【国家标准(GB)】 热环境人类工效学 代谢率的测定

ICS13.180
中华人民共和国国家标准
GB/T18048—2008/ISO8996:2004代替GB/T18048-2000
热环境人类工效学
代谢率的测定
Ergonomics of the thermal environment-Determination of metabolic rate(ISO8996:2004IDT)
2008-07-16发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-01-01实施
GB/T18048—2008/IS08996:2004前言
规范性引用文件
3方法和准确度
3.1总则
3.2方法
3.3准确度
4第一级筛分法
按职业估算代谢率用表
代谢率种类的划分
第二级
观察法
根据工作要求估算代谢率
典型活动的代谢率
一个工作周期的代谢率
工作与休息时间长度的影响
内插法估值
代谢率用表的使用要求
第三级
解析法
利用心率估算代谢率
6.2心率与代谢率的关系
7第四级测量法
用耗氧量测定代谢率
7.2采用双标水法进行长时间测量·7.3直接测热法原理
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录）
利用第一级方法(筛分法)估算代谢率利用第二级方法(观察法)估算代谢率利用第三级方法(解析法)估算代谢率利用第四级方法（测量法）估算代谢率（根据所测数据计算代谢率的实例）
GB/T18048—2008/IS08996:2004本标等同采用ISO8996：2004《热环境人类工效学代谢率的测定》（英文版）。
本标准是对GB/T18048--2000《人类工效学代谢热量的测定》的修订。本标准与GB/T18048一2000相比，主要技术内容变化如下：一本标准首次将人体代谢率测量方法划分为4种，即筛分法、观察法、解析法和测量法。其中，观察法、解析法的技术内容在原标准基础上作了不同程度的更新和补充；双标水法和直接测热法为新增加内容。
在附录B中增加了关于代谢率测量日志格式的内容。本标准的附录A、附录B、附录C和附录D为资料性附录。本标准由全国人类工效学标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位：中国标准化研究院。本标准主要起草人：刘太杰、肖惠、滑东红、张欣、冉令华。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：—GB/T18048—2000。
1范围
GB/T18048--2008/IS089962004
热环境人类工效学
代谢率的测定
本标准规定了在工作气候环境下的各种代谢率测定方法。本标准适用于工作行为评估，特定工作、体育运动的体能消耗估算，以及特定活动的总能耗估算等。注：本标准使用的估算、表格及其他资料均建立在以下标准人的基础上：男性：30岁，体重70kg，身高1.75m（体表面积为1.8m2）；女性：30岁，体重60kg，身高1.70m(体表面积为1.6m)。如果用户所面对的是特殊人群，比如包括儿童、老年人或残疾人等群体，应做出适当的修正。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ISO9886人类工效学用生理学方法评价热紧张ISO15256热环境人类工效学热工作条件下预防热紧张及不适的风险评估策略3方法和准确度
3.1总则
代谢率决定着人们暴露在热环境中的舒适度或疲劳度。特别是在比较热的气候下，肌肉活动所产生的大量代谢热加剧了热应激，大量的热量需要以汗液蒸发的方式散发。被称为“有用功”的肌肉活动的机械效率比较低，对于大多数的工业作业而言，所占比例很低（只有百分之几），因此通常忽略不计。因此，可以假定总能量消耗等于所产生的热量。本标准中假定代谢率等于热量生成速率。表1中列举了用于测定代谢率的多种方法。这些方法构建在ISO15265中所述关于接触评定的基本原理之上。这里考虑划分为4级。
代谢率测定方法分级
第一级
第二级
第三级
第四级
筛分法
观察法
解析法
测盘法
1A：按职业分类
1B：按活动分类
2A：群组估算表
2B：具体活动表
特定条件下测量心
4A：测量耗氧量法
4B：双标水法
4C：直接测热法
粗略信息，很有可能出错
有较大可能出错，精度：土20%
出错的可能性一般，精度：
误差程度在测量或在操作与工
时研究允许的范围内，精度：
作业现场检查
不必要，但需要技术设备和工
作组织的信息
有必要进行操作和工时研究
需研究确定典型时段
有必要进行操作和工时研究
有必要进行作业现场检查，但
必需评估休闲活动
不必要
GB/T18048—2008/IS08996:20043.2方法
3.2.1第一级筛分法
为了灵活表征特定职业或活动的工作负荷的平均值，介绍了两种简易的方法。方法1A是按照职业所作的分类；一方法1B是按照活动的种类所做的分类。两种方法都只是提供了一种估计，都存在相当程度的误差。这也在很大程度上限制了它们的准确度。在这一级，不需要进行作业现场调查。3.2.2第二级观察法
面向对工作条件有充分了解而无需进行工效学培训的用户，介绍了两种一般在特定时间概括工作状况的方法。
方法2A，将基础代谢率与不同姿势、工作类型以及特定工作速度下人体动作的代谢率（采用组群评价表)相加，得到代谢率。—方法2B，利用不同活动的评估表来确定代谢率。为了按时间轴记录活动并计算时间加权平均代谢率，本标准中描述了一种程序，对上述两种方法所取得的数据进行处理。误差可能比较高。为了确定一个周期内各种活动工况条件下的代谢率，有必要进行操作和工时研究。
3.2.3第三级解析法
该方法主要定位于接受过职业健康和热环境人类工效学培训的人群。通过记录一个典型周期内的心率测定代谢率。这种间接测量代谢率的方法的依据是，一定条件下耗氧量与心率具有相关性。3.2.4第四级测量法
介绍了三种测量的方法，需要由专家具体实施。一方法4A，在较短的周期内（10min～20min）进行耗氧量的测量。为了说明测量期的代表性，有必要进行详细操作和工时研究。———方法4B,即所谓的双标水法，旨在表征更长时期内的平均代谢率。—方法4C，直接测热法。
3.3准确度
估算准确度的主要影响因素有以下几方面：一个体差异；
工作设备差异；
—工作速度差异；
操作技术与技巧差异；
—一性别差异和人体测量学特点；文化差异；
使用估算表时，观测者及其培训水平的差异；-使用第三级方法时，心率与摄氧量相关性的准确度，同时其他的紧张因素也会影响心率；在第四级方法中，测量本身的准确度（气体体积和氧气体积分数的测定）。结果的准确性及其研究费用都从第一级到第四级逐步增加。第四级的测量中给出了最精确的数值，应尽可能采用最准确的方法。4第一级筛分法
4.1按职业估算代谢率用表
附录A的表A.1给出了不同职业的代谢率。所给数值是全部工作时间的平均值，但未考虑较长时间的休息暂停，例如，午餐时间。由于技术、工作内容、工作组织等的差异，数值可能出现明显变化。2
4.2代谢率种类的划分
GB/T18048—2008/ISO8996:2004利用附录A所给出的分类，可以大致估算代谢率。表A.2中将代谢率划分为5级：休息、低代谢率、中等代谢率、高代谢率、极高代谢率。对每一级均给出了代谢率平均值和取值范围以及许多实例。这些活动中包含短时间的休息暂停。表A.2中所给出的实例说明了这种分类方法。5第二级观察法
5.1根据工作要求估算代谢率
—一涉及作业的身体各部位：双手、单臂、双臂、全身。一身体各部分的工作负荷：轻度、中度、重度，这些由观测人员主观判断；身体姿势：坐、跪、麟、站、弯腰站立；工作速度。
附录B中表B.1给出了标准人坐姿下相应肢体部分承受工作负荷时代谢率的平均值和取值范围。表B.2给出了非坐姿情况下的纠正值。5.2典型活动的代谢率
附录B表B3中给出了典型活动的代谢率数值。这些数值是基于以往各实验室的测量基础上得到的。5.3一个工作周期的代谢率
为测定一个工作周期的全部代谢率，需要进行操作和工时研究，其中将对操作进行详细描述，如每个活动的持续时间、所行走的距离、所攀登的高度、搬运的重量、所作动作的数目等。一个工作周期的时间加权代谢率按式(1)计算，通过测定每个活动的代谢率及其所持续的时间得出。1Mt
式中：
M——平均代谢率，单位为瓦每平方米（W/m2）；M;—单项活动代谢率，单位为瓦每平方米（W/m2）；t:\——活动的持续时间，单位为分(min)；T一一工作周期的持续时间，等于各部分持续时间之和，单位为分（min）。.......(1)
可通过使用表B.4和表B.5中所给出的日志，使得一个工作日或特定时间的职业活动及其持续时间的记录得以简化。当活动发生变化时，就采用一种分类码进行记录。这种分类码来源于根据不同任务组成估算代谢率的表格。需要考的组成的数量将视活动的复杂程度而变化。估算程序如下：a）填写被研究者的姓名及其他详细资料；b）观察被研究者的操作(2h～3h)；确定单个任务的组成，并根据表B.1、表B.2或表B.3估算相应的代谢率；c）
始终将发生变化的任务组成填人日志；d)
计算各任务组成所耗费的总时长；e）
将各任务组成所耗费的时间与对应的代谢率相乘；f)
g）将上述乘积相加；
h）将上述加和除以总观测时长。此类估算的表格已由表B.4和表B.5给出。5.4工作与休息时间长度的影响
附录B中所给出的表格不适用于工作时间短和休息时间较长的工作。因为在这种情况下，5.3中所提供的方法将导致代谢率的估算值偏低，这就是西蒙森效应。工作时间和休息时间复合后有效性的限制在图1的曲线中得到了说明。例1显示8min休息及1min工作的工作节律。在这种情况下，5.3中所描述的方法将导致代谢率的估算值偏低，并且附录B中的代谢率表不能使用。对于像例2中那样的工作一休息周期，上述表格可以使用并能够达到所标示的精度。图1只适用于休息期间无工作负荷的情况。西蒙森效应所导致的代谢率的提高取决于工作类型和所使用的肌肉群。由于问题的复杂性并且在本级估算方法上的相关性较低，这里不再详述。3
GB/T18048-—2008/IS08996:2004Y.
X—工作时间长度；
1—例1；
Y休息暂停时间长度。
例2。
图1估算代谢率过程中工作和休息时间复合后有效性的限制曲线5.5内插法估值
当工作速度与附录B表中所给出的不同时，可在所给速度土25%范围内采用内插法对代谢率数值进行改动。
5.6代谢率用表的使用要求
附录A和附录B中所公布的值已针对舒适热环境下的标准人进行了统一处理，以便与不同来源的数值进行比较。
由于第3章中所提及的因素的影响，由特定的人执行特定的工作时的代谢率，可能会在表中所给出的平均值一定的上下限内变化。然而，据估计：一对于同一工作，在同一工作条件下，不同的人的代谢率可有不同，其偏差约为士5%；一在实验室条件下，对于一个接受过此类活动培训的人，变化幅度约为5%；在现场条件下，所测定的每一活动不是确切地在每一试验中都完全一致，其代谢率最高可能有20%的变动。
考虑到误差的存在，在这一级的估算上，要将身高和性别的差异考虑在内还缺乏足够的依据。对于步行、攀爬、提举重物等这类涉及全身运动的活动，可能有理由要考虑被测者的体重。在高温条件下，由于心率增加和排汗，代谢率值最高可增加5W/m2～10W/m，但此修正尚未得到充分证实。
另一方面，在低温条件下，在战栗发生时观到的代谢率值最高可增加200W/m2。穿厚重的衣服由于增加了被测者的体重并在一定程度上造成被测者行动不便，将导致代谢率的增加。6第三级解析法
6.1利用心率估算代谢率
特定时刻的心率可认为是式(2)中右边几部分心率值的总和：HR=HR+HRM+HRs+AHR+△HR+AHRe
式中：
在中等热环境下处于休息状态测定的心率，单位为次每分钟；4
（2）
GB/T18048--2008/IS08996：2004△HRM一一在中等热环境条件下由于动态肌肉负荷引起的心率增加量，单位为次每分钟；AHRs一一由静态肌肉工作造成的心率增加量，单位为次每分钟；AHR一由于热应激造成的心率增加量，单位为次每分钟；AHRv一一由于精神负荷造成的心率增加量，单位为次每分钟；△HRe一一其他因素导致的心率变化，例如由呼吸效应、生理节律等引起的心率变化，单位为次每分钟。在从事体力工作(没有热紧张和心理负荷)时，可以通过测量工作时的心率估算代谢率。如果考虑上述限制，此法可比第1类和第2类方法估算的更精确（见表1），也不像测耗氧量那么复杂，但耗氧量法可提供最准确的结果。
心率可连续记录，例如用遥测心率仪或用准确性较低的，通过数脉搏（见ISO9886)也可得到。平均心率HR，可在固定的时间间隔（例如1min)内计算，或在不同工作周期中或整个工作班的时间内计算。
在有相当大的热负荷、静态肌肉工作、使用小肌肉群进行的动态工作或有精神负荷存在时，心率与代谢率关系的形式及斜率将发生改变。ISO9886中给出了考虑热效应对心率测量的影响时的修正程序。6.2心率与代谢率的关系
可在中等热环境下的试验条件下，通过记录人体承受特定肌肉负荷时不同阶段的心率来确定心率与代谢率的关系。在肌肉的不同阶段，记录心率对应的耗氧量或所承担的体力工作。由于工作的种类（自行车功量计，台阶试验，踏步机）、负荷阶段的顺序以及时间都对两项参数（心率及代谢率）存在一定影响，因此要执行标准化程序。通常，在以下范围内常表现为线性关系：——120次/分钟以上，精神因素可以忽略不计；一达到低于被试者最大心率20次/分钟，因为高于此值，心率将趋于极限。在此范围内，心率与代谢率的相关性可写成：HR=HR。+RMX（M-M）
式中：
M——代谢率，单位为瓦每平方米(W/m）;M。——休息时的代谢率，单位为瓦每平方米（W/m）；RM—一单位代谢率对应的心率增加值；HR。一在中度热环境下，休息时的心率；根据这个关系式，可利用心率测量值导出代谢率的值。通过试验从HR和M的实测值推导上述表达式时，估算精度约为10%。忽略进一步的精度损失，可得到估算以下值的表达式。（3）
最大工作负荷（MWC，单位为W/m）作为年龄（用A表示，单位为岁）和体重（用W，表示，单位为kg)的函数，可由式(4)、式(5)估算：男性：MWC=(41.7-0.22A)Wo.666女性：MWC=(35.0-0.22A)W.556
最大心率（HRmx）可由式（6）、式(7)估算：HRmax=205-0.62A
RM=(HRx-HR)/(MWC-M)
M=55W/m。
·（4
（5）
附录C中表C.1直接给出了年龄在20～60岁、体重为50～90kg的人群的心率和代谢率关系的推测。在这种情况下，估算精度进一步降低。5免费标准下载网bzxz
GB/T18048—2008/IS08996：20047第四级
测量法
7.1用耗氧量测定代谢率
7.1.1部分法和整体法
代谢率的测定方法主要有以下两种：部分法，适用于轻微的和中等强度工作；完整法，用于短时间的高强度工作。使用上述两种方法的合理性可从下列方法证明：对于轻微的和中等强度的工作，摄氧量在短时间的工作之后即能达到稳定状态并等于需氧量。对于高强度工作，需氧量超出了长期最大有氧代谢能力的上限，对于超高强度工作，则超过了最大有氧代谢能力。高强度工作期间，摄氧量不能满足需氧量要求。氧债在工作停止后才得以抵消。因此，测量应包括工作时间和后续的时间。整体法适用于耗氧率超过60L/h，相当于每分钟1升氧气。图2给出了部分法的实施步骤。由于工作开始后3min～5min后耗氧率才能达到稳定状态，在不妨碍作业的前提下，呼出气的收集要在5min(初始阶段）后进行。工作再继续5min～10min（主要阶段）。气体采集工作既可以是完全采集（例如采用道格拉斯袋），也可以是定期采集（例如采用气体流量计）。工作停止时结束采集。
一时间，min；
摄氧率，L/min。
需氧量；
工作导致的代谢率增加量；
基础代谢率；
测量时间；
初始阶段；
主要阶段；
一工作阶段；
8亏氧量；
9——氧债补偿。
图2用部分法测定代谢率
用整体法（见图3），呼出气在工作开始后就立即收集，工作继续一定时间后，通常不多于2min～6
GB/T18048—2008/IS08996：20043min(主要阶段）。在工作结束时，让被试者坐下，测量继续进行直至恢复到休息的数值。在恢复阶段，工作中的氧债逐渐得到补偿。由于测量包括工作过程（主要阶段）和坐着过程（恢复阶段），所测代谢率数值应减去坐姿时的所需代谢率，以取得只与作业有关的代谢率。有必要记录作业过程(操作与工时研究)和活动的重复率，以便进一步评价结果并与文献中的代谢率数据进行比较。附录D中给出了计算代谢率的实例。Y
时间，min；
摄氧率，L/min，
需氧量；
最大有氧代谢能力；
工作导致的代谢率增加；
工作阶段；
主要阶段；
恢复阶段；
测量阶段；
亏氧量；
氧债补偿；
基础代谢率。
图3用整体法测量代谢率
通过耗氧率测定代谢率
由于人体只能储存很少的氧，所以需要通过呼吸作用不断地从大气中摄取氧。如果不能直接供给氧，肌肉在无直接供氧的情况下只能工作很短的时间（无氧工作）。但是，相对于较长时间的工作，氧化代谢是其主要能量来源。通过测量耗氧率可以确定代谢率。从耗氧率到代谢率的换算中，要引用能量当量(EE)的概念。
GB/T18048—2008/IS08996:2004能量当量取决于表征代谢作用类型的呼吸商（RQ)。测定代谢率时，采用取值为0.85的平均呼吸商，进而能量当量取值为5.68W·h/L(O2）通常比较充分。在这种情况下，不要求测量CO2的生成速率。可能出现的最大误差为士3.5%，但通常误差不超过1%。代谢率可由式(8)、式(9)、式(10)测定：RQ=
EE=5.88·(0.23RQ+0.77)
M = EE×Vo. ×
式中：
一呼吸商；
耗氧率，L(O2)/h；
CO2生成速率，L(CO,)/h；
能力当量，W·h/L(O2)；
代谢率，W/m；
式中：
体表面积，单位为平方米(m2）；由DuBois公式（式11)给出：Apu = 0. 202 × Wg 425 × Hg 725W—体重，单位为千克(kg);
H.—身高,单位为米(m)。
7.1.3摄氧量的测定
7.1.3.1标准状态气体体积换算系数的计算摄氧量的确定需要测量以下资料或记录：a）个人资料：性别、体重、身高、年龄；b）测量方法；
测量时间
部分法：主要阶段；
整体法：主要阶段和恢复阶段；大气压力；
呼出气体积；
呼出气温度；
呼出气中O2的体积分数，测定RQ时需要用；g）
h）呼出气中CO2所占百分数。
.（8）)
（9）
（10）
.（11）
气体体积需按标准状态(STPD状态，9=0℃，p=101.3kPa，干燥气体）来计算。由于所收集的气体都是饱和水蒸气（其饱和水蒸气压力是温度的函数），而测量温度为室温条件（ATPS状态：大气温度与大气压力，水蒸气饱和)，换算系数可由式(12)利用水蒸气分压计算(见表2)：273×（-Ho）
f = (273 +の)×101. 3
式中：
f——标准状态气体体积换算系数；一测量的大气压，单位为千帕(kPa)；p
一饱和水蒸气的分压(见表2)，单位为千帕(kPa)；（12）
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。