의복위생학 패션산업학부

Chapter 3 온열환경의 쾌적성 평가

생리기후 인간의 육체 및 정신과 기후환경과의 관계를 규명하는 것 정신적 능률 기후 영향 생물적 신체 Physiologic climatology 인간의 육체 및 정신과 기후환경과의 관계를 규명하는 것 정신적 능률 기후 영향 생물적 신체 체중= 3a x 신장 체중= 2a x 체표면적 극지방 적도지방 체표면에서의 열방산이 적음. Bergman의 법칙

Bergmann 법칙과 Allen 법칙 온혈동물은 적도에서 극으로 갈수록 체형이 커진다. 이때 체중은 신장의 3곱의 비율로 증가하지만, 체표면적은 2곱의 비율로 증가한다. Bergmann법칙

극한지방에서는 항온동물의 동체에서 돌출부분이 감소하여 열 발산을 줄인다. Allen법칙 85cm이하 85~87cm 87cm이상 아메리카 원주민의 앉은키 분포

Figure 5.9 Bermann’s and Allen’s rules illustrated by comparisons between arctic and tropical body forms. Inuit : 캐나다 북부 및 그린란드와 알래스카에 사는 종족

(a) (b) Figure 42-4 Allen’s rule : Extremities, Temperature, and Evolution. According to Allen’s rule, animals living in cold climates tend to have shorter extremities(tails, limbs, ears) than animals living in warm climates. This is illustrated by (a) the arctic fox(Alopex lagopus) with its short tail, ears, and legs, and (b) the desert fox( Vulpes chama) with its longer tail, ears, and legs. These characteristics have obvious adaptive value : body heat is retained more efficiently by short extremities and is dissipated more efficiently by large extremities with their greater surface areas.

The sizes of extremities of the jackrabbit (left) of the Southwest and the arctic snowshoe hare (right) reflect adaptations to different temperature regimes.

신체 특징 고위도 저위도 색소 약함 강함 체모 많음 적음 코 길고 높고 좁음 짧고 낮고 넓음 비지수 낮음 높음 코의 폭 비지수= x 100 코의 높이

체감기후 인체가 실제로 느끼는 기후감각 생물학적 온도감각 한 가지 방법으로 표현할 수 없고, 기후요소를 총합적으로 묶어서 표현. [표현방법] 실효온도, 작용온도, 불쾌지수, 쾌적지수, 등온지수, 윈드칠, 최적기후, 4시간예상 발한율, 열스트레스지수 등

실효온도 Effective temperature, E.T -실감온도, 감각온도, 등온감각, 유효온도 등으로도 표현 -1923년 Yaglou, Miller, Houghton 등이 고안. -기온, 기습, 기류의 3가지 온열인자의 총합적 지표. -기온 t ℃ 에 대하여 습도 100%, 기류 0cm/sec의 경우를 대조로 하여 그것과 같은 온도감각을 가질 수 있는 온열조건을 나타내는 기온. -착용의복, 계절, 연령, 성별에 따라 약간씩 차이. 즉, 실효온도 t ℃ E.T.의 환경이란 기온 t℃, 기습 100%, 기류 0cm/sec의 환경과 같은 온도감각을 갖는다는 뜻.

실효온도도표 {상의착용, 가벼운 작업) 건구온도 : 24.6℃ 습구온도 : 16.8℃ 기류 : 30.5m/min 21.5℃ E.T.

무풍, 안정상태에서 보통의 착의로 있을 때 춥지도 덥지도 않은 느낌을 갖게 하는 온도범위. 쾌감대 Comfort zone 무풍, 안정상태에서 보통의 착의로 있을 때 춥지도 덥지도 않은 느낌을 갖게 하는 온도범위. 주관적 감각에 근거 개인의 노동량, 영양상태, 연령, 기후에 대한 적응도 등에 따라 다름 노인은 소년에 비교하여 여름은 1℃, 겨울은 1.5℃ 정도 높음.

지적온도 至適溫度 = 쾌감대 일상생활을 쾌적하게 영위하는데 적합한 온도 일본인 겨울 : 19士2℃ E.T, 여름 : 21士2℃ E.T 겨울 쾌감대가 여름보다 낮은 이유 : 인체의 계절적응능력 때문 미국인 겨울 : 18.9℃ E.T, 여름 : 21.7℃ E.T 한국인 취침시 쾌적온도 : 14~16 ℃

실효온도(E.T)로 본 쾌감대 기후에 대한 순응 정도 인종 여름 겨울 하한 상한 중앙값 서양인 18.9 23.9 21.7 17.2 동양인 19.4 22.8 21.1 16.7 20.0 18.3 기후에 대한 순응 정도

실요온도에서 복사열을 고려하지 않은 것을 지적하며 Bedford 등이 건구온도 대신 흑구온도를 사용함. 노동 시 쾌적온도 경노동 : 17.7~18.3℃ E.T 중노동 : 11.67~16.9℃ E.T 정신노동 : 15.6~18.3℃ E.T 수정실효온도 Corrected effective temperature, C.E.T 수정감각온도라고도 함. 실요온도에서 복사열을 고려하지 않은 것을 지적하며 Bedford 등이 건구온도 대신 흑구온도를 사용함.

작용온도 Operative temperature Winslow, Herrington, Gaffe가 뉴턴의 냉각법칙을 근거로 만든 온도지표. 기온, 기류, 복사 및 인체표면온도(피부온)을 고려해 넣음. 체열방산에 영향을 주는 기온과 주위물체온도(벽면온도)의 총합적 효과를 하나의 수치로 나타냄. 기온 : 실험실 온도, 복사열 : 주위물체 온도를 사용. 기온=주위물체 온도이면, 작용온도=기온 실효온도보다 생리학적 습도가 무시됨이 단점 실효온도와 작용온도를 조합하면 이상적 체감온도지표가 됨.

즉, 작용온도= 기온과 벽면온도의 평균치 To : 작용온도(℃) KR : 복사열에 의한 방열계수 Kc : 대류에 의한 방열계수 TW : 주위물체의 표면온도(℃) Ta : 기온(℃) 즉, 작용온도= 기온과 벽면온도의 평균치

operative temperature(℃) 60 50 40 metabolism heat absorption 30 20 storage heat 10 -10 evaporation -20 -30 -40 -50 radiation and convection radiant heat -60 -70 control zone of blood vessel -80 -90 zone of body cooling zone of evaporation -100 10 15 20 25 30 35 40 operative temperature(℃) 작용온도에 따른 신체와 환경간의 열교환

M + S = E + R + C Winslow의 에너지방정식 M : 대사량(To와 무관하게 일정함) S : 저장열량(To가 높으면 0, 낮은 곳에서는 증가) E : 수분증발량(To가 내려가면 일정비율로 감소. 29℃이하가 되면 감소 정도가 완만해 짐) R : 복사열량(To가 높으면 환경에서 체내로 열흡수, To 35℃에서 0, 그 이상 온도에서는 증가) C : 대류에 의한 열량(To가 높으면 환경에서 체내로 열흡수, To 35℃에 서 0, 그 이상 온도에서는 증가)

Bosen과 Thome이 냉방에 필요한 단서를 붙이기 위해 고안. 오늘날엔 체감기온 표시방법으로 사용. 불쾌지수 Discomfort Index, D.I 온습지수라고도 함. Bosen과 Thome이 냉방에 필요한 단서를 붙이기 위해 고안. 오늘날엔 체감기온 표시방법으로 사용. 기후에 대하여 인간이 느끼는 불쾌감을 표현하는 방법 바람이 없을 때 D.I.=0.72(Td + Tw) + 40.6 (섭씨온도 사용) Td : 건구온도, Tw :습구온도 바람이 있고, 실외에서 햇볕을 받고 있을 때 D.I.= 0.72(Td + Tw) – 7.2 V1/2 + 2.6J + 40.6(섭씨 사용) V : 풍속(m/sec), J : 일사량(cal/cm2 min)

불쾌지수와 불쾌감 불쾌지수와 두뇌작용 70이하 : 쾌적 70~74 : 약간 불쾌 75 이상 : 50%가 불쾌 80ㅇ이상 : 100%가 불쾌 85이상 : 더위를 참기 힘들고, 냉방이 안 되면 휴업 불쾌지수와 두뇌작용 61~65 : 두뇌작용이 가장 민감 76~80 : 53% 작용 81~85 : 33% 작용 : 휴업, 휴식이 필요함

바람과 기온에 기인하는 냉각효과를 수치로 나타낸 것 윈드칠 Windchill 바람과 기온에 기인하는 냉각효과를 수치로 나타낸 것 인체가 느끼는 온도나 습도는 바람의 유무, 그리고 풍속에 따라 크게 달라지므로, A. Siple과 F. Passel은 윈드칠 지수가 체감기온에 중요한 요소임을 주장함. 특히 한랭기후 하에서의 중요성을 강조. 풍냉력이라고도 함. K : 윈드칠지수(cal/m2hr) V : 풍속(m/sec) ta : 기온(℃)

풍속 10m/s, 기온 7℃인 경우 Windchill은? 833.9Cal/m2hr

최적기후 Optimum climate 인간이 활동할 때 최고의 능률을 올리며, 재해가 적고 쾌감을 느낄 수 있는 기후. 인종, 연령, 의복, 직업 등에 따라 구비조건에 차이가 있음. Tayler의 climo graph 습구온도를 종축, 상대습도를 횡축에 두고 각 지역의 월별 체감기후를 도표화 함. 쾌적 위치 외에 초열(scorching), 증서(muggy), 습냉(raw), 자한(keen)의 4가지 기후로 나타냄.

증서 초열 자한 습냉 백인에게 적합한 기후

기온과 작업능률 능률극대 온도 육체노동 : 15~18℃ 정신노동 : 4~10℃ 능률 극대 최적온도 : 10℃ 내외 기온(℃) -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 능률% 92.8 93.3 94.0 95.3 98.0 100 95.9 84.3 by E. Huntington 능률극대 온도 육체노동 : 15~18℃ 정신노동 : 4~10℃ 능률 극대 최적온도 : 10℃ 내외 Yale University Press, 1915

4시간예상발한율 Predicted four-hour sweat rate, P4SR McArdle 등이 구한 발한량을 평가인자로 하여 보다 넓은 범위의 열스트레스에 대하여 건구온도, 습구온도, 흑구온도, 풍속, 착의상태, 작업량 등의 요인과 4시간의 발한량과의 관계. 기본4시간발한율(B4SR)을 구한 후 P4SR을 구함.

5 4 3 W-B증가분(oC) 2 1 50 100 150 200 대사량(Cal/m2hr)

1) 습구온도(tw)를 구한 후 다음과 같이 수정함. B4SR구하는 방법 1) 습구온도(tw)를 구한 후 다음과 같이 수정함. (1) 만약, 건구온도(td)와 흑구온도(tg)에 차이가 있으면 습구온도(t’w)는 t’w = tw + 0.4(tg - td) (2) 대사량이 54Cal/m2hr(이 값은 남자가 안정된 상태로 의자에 앉아있을 때의 대사량임)을 초과하는 경우, 왼쪽 위의 삽입도를 사용하여 대사량에 대응하는 습구온도를 구함. 만약 대사량이 분명하지 않을 때는 다음의 표에서 구함. Workload Metabolism, Cal/hr Light work 150~300 Moderate work 300~450 Heavy work 450~600 Very heavy work 600~750 Unduly heavy work 750~ 각종 작업 시 대사량(Christensen, 1953)

각종 작업 시 대사량(Christensen, 1953) Workload Metabolism, Cal/hr Light work 150~300 Moderate work 300~450 Heavy work 450~600 Very heavy work 600~750 Unduly heavy work 750~ 예 흑구온도 40oC, 건구온도 35oC , 습구온도 30oC , 셔츠를 입고 150Cal/m2hr로 보행하고 있는 사람의 B4SR을 구하기 위한 수정 습구온도는? t’w = tw + 0.4(tg - td) + 3 = 30 + 0.4(40-35) + 3 = 35oC

2) B4SR을 구함. (1) 주어진 풍속에 해당하는 습구를 찾는다. 예를 들어 풍속이 0.25m/s이면 W.B.4에서 t’w(35oC)를 구한다. (2) 중앙의 B4SR곡선 중 풍속(0.25m/s)과의 교점을 찾으면 B4SR은 3.7L정도가 된다. B4SR

P4SR구하는 방법 P4SR은 B4SR로부터 계산에 의해 구한다. 셔츠를 입고 의자에 앉아 있는 사람 P4SR = B4SR 셔츠를 입고 작업하는 사람 P4SR = B4SR + 0.014(M – 54) 셔츠 이상의 옷을 입고 의자에 앉아 있는 사람 P4SR = B4SR + 0.25 4) 셔츠 이상의 옷을 입고 작업하는 사람 P4SR = B4SR + 0.25 + 0.02(M-54) 단, M은 대사량.