Il metodo PHS per la valutazione dello stress termico da caldo: ratio e corretto uso

pubblicato il: 21 aprile 2019
ultima revisione: 11 aprile 2020

Abstract

Il rischio da stress termico, o stress termico da caldo si può concretizzare per quei lavoratori che operano in un microclima severo (caldo, ovviamente). La valutazione del rischio microclima, in questi casi, ha lo scopo di garantire che l’ambiente termico riferibile al lavoratore non costituisca un serio pregiudizio per la sua salute.

In questo articolo illustriamo brevemente gli scopi per i quali è stato pensato il metodo denominato PHS (Predicted Heat Strain), indirizzato alla valutazione del rischio microclima per i lavoratori connesso con lo stress termico da caldo.

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La metodologia PHS

In generale, le valutazioni del rischio microclima, si distinguono tra:

quelle di comfort termico, indirizzate agli ambienti di lavoro indoor, intesi come “ambienti non soggetti alle prescrizioni indirizzate alla tutela dei lavoratori contro gli effetti derivanti dall’esposizione a sostanze nocive” (vedi UNI ES ISO 16000-1:2006);
quelle di stress termico, condotte con lo scopo di preservare i lavoratori dagli effetti avversi per la loro salute negli ambienti di lavoro produttivi (nei quali risulta applicabile il Titolo VIII del D.Lgs 81/08, “Agenti Fisici”).

Nell’articolo intitolato “Il metodo WBGT per la valutazione dello stress termico da caldo: ratio e corretto uso”, presente in questa stessa sezione, abbiamo evidenziato quali sono i limiti di questo approccio, molto semplificato e adatto a sole valutazioni preliminari (di screening come afferma la stessa norma tecnica che lo definisce).
Ricordiamo che il metodo denominato WBGT si basa sull’assunzione che l’impatto dello stress termico sulla persona sia direttamente correlabile con le letture della strumentazione, la quale rappresenterebbe un modello di una persona, esposta al calore, mentre indossa un abbigliamento leggero ed ad alta permeabilità al vapore (modello che risulta però molto grossolano).

Ai fini della valutazione dello stress termico in un microclima severo caldo, un metodo che consente di evitare le limitazioni connaturate con l’uso dell’indice WBGT, è quello di calcolare effettivamente lo scambio di calore tra persona e ambiente, utilizzando i sei parametri termoigrometrici di base che definiscono le condizioni climatiche e personali:

temperatura dell’aria ambiente,
temperatura radiante,
umidità e velocità dell’aria,
abbigliamento e tasso metabolico del soggetto.

Questo secondo metodo è identificato dall’acronimo PHS (Predicted Heat Strain, Stress Termico Previsto) ed è basato sui descrittori t_re (temperatura rettale) e Sw (quantità di liquidi perduti durante l’esposizione).

Oltre alla maggior affidabilità dei risultati, un altro considerevole vantaggio del metodo PHS rispetto al metodo WBGT, è quello di restituire una previsione dello stato di sollecitazione del lavoratore in ogni momento della sua esposizione (con una frequenza di una al minuto), permettendo all’igienista industriale di valutare la durata dell’esposizione sicura e quella dei periodi di recupero. Per questi scopi è importante che il valore dell’indice in un dato istante tenga conto delle esposizioni passate e dei tempi di risposta delle variabili fisiologiche considerate.

Questo metodo per la valutazione del rischio microclima in ambienti termici severi caldi, diventato uno standard in Italia nel 2005 con l’emissione della norma UNI EN ISO 7933:2005, perfeziona e arricchisce un metodo esistente in Italia dal 1999 basato sul calcolo della sudorazione richiesta per mantenere l’equilibrio termico (UNI EN 12515:1999), migliorandone la procedura di calcolo ed aggiungendo in output la previsione della massima temperatura raggiunta dal nucleo corporeo.
Rispetto al primo modello, lo standard 2005 risulta anche molto più adatto a valutare le esposizioni al calore di breve periodo grazie all’introduzione del calcolo esponenziale per i valori medi della temperatura della cute e del tasso di sudorazione, definite le loro costanti di tempo. Questo consente di tenere conto dell’inerzia che questi parametri fisiologici oppongono alle variazioni repentine. Nella versione precedente, ogni nuovo stato fisiologico era invece raggiunto istantaneamente, cosa di poco conto per esposizioni di lungo periodo, ma che risulta invece inadeguata per valutare esposizioni intermittenti e cicli lavoro-riposo.

Prove comparative tra il metodo PHS e il metodo WBGT confermano il secondo quale metodo esclusivamente di screening, da utilizzare pertanto non più che per stabilire se via sia un problema di stress termico o meno. Il metodo PHS si può considerare invece un metodo di analisi a mezzo del quale l’entità del rischio microclima può essere ben correlata con un indice numerico, sufficientemente affidabile per studiare una riorganizzazione del lavoro che consenta di riportare l’esposizione entro livelli di sicurezza.

Campo di applicazione

Ci preme evidenziare che ogni metodo è utilizzabile solo se le diverse grandezze osservate rientrano nei corrispondenti intervalli di applicabilità, definiti dal metodo stesso. Nella tabella sottostante sono indicati gli intervalli di applicabilità del metodo PHS; si noti che per l’isolamento termico del vestiario tale intervallo limita l’impiego del metodo ai casi in cui questo parametro non supera 1 clo. Si tenga inoltre in conto che la norma assume che la permeabilità al vapore dell’abbigliamento sia fissa e paria a 0.38. Questo significa che il metodo PHS non è utilizzabile in una serie di casi in cui i lavoratori, pur se esposti al caldo, devono utilizzare un abbigliamento protettivo (che tipicamente è termicamente isolante) ai fini della loro protezione da altri rischi e/o dal rischio di esposizione al calore per irraggiamento.

Intervalli di validità del metodo PHS (UNI EN ISO 7933:2005)

grandezza	simbolo	intervallo di validità
temperatura dell’aria (°C)	t_a	+ 15 ÷ +50
differenza tra t_a e t_r (°C)	t_r – t_a	0 ÷ +60
pressione parziale del vapore acqueo (kPa)	p_a	0 ÷ 4,5
velocità dell’aria (m/s)	v_a	0 ÷ 3
attività metabolica (W)	M	100 ÷ 450
isolamento termico del vestiario (clo)	I_cl	0,1 ÷ 1

Di fatto il metodo PHS per il rischio microclima, risulta inadeguato per la valutazione dello stress termico di svariati gruppi di lavoratori quali:

first-responders (addetti al pronto intervento), tra cui esercito, forze dell’ordine, vigili del fuoco e, in taluni casi, sanitari;
numerosi addetti delle acciaierie e fonderie in genere
specifici addetti nelle vetrerie

Una soluzione a questo limite è proposta dallo standard britannico BS 7963:2000, intitolato “Guide to the assessment of heat strain in workers wearing personal protective equipment” che però non illustreremo in questo articolo. L’argomento è diffusamente trattato dalla pubblicazione Valutazione dello stress termico per lavoratori sottoposti ad alti carichi, in regime di non applicabilità delle metodiche WBGT e PHS (A. Merlino et al., 2018), riportata in bibliografia.

Si ricorda infine che la norma tecnica UNI EN ISO 7933:2005, concernente la metodologia PHS, impone che in determinate situazioni la valutazione dell’entità del rischio sia compiuta mediante misurazioni fisiologiche ed esattamente prescrive quanto segue:
Nelle situazioni di lavoro in cui:
– o il massimo flusso termico evaporativo alla superficie della pelle, E_max, è negativo, il che comporta la condensazione di vapore d’acqua sulla pelle;
– o il tempo massimo ammissibile di esposizione è minore di 30 min, così che il fenomeno di innesco della sudorazione gioca un ruolo più importante nella stima della perdita evaporativa del soggetto,
bisogna adottare particolari misure precauzionali e si rende particolarmente necessario un controllo fisiologico diretto ed individuale dei lavoratori. Le condizioni per effettuare questo controllo e le tecniche di misurazione da utilizzare sono descritte nella ISO 9886.

Un esempio di applicazione del metodo

Presentiamo sotto l’esito di un accertamento sullo stress termico di un caso concreto (fonderia).

In questo caso è presa in considerazione una sequenza di otto fasi lavorative, distribuite su tutta la durata del turno (8 h) che impegnano l’addetto con un carico di lavoro variabile tra un minimo di 1.00 met (pari a 58.2 W/m²) e un massimo di 3.94 met (pari a 229.1 W/m²). Anche l’isolamento termico dell’abbigliamento indossato dal lavoratore varia e assume valori compresi tra un minimo di 0.50 clo e un massimo di 1.60 clo; il vestiario con il maggior isolamento termico è indossato proprio durante la fase lavorativa più faticosa e questa si svolge anche nel punto con il più alto carico termico ambientale. Questa circostanza può sembrare paradossale, ma in contesti come questo è invece facile che si verifichi e, tipicamente, avviene per lavorazioni in prossimità dei forni dove occorre che gli addetti siano ben isolati termicamente a protezione dagli effetti del calore emesso per irraggiamento dalle sorgenti che sono molto vicine. Inoltre, la rapidità degli interventi che i lavoratori devono devono compiere in queste postazioni porta il metabolismo energetico ad alzarsi.
Si noti che il valore dell’isolamento termico dell’abbigliamento, ben superiore a 1.00 clo e, per altro, per questo tipo di abbigliamento protettivo, con bassissima permeabilità , impongono di svolgere l’accertamento portando, alla procedura PHS pura, le correzioni previste dalla norma BS 7963:2000.
I parametri ambientali variano anch’essi in un range piuttosto ampio: da 27 °C a 40 °C la temperatura dell’aria e da 28 °C a 48.5 °C la temperatura media radiante (misura che serve per quantificare il calore trasferito per irraggiamento). L’umidità dell’aria rimane compresa tra il 40% e il 50% circa e la velocità dell’aria assume ovunque valori piuttosto bassi, ovvero compresi tra 0 m/s e 0.9 m/s (assenza di una ventilazione forzata).

L’esito dell’accertamento mostra una t_re che potrebbe superare il valore limite di 38 °C già al 96° minuto della prima fase lavorativa. L’andamento minuto per minuto dei due indici di rischio è restituito nel grafico in figura 1.

Figura 1. Procedura PHS: andamento degli indici di rischio nel tempo, calcolati con passo 1 min.

Il risanamento di questa situazione può avvenire con un ridimensionamento della durata e/o una redistribuzione delle diverse fasi lavorative e prevedendo un tempo di recupero da trascorrere in un ambiente climatizzato (il pulpito ad esempio).

Nello specifico caso di cui sopra, l’andamento degli indici di rischio post-risanamento diventa quello di cui al grafico in figura 2.

Figura 2. Procedura PHS: andamento degli indici di rischio nel tempo, a posteriori delle initiative di risanamento.

La soluzione delle eventuali non conformità, come mostra l’esempio sopra, è quindi significativamente facilitata dalla rappresentazione grafica degli indici di rischio sovrapposta alle bande che nel grafico mostrano le diverse fasi lavorative e la loro durata (vedi bande bianche e giallo chiaro sullo sfondo).

Evidentemente con il metodo PHS è anche possibile verificare l’esito di eventuali trattamenti ambientali andando a modificare i valori dei parametri microclimatici rilevati all’atto delle misurazioni con quelli attesi a fronte di specifiche iniziative di risanamento (predisposizione di sistemi di estrazione aria, schermatura delle superfici radianti più calde, …).

Bibliografia

- A. Merlino, G. Gambino, D. Meda, G. Quadrio (2018) Valutazione dello stress termico per lavoratori sottoposti ad alti carichi, in regime di non applicabilità delle metodiche WBGT e PHS, atti del convegno nazionale dBA 2018 (Bologna, 17 ottobre 2018)
- A. Merlino, G. Gambino, D. Meda, G. Quadrio (2019) Strategie di valutazione del microclima negli ambienti produttivi e assimilabili, atti del convegno nazionale dBA 2019 (Bologna, 17 ottobre 2019)
- K. Parsons, D. Bethea (2002) The development of a practical heat stress assessment methodology for use in UK industry, Health and Safety Executive (UK), Research Report 008
- UNI EN ISO 7933:2005 Determinazione analitica ed interpretazione dello stress termico da calore mediante il calcolo della sollecitazione termica prevedibile
- UNI EN ISO 16000-1:2006 Aria in ambienti confinati. Parte 1: aspetti generali della strategia di campionamento

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