呼吸防護用品的人機工效學問題分析.doc

呼吸防護用品的人機工效學問題分析呼吸防護用品是預防或降低空氣中有害物質(zhì)對作業(yè)人員呼吸系統(tǒng)危害的個體防護裝備，是保護作業(yè)人員健康的最后一道防線。人機工效學是根據(jù)人的心理、生理與身體結(jié)構等，研究人、機器、環(huán)境相互之間的合理適配關系，以保證人們安全、健康、舒適地工作，并取得滿意的工效的一門學科。我國人機工效學的研究和應用與發(fā)達國家相比，存在著較大的差距。但隨著我國科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對工作條件的要求及對自身健康的關注逐步增強，防護用品的人機工程特性及其人性化的設計也將成為人們?nèi)找嬷匾暤膯栴}。筆者根據(jù)人體的面部解剖形態(tài)、頭頸部生物力學特點、呼吸系統(tǒng)與心血管系統(tǒng)的生理機能的要求，系統(tǒng)提出了呼吸防護用品的密合性、呼吸阻力等人機工效學問題，并逐一進行分析。運用人機工效學原理，指導呼吸防護用品的設計、生產(chǎn)與評價，使呼吸防護用品滿足人體的形態(tài)結(jié)構與生理機能，加強防護用品與人體的適配性，更好地發(fā)揮呼吸防護用品的防護效果，并提高其舒適性，為作業(yè)人員所廣泛接受和持續(xù)使用，切實起到保障作業(yè)人員身體健康的作用。1我國呼吸防護用品使用現(xiàn)狀當前，我國職業(yè)危害形勢十分嚴峻，有毒有害企業(yè)超過1600萬家，受到職業(yè)病危害的人數(shù)超過2億。職業(yè)病的發(fā)生集中在呼吸系統(tǒng)，其中，塵肺病占我國各類職業(yè)病的80%，20世紀50年代以來，我國累計報告塵肺病例58萬多人，相當于世界其他國家塵肺病人的總和，已經(jīng)死亡14萬多人，現(xiàn)有患者44萬多人。由于現(xiàn)在廠礦企業(yè)勞動者的體檢率低，報告不全，因此，估計實際發(fā)病要比報告的例數(shù)多10倍，塵肺病實際發(fā)生的病例數(shù)不少于100萬人。呼吸系統(tǒng)職業(yè)病的防治是一個綜合性課題，個體防護和工程治理是預防呼吸系統(tǒng)職業(yè)病的主要途徑。呼吸防護用品是在無法將作業(yè)場所中有害物質(zhì)的濃度降低到最高容許濃度以下或無法完全消除危害因素時，保護從業(yè)人員身體健康、避免遭受環(huán)境侵害的一種特殊的勞保用品。我國勞動防護用品有著廣闊的市場，個體防護裝備的市場份額超過200億元人民幣。其中，各種防塵口罩的年需求量為15600萬個，各種防毒而罩僅煤炭、化工兩個行業(yè)的年需求量為310450萬個。我國勞動防護用品的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)千家，從業(yè)人員數(shù)萬人，我國生產(chǎn)的呼吸防護用品中相當一部分產(chǎn)品質(zhì)量不高，防護功能與舒適性差，同國外知名廠家的產(chǎn)品相比，存在著差距，尤其是在與人體的適配性方面存在較大差距，從業(yè)人員佩戴后，使其工作不方便，舒適性較差。目前，美國3M公司、法國巴固公司等外資企業(yè)占有我國呼吸防護用品市場相當大的份額。為提高我國呼吸防護用品的防塵毒性能，單純從防護材料、生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)著手還很不夠，必須增強呼吸防護用品與人體的適配性、舒適性，才能真正保證其防護效果，并為從業(yè)人員所接受。2問題與對策2.1呼吸防護用品的密合性呼吸防護用品與人體面部密合的好壞，直接影響到防護效果。根據(jù)流體力學原理，氣流首先流向阻力小處，如果呼吸防護用品與人體面部吻合不好，呼吸氣流首先穿過面具與人體面部之間的縫隙流通，而不通過過濾材料。該結(jié)果表明，無論濾料的過濾效率多高，但起不到濾過作用，呼吸防護用品的整體防護效果難以保證。William等對面具的密封泄漏與其防護效果的研究指出：面具周邊1mm的小孔就會造成防護效率的顯著下降。同時，人體面部神經(jīng)豐富且感覺器官集中，呼吸防護用品與面部吻合的好壞對其舒適性產(chǎn)生影響，若呼吸防護用品與面部匹配性差會導致加壓鼻面部等不舒適感。我國使用的呼吸防護用品中，大部分是國外個體防護裝備生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)，而按照西方人的臉形設計的。國內(nèi)雖然設計或仿制了一些呼吸護具，但是，也多參照國外的設計資料生產(chǎn)。由于不同人種的面部形態(tài)特征不同，因此，按照西方人臉形設計的呼吸防護用品不符合我國人體的顏面特征。據(jù)調(diào)查，90%以上的飛行員反映佩戴面罩不舒適，70%左右反映面罩夾壓鼻面部且漏氣。飛行事故的統(tǒng)汁資料表明，因供氧面罩氣密性差而漏氣導致的事故占發(fā)生事故的20%以上。為改善呼吸防護用品與人體面部密合性，目前主要采取以下方法：1)在設計階段，增加呼吸防護用品面具造型與人體面部形態(tài)的吻合。對于半面罩呼吸防護用品，主要以臉長、下頜寬度、嘴唇寬度和鼻高等作為設計指標，根據(jù)人體頭面部的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行設計和分型。但是，國內(nèi)外人體面部形態(tài)特征指標提取的科學依據(jù)與驗證還十分薄弱，同時，國外人體而部形態(tài)特征指標是否符合我國還需要加以分析。2)通過呼吸防護用品與人體面部接觸部位材料的卷邊設計或使用柔韌性好的材料，如硅橡膠等，加強呼吸防護用品與人體面部的密合性。3)使用前，按照密合性和泄漏量檢驗程序，選擇適合于使用者臉型的呼吸防護用品，增加密合性、減少泄露。GB/T18664-2002呼吸防護用品的選擇、使用與維護即作了這方面的規(guī)定。2.2呼吸防護用品的阻力佩戴呼吸防護用品后，人體的呼吸氣流通過面具時產(chǎn)生摩擦力，形成了呼吸防護用品的呼吸阻力。呼吸防護用品的呼吸阻力由空氣之間的摩擦力和空氣與通道表面的摩擦力兩部分組成?？煞譃槲鼩庾枇秃魵庾枇?，前者為佩戴者吸氣時氣流流經(jīng)濾料、導氣管、吸氣閥門等部位所產(chǎn)生阻力總和，后者由佩戴者呼氣時流經(jīng)內(nèi)外呼氣閥門等部件產(chǎn)生的。呼吸阻力是呼吸防護用品的一項性能指標，同時，增加了佩戴人員額外的呼吸阻力以及肺部負擔，會導致佩戴者換氣不足、每分鐘呼吸量和氧耗量等的降低。吸入阻力245Pa時，佩戴者就會產(chǎn)生吸氣困難的感覺，呼吸阻力在98Pa147Pa時人就會出現(xiàn)主觀不適的反應，有的人則感到呼吸困難。另外，呼吸防護用品呼吸阻力增加，則漏氣量增加，呼吸阻力還關系到佩戴者能否樂意接受與持續(xù)使用呼吸護具。我國最新的GB2626-2006呼吸防護用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器規(guī)定：每個樣品的總吸氣阻力不大于350Pa，總呼氣阻力不大于250Pa。這與美國42GFRPart84：1995防微粒呼吸護具規(guī)定的吸氣阻力不大于343Pa，呼氣阻力不大于245Pa非常接近，如下表所示。我國原有的防塵口罩的技術標準LD29-1992中華人民共和國勞動和勞動安全行業(yè)標準防塵口罩則規(guī)定吸氣阻力不大于49Pa，呼氣阻力不大于29.4Pa?？梢?，我國自吸過濾式防顆粒物呼吸器現(xiàn)有的呼吸阻力的規(guī)定是參照美國標準制定的。英國的相關標準規(guī)定呼氣阻力不大于122.5Pa，與美國的標準相差較遠。因此，需要對我國人體的呼吸阻力限值進行研究，為我國呼吸防護用品標準的制定提供依據(jù)，使我國呼吸防護用品標準符合中國人的生理特點。2.3呼吸防護用品的死腔問題人員佩戴面具時，罩體與人體面部構成的內(nèi)部集合空間相當于人體生理死腔的延伸，會導致人體呼吸區(qū)內(nèi)二氧化碳的儲留，使吸入氣中二氧化碳濃度升高，肺泡內(nèi)二氧化碳分壓隨之升高。嚴重時引起呼吸中樞的麻痹，出現(xiàn)呼吸抑制、頭痛、頭昏、氣喘、無力等癥狀；同時，吸入氣體中二氧化碳濃度超過一定量，會使二氧化碳滲入血液造成二氧化碳中毒；吸入氣中氧含量降低會產(chǎn)生慢性缺氧，導致氣體代謝障礙，產(chǎn)生心力衰竭。當吸入空氣中二氧化碳含量超過2%時，就會發(fā)生呼吸障礙。呼吸防護用品的死腔還會影響作業(yè)人員的作業(yè)能力以及佩戴時的舒適感。有研究表明：350ml死腔致使體力活動所能持續(xù)的時間減少19%，呼吸護具的舒適性降低18%。但是，呼吸防護用具沒有死腔也是不科學的，死腔為零時，實際上只會有相當于佩戴者鼻孔面積的濾材參與了塵毒等有害物質(zhì)的過濾，呼吸阻力非常大.因此，呼吸防護用品的死腔大小是一個需要權衡的問題。GB2890-1995過濾式防毒面具通用技術條件規(guī)定全面罩大眼窗面罩的死腔應小于250ml，雙跟窗面罩的死腔應小于280ml；半面罩的死腔應小于185ml。GB2626-2006呼吸防護用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器對死腔重新進行了定義：從前一次呼氣中被重新吸入的氣體的體積，用吸入氣中二氧化碳體積百分含量表示。并規(guī)定死腔檢測結(jié)果平均值應不大于1%。2.4呼吸防護用品的熱應激問題熱不適是作業(yè)人員不愿意佩戴過濾式呼吸防護用品的主要原因之一。新西蘭的一項調(diào)查顯示近1/3的調(diào)查對象反映佩戴后體溫升高，引起的熱不適是他們不愿意佩戴防護用品的關鍵原因。人在溫熱環(huán)境中作業(yè)時，汗液蒸發(fā)是機體散熱的主要途徑。雖然人體頭頸部占人體體重的比例小，但是，頭頸部單位面積/體積的散熱能力較身體其他部位強。呼吸防護用品的面罩阻礙了頭面