ISO 7933:2004
(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
ISO 7933:2004 specifies a method for the analytical evaluation and interpretation of the thermal stress experienced by a subject in a hot environment. It describes a method for predicting the sweat rate and the internal core temperature that the human body will develop in response to the working conditions. 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 subject. In this way, this International Standard makes it possible to determine which parameter or group of parameters should be modified, and to what extent, in order to reduce the risk of physiological strains. The main objectives of ISO 7933:2004 are the following: the evaluation of the thermal stress in conditions likely to lead to excessive core temperature increase or water loss for the standard subject; the determination of exposure times with which the physiological strain is acceptable (no physical damage is to be expected). In the context of this prediction mode, these exposure times are called "maximum allowable exposure times". ISO 7933:2004 does not predict the physiological response of individual subjects, but only considers standard subjects in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be used by ergonomists, industrial hygienists, etc., to evaluate working conditions.
Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
L'ISO 7933:2004 spécifie une méthode d'évaluation analytique et d'interprétation de la contrainte thermique subie par un sujet dans un environnement thermique chaud. Elle décrit une méthode permettant de prédire le débit sudoral et la température corporelle centrale que l'organisme humain met en oeuvre en réaction aux conditions de travail. 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 le sujet. L'ISO 7933:2004 permet ainsi de déterminer sur quel paramètre ou ensemble de paramètres il convient d'agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque d'astreintes physiologiques. Les principaux objectifs de l'ISO 7933:2004 sont les suivants: l'évaluation de la contrainte thermique dans des environnements susceptibles d'entraîner une élévation de la température corporelle centrale ou des pertes hydriques importantes chez un sujet standard; la détermination des durées d'exposition compatibles avec une astreinte physiologique tolérable (pas de dommage physique prévisible). Dans le cadre de ce modèle prédictif, ces durées sont dites «durées limites d'exposition admissibles». L'ISO 7933:2004 ne vise pas à prédire la réponse physiologique d'un sujet donné, mais concerne uniquement un sujet standard en bonne santé et apte à faire son travail. Elle est par conséquent destinée à être utilisée par des ergonomes, des hygiénistes du travail, etc. pour évaluer les conditions de travail.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7933
Second edition
2004-08-15
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
©
ISO 2004
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Symbols . 2
4 Principles of the method of evaluation. 5
5 Main steps of the calculation. 5
5.1 General heat balance equation. 5
5.2 Calculation of the required evaporative heat flow, the required skin wettedness and the
required sweat rate . 7
6 Interpretation of required sweat rate . 8
6.1 Basis of the method of interpretation . 8
6.2 Analysis of the work situation . 8
6.3 Determination of maximum allowable exposure time (D ) . 9
lim
6.4 Organization of work in the heat . 9
Annex A (normative) Data necessary for the computation of thermal balance. 10
Annex B (informative) Criteria for estimating acceptable exposure time in a hot work environment. 18
Annex C (informative) Metabolic rate . 20
Annex D (informative) Clothing thermal characteristics . 22
Annex E (informative) Computer programme for the computation of the Predicted Heat Strain
Model. 24
Annex F (normative) Examples of the Predicted Heat Strain Model computations . 33
Bibliography . 34
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 7933 was prepared by Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee SC 5, Ergonomics
of the physical environment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 7933:1989), which was based on the Required
Sweat Rate index. In order to avoid any confusion and, as extensive modifications are brought to the
prediction model, the name of the index has been changed to Predicted Heat Strain (PHS).
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Introduction
Other International Standards of this series describe how the parameters influencing the human
thermoregulation in a given environment must be estimated or quantified. Others specify how these
parameters must be integrated in order to predict the degree of discomfort or the health risk in these
environments. The present document was prepared to standardize the methods that occupational health
specialists should use to approach a given problem and progressively collect the information needed to
control or prevent the problem.
The method of computation and interpretation of thermal balance 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. In its present form, this method of
assessment is not applicable to cases where special protective clothing (reflective clothing, active cooling and
ventilation, impermeable, with personal protective equipment) is worn.
In addition, occupational health specialists are responsible for evaluating the risk encountered by a given
individual, taking into consideration his specific characteristics that might differ from those of a standard
subject. ISO 9886 describes how physiological parameters must be used to monitor the physiological
behaviour of a particular subject and ISO 12894 describes how medical supervision must be organized.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 7933:2004(E)
Ergonomics of the thermal environment — Analytical
determination and interpretation of heat stress using
calculation of the predicted heat strain
1 Scope
This International Standard specifies a method for the analytical evaluation and interpretation of the thermal
stress experienced by a subject in a hot environment. It describes a method for predicting the sweat rate and
the internal core temperature that the human body will develop in response to the working conditions.
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 subject. In this
way, this International Standard makes it possible to determine which parameter or group of parameters
should be modified, and to what extent, in order to reduce the risk of physiological strains.
The main objectives of this International Standard are the following:
a) the evaluation of the thermal stress in conditions likely to lead to excessive core temperature increase or
water loss for the standard subject;
b) the determination of exposure times with which the physiological strain is acceptable (no physical
damage is to be expected). In the context of this prediction mode, these exposure times are called
“maximum allowable exposure times”.
This International Standard does not predict the physiological response of individual subjects, but only
considers standard subjects in good health and fit for the work they perform. It is therefore intended to be
used by ergonomists, industrial hygienists, etc., to evaluate working conditions.
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.
ISO 7726, Ergonomics of the thermal environment — Instruments for measuring physical quantities
ISO 8996, Ergonomics of the thermal environment — Determination of metabolic rate
ISO 9886, Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological measurements
ISO 9920, Ergonomics of the thermal environment — Estimation of the thermal insulation and evaporative
resistance of a clothing ensemble
3 Symbols
For the purposes of this document, the symbols and abbreviated terms, designated below as “symbols” with
their units, are in accordance with ISO 7726.
However, additional symbols are used to for the presentation of the Predicted Heat Strain index.
A complete list of symbols is presented in Table 1.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
–
–
code = 1 if walking speed entered, 0 otherwise
–
–
code = 1 if walking direction entered, 0 otherwise
α
fraction of the body mass at the skin temperature dimensionless
α
skin-core weighting at time t dimensionless
i
i
α
skin-core weighting at time t dimensionless
i–1
i–1
ε
emissivity dimensionless
θ
angle between walking direction and wind direction degrees
A
DuBois body surface area square metre
Du
A
fraction of the body surface covered by the reflective clothing dimensionless
p
A
effective radiating area of a body dimensionless
r
C
convective heat flow watts per square metre
c
water latent heat of vaporization joules per kilogram
e
C
correction for the dynamic total dry thermal insulation at or above dimensionless
orr,cl
0,6 clo
C
correction for the dynamic total dry thermal insulation at 0 clo dimensionless
orr,Ia
C
correction for the dynamic clothing insulation as a function of the dimensionless
orr,tot
actual clothing
C
correction for the dynamic permeability index dimensionless
orr,E
c
specific heat of dry air at constant pressure joules per kilogram of dry air
p
kelvin
C
respiratory convective heat flow watts per square metre
res
c
specific heat of the body watts per square meter per
sp
kelvin
D
maximum allowable exposure time minutes
lim
D
maximum allowable exposure time for heat storage minutes
lim tre
D
maximum allowable exposure time for water loss, mean subject minutes
limloss50
D
maximum allowable exposure time for water loss, 95 % of the minutes
limloss95
working population
D
maximum water loss grams
max
D
maximum water loss to protect a mean subject grams
max50
D
maximum water loss to protect 95 % of the working population grams
max95
DRINK
1 if workers can drink freely, 0 otherwise dimensionless
2 © ISO 2004 – All rights reserved
Symbol Term Unit
dS
body heat storage during the last time increment watts per square metre
i
dS
body heat storage rate for increase of core temperature watts per square meter
eq
associated with the metabolic rate
E
evaporative heat flow at the skin watts per square metre
E
maximum evaporative heat flow at the skin surface watts per square metre
max
E
predicted evaporative heat flow watts per square metre
p
E
required evaporative heat flow watts per square metre
req
E
respiratory evaporative heat flow watts per square metre
res
f
clothing area factor dimensionless
cl
F
reduction factor for radiation heat exchange due to wearing dimensionless
cl,R
clothes
F
emissivity of the reflective clothing dimensionless
r
H
body height meters
b
h
dynamic convective heat transfer coefficient watts per square metre kelvin
cdyn
h
radiative heat transfer coefficient watts per square metre kelvin
r
I
static boundary layer thermal insulation square meters kelvin per watt
a st
I
static clothing insulation square meters kelvin per watt
cl st
I
clothing insulation clo
cl
I
total static clothing insulation square meters kelvin per watt
tot st
I
dynamic boundary layer thermal insulation square meters kelvin per watt
a dyn
I
dynamic clothing insulation square meters kelvin per watt
cl dyn
I
total dynamic clothing insulation square meters kelvin per watt
tot dyn
i
static moistur
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7933
Deuxième édition
2004-08-15
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 2004
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Symboles et termes abrégés . 2
4 Principes de la méthode d’évaluation. 5
5 Principales étapes de calcul . 5
5.1 Équation générale du bilan thermique. 5
5.2 Calcul du flux de chaleur par évaporation requis, de la mouillure cutanée requise et du
débit sudoral requis. 7
6 Interprétation du débit sudoral requis . 8
6.1 Base de la méthode d’interprétation. 8
6.2 Analyse de la situation de travail . 8
6.3 Détermination de la durée limite d’exposition admissible, D . 9
lim
6.4 Organisation du travail en ambiance chaude . 9
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 . 22
Annexe E (informative) Programme informatique permettant le calcul du modèle d'astreinte
thermique prévisible . 24
Annexe F (normative) Exemples de calculs du modèle d’astreinte thermique prévisible . 33
Bibliographie . 34
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 7933 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité SC 5, Ergonomie de
l'environnement physique.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 7933:1989), qui était fondée sur le calcul
de l’indice de sudation requise. L'indice a été renommé en indice d’astreinte thermique prévisible (PHS), afin
d’éviter toute confusion et compte tenu des nombreuses modifications apportées au modèle prédictif.
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Introduction
D'autres Normes internationales de cette série décrivent la manière dont les paramètres qui influencent la
thermorégulation du corps humain dans un environnement thermique donné doivent être estimés ou
quantifiés. D'autres encore spécifient le mode d'intégration de ces paramètres afin de prédire le degré
d’inconfort ou le risque pour la santé dans ces environnements thermiques. Le présent document a été
élaboré pour normaliser les méthodes qu'il convient que les spécialistes en médecine du travail utilisent pour
aborder un problème donné et pour recueillir régulièrement les informations nécessaires afin de maîtriser ou
de prévenir le problème.
La méthode de calcul et d'interprétation du bilan thermique est fondée 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 devront être prises en compte au fur et à mesure de leur acquisition. Dans sa
forme actuelle, cette méthode d’évaluation ne peut pas être utilisée dans le cas du port de vêtements
spéciaux de protection (vêtement réfléchissant, réfrigéré et ventilé, imperméable, avec équipement individuel
de protection).
Par ailleurs, 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 doivent être utilisés pour surveiller
le comportement physiologique d'un sujet particulier et l'ISO 12894 décrit la manière dont la surveillance
médicale doit être organisée.
NORME INTERNATIONALE ISO 7933:2004(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
La présente Norme internationale spécifie une méthode d'évaluation analytique et d'interprétation de la
contrainte thermique subie par un sujet dans un environnement thermique chaud. Elle décrit une méthode
permettant de prédire le débit sudoral et la température corporelle centrale que l'organisme humain met en
œuvre en réaction aux conditions de travail.
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 le sujet. La présente Norme internationale permet ainsi de déterminer sur quel
paramètre ou ensemble de paramètres il convient d'agir, et dans quelle mesure, afin de réduire le risque
d'astreintes physiologiques.
Les principaux objectifs de la présente Norme internationale sont les suivants:
a) l'évaluation de la contrainte thermique dans des environnements susceptibles d'entraîner une élévation
de la température corporelle centrale ou des pertes hydriques importantes chez un sujet standard;
b) la détermination des durées d’exposition compatibles avec une astreinte physiologique tolérable (pas de
dommage physique prévisible). Dans le cadre de ce modèle prédictif, ces durées sont dites «durées
limites d'exposition admissibles».
La présente Norme internationale ne vise pas à prédire la réponse physiologique d'un sujet donné, mais
concerne uniquement un sujet standard en bonne santé et apte à faire son travail. Elle est par conséquent
destinée à être utilisée par des ergonomes, des hygiénistes du travail, etc. pour évaluer les conditions de
travail.
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 s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7726, Ergonomie des ambiances thermiques — Appareils de mesure des grandeurs physiques
ISO 8996, Ergonomie de l’environnement thermique — Détermination du métabolisme énergétique
ISO 9886, Ergonomie — Évaluation de l'astreinte thermique par mesures physiologiques
ISO 9920, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination de l'isolement thermique et de la
résistance à l'évaporation d'une tenue vestimentaire
3 Symboles et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les symboles et termes abrégés, ci-après dénommés «symboles»,
avec leurs unités, sont conformes à l'ISO 7726.
Des symboles supplémentaires sont cependant utilisés pour représenter l'indice d’astreinte thermique
prévisible.
Une liste complète en est donnée dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Liste des symboles
Symbole Terme Unité
– code =1 si vitesse de marche saisie, sinon 0 –
– code =1 si sens de marche saisi, sinon 0 –
α fraction de masse corporelle à la température de la peau sans dimension
α pondération tempér. cutanée – interne au temps t sans dimension
i i
α pondération tempér. cutanée – interne au temps t sans dimension
i−1 i–1
ε émissivité sans dimension
θ angle formé par le sens de marche et la direction degrés
du vent
A surface du corps selon DuBois mètres carrés
Du
A fraction de surface du corps recouverte par le vêtement sans dimension
p
réfléchissant
A surface effective de rayonnement d'un corps sans dimension
r
C flux de chaleur par convection watts par mètre carré
c chaleur latente de vaporisation de l’eau joules par kilogramme
e
C correction pour l’isolement thermique dynamique total en sans dimension
orr,cl
chaleur sèche si égal ou supérieur à 0,6 clo
C correction pour l’isolement thermique dynamique total en sans dimension
orr,Ia
chaleur sèche si égal à 0 clo
C correction pour l’isolement thermique dynamique du vêtement sans dimension
orr,tot
en fonction du vêtement réel
C correction pour l’indice de perméabilité dynamique sans dimension
orr,E
c chaleur massique de l’air sec à pression constante joules par kilogramme
p
kelvin d’air sec
C flux de chaleur par convection respiratoire watts par mètre carré
res
c chaleur massique du corps watts par mètre carré
sp
kelvin
D durée limite d’exposition admissible minutes
lim
D durée limite d’exposition admissible vis-à-vis du stockage de minutes
lim tre
chaleur
D durée limite d’exposition admissible vis-à-vis de la perte minutes
limloss50
hydrique, sujet moyen
D durée limite d’exposition admissible vis-à-vis de la perte minutes
limloss95
hydrique, 95 % des travailleurs
D perte hydrique maximale grammes
max
D perte hydrique maximale pour protéger un sujet moyen grammes
max50
D perte hydrique maximale pour protéger 95 % des travailleurs grammes
max95
DRINK 1 si les travailleurs peuvent boire librement, sinon 0 sans dimension
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
Symbole Terme Unité
dS stockage de chaleur dans le corps au cours du dernier watts par mètre carré
i
incrément de temps
dS débit de stockage de chaleur dans le corps lié à l’élévation de w
...
Questions, Comments and Discussion
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