呼吸防護用品的人機工效學問題分析

1、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(gòu)等，研究人、機器、環(huán)境相互 之間的合理適配關(guān)系，以保證人們平安、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興旺國家相 比，存在著較大的差距。但隨著我國科技的進步和經(jīng)濟的開展，人們 對工作條件的要求及對自身健康的關(guān)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，

2、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(gòu)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

3、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、防止遭受環(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

4、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局部產(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

5、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)果說明，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，假設呼吸防護用 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，大局部是國外個體

6、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)汁資料說明，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，

7、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

8、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外表的摩擦力兩局部組成?？煞譃槲鼩庾枇?和呼氣阻力，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，會導致佩戴者換氣缺乏、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)主觀不適的反響，有的人那么感到呼吸 困難。另外，呼吸防護用品呼吸阻力增加，那么漏氣量增加，呼吸阻力還 關(guān)系到佩戴者能否樂意接受與持

9、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(shù)標準? LD29-1992 中華人民共和國勞動和勞動平安行業(yè)標準一一防塵口罩?那么規(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(guān)標準規(guī)定呼氣阻力不大于

10、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(gòu)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、無力等病癥；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

11、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。有研究說明： 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(quán)衡的問題。? GB2890-1995 過濾式防毒面具通用技術(shù)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(guān)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