自然通风,主要设施有普通天窗、挡风天窗、井式天窗和开敞式厂房等。,d.,降低湿度,在高温或低温环境中，在通风口设置除湿器。,e.,机械通风,主要采用风扇、喷雾风扇、空气淋浴和岗位送风。,f.,设置空气调节设备,。,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境的改善,-,在保健方面采取相应的措施,a.,供给饮料和补充营养,可供应,0.2%,0.3%,的盐开水或盐茶、盐汽水。饮料的温度以,8,12,为宜。饮用方式以少量多次为好。由于在高温下劳动，能耗增加，所以膳食总热量应达到,3100,3300Kcal,。此外还应适当补充蛋白质和维生素等。,b.,合理使用劳保用品,高温环境条件下劳动应合理地使用个人防护用品，以防止高温和辐射对人体的危害。特殊高温作业须佩戴隔热面罩和穿热反射服或冰服、风冷衣。在低温作业车间作业或冬季在室外作业，应穿御寒服。御寒服应用热阻值大、吸汗和透气性强的衣料制成，且衣服尺寸不宜过紧。如果,穿御寒服影响操作时，可采用热辐射的方法御寒。,c.,进行适应性检查,人的热适应能力是有差别的，因此就业前应进行职业适应性检查。凡有心血管器质性病变的人,均不适宜于高温作业。,人与环境的界面设计,人与热环境,热环境的改善,-,在生产组织方面采取的措施,a.,在高温环境下合理安排作业负荷，使人体维持热平衡，尽量缩短连续作业时间；如,实行减少班时间、增加休息次数、延长午休时间等。,b.,使工间休息场所远离热源，并置备有足够的椅子、茶水、风扇及淋浴等设施。休息室中的气流速度不宜过高、温度不宜过低，以免破坏皮肤的汗腺机能。休息室中的温度在,20,30,时，最有利于高温作业环境下身体积热后的休息。,c.,对于离开高温作业环境较长时间而又重新从事高温作业者，应给予更长的工间休息时间，使其逐步适应高温环境。高温作业应采用集体作业，以便能及时发现热病患者。应训练高温作业者，使其能辨别热衰竭和热昏迷，以便及时抢救。,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境,人通过视觉从外界获得信息，效率与质量同人机环境照明有直接关系。同时，维持基本的人的视觉功能也有赖于环境照明，即作业环境中的光环境。光环境包括自然采光和人工照明。利用自然界的天然光源，解决作业场所的照明叫天然采光。利用人工制造的光源来解决作业场所照明的叫人工照明。自然光线均匀、光质好、照度大、节约资源。因而，应尽可能利用自然光。,人与环境的界面设计,人与光环境,采光与照明常用的度量单位,-,光通量,光通量是最基本的光度量，是指单位时间内光辐射能量的大小。它是根据人眼对光的感觉来评价的辐射通量。例如，一个,200W,的白炽灯比,100W,的白炽灯要亮得多，也就是发出光的量多。定义光源发出光的量为光通量，其单位为流明（,lm,）。,光通量就视觉而言，是按光谱光效率曲线的效率，被人眼所接受的由辐射体发出的辐射通量，若辐射体的光谱辐射通量是,e,，则光通量,的表达式为：,式中：,K,m,最大光谱光效能，其值为,683,（,lm/W,）。,e,光谱辐射通量，即在给定波长为,的附近无限小的范围内，单位时间内发出辐射通量的平均值，单位为,W/s,。辐射通量也称辐射功率。,V,（,）,明视觉光谱光效率。,人与环境的界面设计,人与光环境,光强,光强用来表示发光体在不同方向上光通量的分布特性。如图所示，,S,为点关发光体，它向各个方向辐射光通。若在某个方向上取微小立体角,d,在此立体角内所发出的光通量为,dr,，则两者的比值即为该方向上的发光强度，即：,光强在数值上等于单位立体角内所辐射的光通量，其单位为坎德拉，简称坎（,cd,）。因而，,1,坎德拉（,cd,）,=,流明（,lm,）,/,球面度（,sr,）。,人与环境的界面设计,人与光环境,照度,照度用来表明被照面上照明量的大小，在照明系统设计中，常用照度值规定照明的标准值。以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积,dA,，入射的光通为,dI,，则照度,E,为：,照度的国际单位是勒克斯（,lx,）,1,个勒克斯表示在,1,平方米面积上均匀分布,1,流明光通量的照度值；或者是表示光强为,1,坎德拉的均匀发光的点光源，以该光源为中心在半径为,1,米的球表面上，各点所形成的照度值。,人与环境的界面设计,人与光环境,亮度水平与人的感受关系,发光体,亮度,/cd/m,2,通过大气观察到的太阳表面,微阴时天空亮度,在太阳直射下的绝对白色表面,充气的钨丝灯表面,40W,荧光灯表面,电视屏幕,照度为,301x,的白色表面,1.4710,9,5.610,3,310,4,1.410,7,5.410,3,170,350,10,人与环境的界面设计,人与光环境,光的质量,光的质量是指光的稳定性和均匀性、光色效果和是否有眩光等。,人与环境的界面设计,人与光环境,光的稳定性和均匀性,光的稳定性是指照度在设计的光强度内应保持恒定的值，不产生波动、不发生频闪。,光的均匀性是指照度和亮度在某一作业范围内相差不大，分布均匀适度。,人与环境的界面设计,人与光环境,照度不稳（闪烁或忽明忽暗）或分布不均匀时，不仅妨碍视力，而且还增加了视觉器官的额外负担，因为此时眼睛需随照度的改变而不断调整瞳孔大小和明暗适应。直射光源容易产生照度不均匀，而光线过分分散又会使物体亮度相同，从而不易分辨前后、深浅、高低和远近。因此，光线的扩散程度，既要保持工作场所的照度均匀，又要使阴影柔和。,人与环境的界面设计,人与光环境,光色效果,光源的光色包括色表和显色性。色表是光源所呈现的颜色，如荧光灯呈日光色；高压钠灯呈全白色。当不同光源分别照射到同一种颜色的物体上时，该物体将呈现不同的颜色，这种现象称为光源的显色性。,人与环境的界面设计,人与光环境,光色效果,显色性通常以显色指数表示，并把显色性最好的日光作为标准，其显色指数定为,100,，其他光源的显色指数均小于,100,，如下表所示。,光 源,显色指数,白炽灯,97,日光色荧光灯,75,94,氙灯,95,97,白色荧光灯,55,85,金属卤化物灯,53,72,高压汞灯,22,51,高压钠灯,21,人与环境的界面设计,人与光环境,光色效果,物体的颜色将随照明条件的不同而变化物体的本色只有在天然光照明的条件下才会不失真地显示出来。显色指数愈小，显色性愈差。有色的照明，使被照物体的颜色随照明色而变化，变化情况如下表所示。,物体的颜色,照 明 的 颜 色,红,黄,绿,天蓝,白,淡红,淡黄,淡绿,淡蓝,黑,红黑,橙黑,绿黑,蓝黑,红,灿红,亮红,黄红,深蓝红,天蓝,红蓝,淡红蓝,绿蓝,亮蓝,蓝,深红紫,淡红紫,深绿紫,灿蓝,黄,红橙,灿淡橙,淡绿黄,淡棕,棕,综红,棕橙,深橄榄棕,蓝棕,物体色受照明色影响 所显示的颜色,人与环境的界面设计,人与光环境,眩光,眩光也称眩目，是由于视场中的亮区产生刺眼和耀眼的强烈光线，从而引起视觉器官不舒适和视觉功能下降的一种现象。眩光按其产生原因可分为直射眩光、反射眩光和对比眩光。直射眩光是由强烈光线直接照射产生的。直射眩光效应与光源位置有关，如右图所示。反射眩光是强光照射过于光亮的表面（如电镀抛光表面）后再反射到人眼所造成的眩光。对比眩光是由于被视目标与背景明暗相差太大而造成的眩光。,人与环境的界面设计,人与光环境,眩光,眩光可造成如下危害：,a.,破坏视觉的暗适应，产生视觉后象，使视觉功能下降，影响视觉作业效率。下图为眩光源处于不同位置时对视觉作业效率的影响。,人与环境的界面设计,人与光环境,b.,眩光在眼球媒质内散射，减弱了被视目标与背景之间的对比。,c.,眩光使视细胞受高亮度光源的刺激，并使大脑皮质细胞间产生相互作用从而造成对被视目标的观察模糊。,d.,眩光造成视觉疲劳、视力下降。严重的眩光可使人暂时失明。,e.,眩光使人烦恼，精神涣散，注意力不集中。操作质量降低，作业效率下降。有研究表明，对于精细的工作，眩光在,20min,内即可使差错率明显提高，作业明显下降。,眩光,眩光可造成如下危害：,人与环境的界面设计,人与光环境,防止和控制出现眩光，可采取如下措施,：,a.,限制光源亮度,当光源亮度大于,16sb,时，会产生严重眩光。对于白炽灯灯丝亮度达,300sb,以上时，应考虑用半透明或不透明材料养活其亮度或将其遮住。,b.,合理布置光源,应尽可能将光源布置在视线外微弱刺激区，如采用适当的悬挂高度，使光源在视线,45,范围以上。也可采用不透明材料将眩光源挡住，使灯罩边缘至灯丝连线与水平线构成一定角度，该角度以,45,为好，至少不应小于,30,。,c.,使光线转为散射,使光线经灯罩或天花板、墙壁漫射到工作场所。,d.,对于反射眩光，应通过变换光源位置或工作面位置，使反射光不处于视线内,。还可通过选择材质和涂色来降低反射系数，避免反射眩光。,e.,适当提高环境亮度,，使物体亮度与背景亮度之比不超过,100,：,1,，以减少亮度对比，防止对比眩光的产生。,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境对工作的影响,天然采光是白天利用由太阳发射的光照射物体及其周围环境；,人工照明是利用人工光源照射物体及其周围环境。,不管是天然采光还是人工照明，其主要目的都是给人们的生活和生产提供必须的视觉条件。,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境和生产率,通过大量的统计分析，良好光环境的作用可用下图表示。由图可知，良好光环境主要是通过改善人的视觉条件（照明生理因素）和改善人的视觉环境（照明心理因素）来达到提高生产率的。,人与环境的界面设计,人与光环境,日本照明学会关西分会就改善照明的效果曾作过实际调查，其调查结果见下表,工 种,照 度,/lx,改善效果,/%,改善前,改善后,（,1,）合成纤维精纺室,160,230,产量增加,0.08,（,2,）机械厂,机械加工,40,180,产值增加,4.2,工作损失费减少7.9,机械装配,30,170,产值增加,12.2,工作损失费减少,1.3,（,3,）自动售货机的零件制造,150,300,250,500,提高生产率,9.5,有关差错减少,5.0,工伤事故减少,66.6,（,4,）机械用仪表厂,100,300,产量提高,15.0,出勤率提高,30.0,（,5,）电度表组装、修理、检查,旧工厂,平均,430,新工厂,平均,720,生产件数增加,8.2,不合格率减少,3.0,出勤率提高,2.8,人与环境的界面设计,人与光环境,由上述两实例可见改善照明所产生的效果，不仅提高了生产率，而且还减少了差错率和工伤事故率。,由于改善照明而提高效率的实例（欧洲）,工 种,照 度,/lx,工作效率提高,/%,次品减少,/%,事故减少,/%,改善前 改善后,照相机装配,皮革冲压成型,珍珠挑选,钩针编织,装配室,螺丝挑选,电话接收装配,无摩擦轴承制造,屋顶瓦片制作,飞机零件装配,工具厂,机械厂,370 1000,350 1000,100 1000,100 1000,100 1000,100 1000,150 250,60 250,50 200,500,（一般照明）,1000,（局部照明）,4000,500 1600,2500,300 2000,7.4,7.6,6.0,8.0,30,10,36,13,4,*,10,16,*,*,-,22,18,22,57,*,*,9020,29,*,*,-,-,*,*,*,*,*,*,50,52,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境和安全,良好的光环境对降低事故发生率和保护工作人员的安全有明显的效果。,一些国家由于设置了道路照明而得到的改善效果,道路种类,国名,夜间事故减少率（,%,）,交通事故的种类,高速公路,美国,40,52,62,重大事故,死亡及重伤事故,重大事故,地方干道,英国,76,38,53,61,44,30,38,重大事故,重大事故,重大事故,重大事故,重大事故,重大事故,重大事故,城市道路,英国,45,23,30,行人事故,人身事故以外的其他事故,重大事故,瑞士,36,重大事故,澳大利亚,57,21,29,行人事故,行人事故以外的其他事故,重大事故,英国,30,33,重大事故,重大事故,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境和安全,良好的光环境对降低事故发生率和保护工作人员的安全有明显的效果。,下图是因改善了照明和工作场所的粉刷而减少事故发生率的统计资料。,人与环境的界面设计,人与光环境,采光和照明要素与视觉功能的关系,照度要求,右图是照度与视力的关系曲线。从图可以了解到：当照度很低时，人的视力也很低；随着照度的提高，视力也明显提高；但照度超过,10,3,lx,时，随着照度提高，视力增加很少。如图所示，当照度由,10,3,lx,提高到,10,5,lx,时，照度提高了,100,倍，而视力提高不到,0.4,。从经济分析的观点来看，照度在,10,10,3,lx,范围内是经济的。但照明心理学研究指出，获得舒适照明最适宜的照度平均值为,2000 lx,左右。,人与环境的界面设计,人与光环境,根据人的生理和心理要求，选用的照度值不宜太低；由于经济因素的限制，选用的照度值又不宜太高。为此，我们通常选用的照度值应不低于我国公布的,工业企业采光和照明设计标准,中的最低照度值。,照度分级（,Tj3479,）,照度,/lx,2500,1500,1000,750,500,300,200,150,100,75,50,30,20,10,5,3,2,1,0.5,0.2,生产车间工作面上的最低照度值（,Tj3479,）,识别对象的最小尺寸,d/mm,视觉工作分类,识别对象与背景的亮度对比,最低照度,/lx,等,级,混合照明,单独使用一般照明,d0.15,甲,小,1500,-,乙,大,1000,-,0.5d0.3,甲,小,750,200,乙,大,500,150,0.3d0.6,甲,小,500,150,乙,大,300,100,0.6d1.0,甲,小,300,100,乙,大,200,75,1d2,150,50,25,20,一般观察生产过程,10,大件贮存,5,有自行发光材料的车间,30,人与环境的界面设计,人与光环境,由于人眼在不断适应亮度变化的过程中，容易引起疲劳和不舒适感，因此，室内亮度对比值不宜大于下表所给出的值；而室内各个面的反射率的选择可参考右表中的推荐值。,办公室,车间,工作对象与其相邻近的周围之间（如书或机器与其周围之间）,工作对象与其离开较远处之间（如书与地面、机器与墙面之间）,照明器或窗与其附近周围之间,在视野中的任何位置,3:1,5:1,3:1,10:1,20:1,40:1,反射率的推荐值,顶棚,墙壁（平均值）,80%,90%,40%,60%,顶棚,墙壁（平均值）,25%,45%,20%,40%,人与环境的界面设计,人与光环境,光源色与视觉,a.,标准光源 物体的颜色与照明条件的光谱有着密切的关系，要判定物体的颜色，就必须先确定光源的光色。因此，国际照明委员会（,CIE,）规定了三种标准光源。,(a)A,光源，指色温为,2854K,点燃的充气钨丝灯光源，它以白炽灯为代表。,(b)B,光源，是在,A,光源上加了一个液体滤光器而得到近似,4874K,的黑体放射光，用它代表直射太阳光。,(c)C,光源，是在,A,光源上加上一个液体滤光器而得到类似,6774K,的黑体放射光，用它代表阴天的昼光。,人与环境的界面设计,人与光环境,通常物体的色彩是指在,C,光源下的颜色。,b.,光源的色度 定量地表示颜色的体系称为表色系。在照明技术中广泛应用,CIE,表色系。它的表示方法是基于三原色红、绿、蓝，并假定任何颜色都是由此三原色按不同比例混合而成的。通常用,X,、,Y,、,Z,表示色度坐标，红用,X,、绿用,Y,、蓝用,Z,表，则,X+Y+Z=1,。在该表色系中用,X,、,Y,表示光源色度。各种光源的色度见下表，如,100,瓦白炽灯的色度是,X=0.456,，,Y=0.407,，则,Z=1-,（,0.456+0.407,）,=0.144,这说明白炽灯的光色中蓝色非常少。,光 源,X,Y,荧光灯,日光灯（普通，天然色形）,白 色（普通，天然色形）,暖白色（普通，天然色形）,0.313,0.361,0.405,0.324,0.363,0.391,白炽灯,100W,1000W,0.456,0.442,0.407,0.406,水银灯,400W,高压汞灯,400W,荧光高压汞灯0.331,0.366,0.400,0.422,弧光灯,氙灯,钠灯,氖灯（红色）,0.390,0.320,0.575,0.666,0.382,0.319,0.424,0.334,各种光源的色度,人与环境的界面设计,人与光环境,色温度 （开尔文提出）,开尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它产生辐射最大强度的波长随温度变化而变化。例如，当黑体受到的热力相当于,500550,时，就会变成暗红色（某红色波长的辐射强度最大），达到,1050,一,1150,时，就变成黄色,因而，光源的颜色成分是与该黑体所受的温度相对应的。色温通常用开尔文温度,(K),来表示，而不是用摄氏温度单位。打铁过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是黑体理论的最好例子。通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。色温计算法就是根据以上原理，用,K,来对应表示物体在特定温度辐射时最大波长的颜色。,人与环境的界面设计,人与光环境,当热辐射光源（如白炽灯、卤钨灯等）的光谱与加热到温度为,TC,的黑体发出的光谱分布相似时，温度,TC,即称为该光源的色温度。各种光源的色温度见右表。,光 源,色温度,/K,太阳（大气外）,太阳（在地表面）,蓝色天空,月亮,蜡烛,煤油灯,弧光灯,钨丝白炽灯（,10W,）,钨丝白炽灯（,100W,）,6500,4000,5000,18000,22000,4125,1925,1920,3780,2400,2740,钨丝白炽灯（,1000W,）,荧光灯（昼光灯）,荧光灯（白色）,荧光灯（暖白色）,金属卤化物灯,金属钠铊铟灯,金属镝铟灯,金属钪钠灯,高压钠灯,2020,6500,4500,3500,4200,5500,6000,3800,4200,2100,色温度,人与环境的界面设计,人与光环境,光源色温的视觉效果,人对不同的光源色温有冷或暖的感觉，如下表所示。,色温和感觉,色温度,/K,感觉,5000,3300,5000,3300,冷的,中间的,暖的,人与环境的界面设计,人与光环境,光源色温的视觉效果,同一色温的光源，当其照度不同时，人的感觉也不同。一般，低色温的光在较低的照度下感受到愉快，而在高照度下则感到过于刺激。高色温的光在低照度下琶有沉错暗，而在高照度下则感到愉快，照度和色温与感觉的关系,见下表。,色温与感觉的关系,照度,/lx,光 源 色 的 感 觉,暖 色 的,中 间 的,冷 色 的,500,500,1000,1000,2000,2000,3000,3000,愉 快 的,刺 激 的,不 自 然,中 间 的,愉 快 的,刺 激 的,冷 的,中 间 的,愉 快 的,人与环境的界面设计,人与光环境,为了调节次序暖感，可根据不同环境或地区的气候情况，采用与感觉相反的光源来增加舒适感如在热的或温暖的地区宜使用高色温、冷色调光源；反之，则宜用低色温、暖色调光源。获得舒适气氛的照度和色温参数见下图,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境设计的人机工程学原则,照明的目的大致可分为，以功能为主的明视照明和以舒适感为主的气氛照明。,室内光环境设计的基本要求有：,a.,合理的照度平均水平；在同一环境中，亮度和照度不要过高或过低，也不要过于一致而显得单调；,b.,光线的方向和扩散要合理，避免产生干扰的阴影，但还应该保留必要的阴影，使物体有一种立体感。,c.,不让光源光直接照射眼睛，避免产生眩光，而应让光源光线物体或其邻近区域，只让反射光线进入眼睛，以防止晃眼；,d.,光色要合理，光源光谱要有再现各种颜色的特色；,e.,让照明和色相协调，使气氛令人满意，按美的原理设计光环境；,f.,创造理想的光环境不能忽视经济条件的制约，要考虑技术经济要求。,人与环境的界面设计,人与光环境,创造理想的光环境的要求如下图所示。,人与环境的界面设计,人与光环境,光环境的综合评价,光环境设计的目的是创造舒适的空间照明环境由人类工程学对其的要求来考虑，光环境质量是多个因素综合评价的结果。,a.,评价方法 评价由于光环境的舒适性受多个不定因素的影响，因而采用问卷法来获得主观判断所确定的各项指标，进而确定光环境所属的质量等级。此法的问卷形式见下表。其评价项目包括光环境中十项影响人的工作效率与心理舒适的因素，每项又包括四个可能状态。评价人员经过观察与判断，从每个项目的各种可能状态中选出一种最符合自己的观察与感受的状态进行答卷。,人与环境的界面设计,0,分,10,分,50,分,100,分,共,10,项,人与环境的界面设计,人与光环境,人与环境的界面设计,人与光环境,评价结果与质量等级,项目评分和光环境指数的计算结果，分别表示光环境各评价项目特征及总的质量水平。各项评分及光环境指数越大，表示光环境存在的问题越大，即其质量越差。,为了便于分析和确定评价结果，该方法将光环境质量按光环境指数的范围分为四个质量等级，其划分方法及其含意义见下表,视觉环境指数,S,S=0,0S10,1050,质量等级,1,2,3,4,意义,毫无问题,稍有问题,问题较大,问题很大,质量等级,人与环境的界面设计,人与光环境,声音环境,在固体、液体和气体介质中传播的机械波均称为声波，与人的听觉有关的声音，主要是指在空气介质中传播的声波。它是由于振动着的物体同周围空气相互作用而产生的，声音传播的速度称为声速,C,，在空气中声速只取决于空气本身的弹性（空气的压缩系数,K,）和惯性（空气的密度,），与声波强度声波形式等无关，在常温下声速是,340m/s,。,在环境中，人们需要声音来传播信息，从声音中获得感受（如音乐），同时声音也会干扰人的工作和生活。那些使人感到烦恼或不需要的声音称为噪声，环境噪声会妨碍人的感知，也会造成人的生理或心理上的伤害，因而研究声音对人的影响是本学科的一项重要任务。,人与环境的界面设计,人与光环境,噪声对工作的影响,当噪声达到,70dB,（,A,），对人们各种工作的影响表现在以下几个方面：,影响工作者的注意力；,对于脑力劳动和需要高度技巧的体力劳动等会降低工作效率；,对于需要高度集中精力的工作，会造成差错；,对于需要经过学习后才能从事的工作，会降低工作质量；,对于不需要集中精力从事的工作，人将会对中等噪声级的环境产生适应性；,如果已对噪声适应，同时又要求保持原有的工作能力将要消耗更多的精力，从而加速人的疲劳；,人与环境的界面设计,人与光环境,噪声对听觉的影响,a.,暂时性听力下降,在噪声作用下，可使听觉发生暂时性减退，听觉敏感度降低，可听阈提高。这种听力下降是可逆的，当人离开强噪声环境而回到安静环境时，听觉敏感度很快就会恢复，因而称为暂时性听力下降。不同的人对噪声的适应程度是不同的。但暂时性听力下降却有明显的特征，即受到噪声作用后听觉有较小的减退现象，约,10dB,，回到安静环境中听觉敏感度能迅速恢复，通常以在,4000Hz,或,6000Hz,处比较显著，而低频噪声的影响较小,人与环境的界面设计,人与光环境,噪声对听觉的影响,b.,听力疲劳，即短时间或不很强烈的噪声引起人耳功能性病变。经过一段时间后可以自行消除。这种现象称之为听力疲劳，听力疲劳不仅取决于噪声级，还取决于噪声的