StatBlank
Спорт и работоспособность

Индекс WBGT — тепловая нагрузка: формула и расчёт

Оценка тепловой нагрузки среды одним числом в °C из температур естественного влажного термометра, чёрного шара и (на солнце) воздуха.

  • 2 шкалы
  • 7 вопросов
  • Онлайн-расчёт бесплатно
Авторы
Индекс разработан в 1957 г. для контроля тепловых потерь в военных учебных лагерях (авторов в используемом источнике не названо); формулы — по руководству NIOSH, 2016 (DHHS (NIOSH) Publication 2016-106)
Контингент
Спортивные площадки, рабочие места и помещения при жаре. Для одежды, не пропускающей влагу, индекс не годится: испарение в ней ограничено.

WBGT сводит жару к одному числу в градусах Цельсия. В него входят не только температура воздуха, но и влажность (через естественный влажный термометр) и излучение солнца и нагретых поверхностей (через чёрный шар). Поэтому WBGT обычно ниже температуры воздуха, но говорит о нагрузке на организм больше, чем одно показание термометра.

Формулы. На улице при солнце: WBGT = 0,7·Tnwb + 0,2·Tg + 0,1·Ta. В помещении и на улице без солнечной радиации: WBGT = 0,7·Tnwb + 0,3·Tg. Здесь Tnwb — естественный влажный термометр (датчик в мокром фитиле, обдувается только естественным ветром), Tg — чёрный шар диаметром 150 мм, Ta — воздух по сухому термометру в тени. Все температуры — в °C.

Откуда индекс. Руководство NIOSH (2016) называет год создания — 1957 — и первую задачу: контроль тепловых потерь в военных учебных лагерях. Позднее WBGT стал основой пределов для работы в жару. Преимущества, которые там перечислены: мало измерений, простые и недорогие приборы, несложный расчёт.

Датчики, а не прогноз. В консенсусе МОК по соревнованиям в жару (Racinais и соавт., 2023) отмечено: все составляющие индекса надо физически измерять, а оценка только по температуре и влажности с допущениями о облачности и ветре — не то же самое. Там же сказано, что большинство коммерческих приборов не соответствует исходным стандартам.

Почему на странице нет уровней. По тому же консенсусу общего порога на основе WBGT у международных федераций нет: WBGT 30,6 °C у организаторов Токио-2020 попал в «оранжевый» уровень, у World Triathlon соответствует красному флагу, а у Международного союза современного пятиборья — чёрному. В охране труда NIOSH задаёт пределы графиками по теплопродукции работника. Выдумывать один порог мы не стали.

Онлайн-расчёт и генерация данных

Бесплатно

Посчитайте по своим данным или подберите правдоподобный набор для диплома — с таблицей и экспортом в Word.

Шаг 1. Что вам нужно?

Шкалы методики

WBGT на улице при солнце, °C

Влажный термометр, чёрный шар и воздух с весами 0,7; 0,2; 0,1.

0,7·Tnwb + 0,2·Tg + 0,1·Ta

WBGT в помещении и без солнца, °C

Влажный термометр и чёрный шар с весами 0,7 и 0,3; воздух не входит.

0,7·Tnwb + 0,3·Tg

Полный текст методики

WBGT — не опросник: испытуемому вопросов не задают, а снимают показания трёх датчиков и считают по формуле. Ниже — порядок расчёта.

Шкала ответов: Исходные данные: Tnwb, Tg (и Ta при солнце), °C. Результат: WBGT, °C.

  1. 1.Определите условия: идёте ли вы на улицу при солнце или считаете в помещении либо на улице без солнечной радиации.
  2. 2.Измерьте естественную температуру влажного термометра Tnwb в °C: датчик в мокром фитиле, только естественный ветер.
  3. 3.Измерьте температуру чёрного шара Tg в °C: стандартный шар диаметром 150 мм. Дайте прибору время выровняться с условиями на площадке.
  4. 4.При солнце измерьте температуру воздуха Ta в °C по сухому термометру в тени.
  5. 5.При солнце вычислите WBGT = 0,7 × Tnwb + 0,2 × Tg + 0,1 × Ta.
  6. 6.В помещении и без солнечной радиации вычислите WBGT = 0,7 × Tnwb + 0,3 × Tg.
  7. 7.Занесите значения в таблицу и опишите выборку: M ± SD либо Me [Q₁; Q₃]; укажите, чем и где измеряли температуры.

Ключи: как обрабатываются ответы

  1. 1Измерьте Tnwb — естественный влажный термометр, Tg — чёрный шар 150 мм и (при солнце) Ta — воздух в тени.
  2. 2Выберите формулу: при солнце — 0,7·Tnwb + 0,2·Tg + 0,1·Ta; без солнца и в помещении — 0,7·Tnwb + 0,3·Tg.
  3. 3Вычислите WBGT в °C.
  4. 4Опишите результат числом; уровни по формуле не присваиваются.

Как обрабатывать математически

Единица измерения

°C

Тип шкалы

Количественная (интервальная)

Как описывать

M ± SD или Me [Q₁; Q₃] по замерам или дням

Основные критерии

Вилкоксон / Манна-Уитни / Стьюдент

WBGT — детерминированная функция трёх температур, и замеры внутри одного дня связаны друг с другом (автокорреляция). Для сравнения «до/после» или условий берут парные критерии на независимых днях или площадках, а не на последовательных минутах. Для малых выборок (n < 30) безопаснее ранговые критерии.

Пошаговый план расчёта

  1. 1На каждой площадке или в каждое время суток измерьте естественный влажный термометр, чёрный шар и (при солнце) воздух. Приборам дайте время выровняться с условиями на площадке.
  2. 2Выберите формулу: при солнце — с тремя температурами, без солнца и в помещении — с двумя.
  3. 3Подставьте температуры в формулу и вычислите WBGT в °C.
  4. 4Повторите по всем площадкам или дням, затем опишите выборку: M ± SD либо Me [Q₁; Q₃].
  5. 5Если сравниваете условия (утро и полдень, газон и покрытие), выберите критерий и укажите в тексте, как измеряли температуры.

Какой критерий выбрать

Пример обработки результатов

Условный пример для оформления работы: WBGT на одной открытой площадке при солнце, шесть дней подряд, утром и в полдень. Утром (Tnwb; Tg; Ta, °C): 18; 30; 24 / 19; 32; 25 / 19,5; 33; 26 / 20; 34; 26,5 / 20,5; 35; 27 / 21; 36; 27,5. В полдень: 22; 39; 29 / 23; 41; 30 / 23,5; 42; 31 / 24; 43; 31,5 / 24,5; 45; 32 / 25; 46; 33.

До:   WBGT утром, °C: 21,00; 22,20; 22,85; 23,45; 24,05; 24,65

После: WBGT в полдень, °C: 26,10; 27,30; 27,95; 28,55; 29,35; 30,00

  1. 1Первый день, утро: 0,7 × 18 + 0,2 × 30 + 0,1 × 24 = 12,6 + 6,0 + 2,4 = 21,0 °C. Полдень: 0,7 × 22 + 0,2 × 39 + 0,1 × 29 = 15,4 + 7,8 + 2,9 = 26,1 °C.
  2. 2Прирост WBGT равен 5,10; 5,10; 5,10; 5,10; 5,30; 5,35 °C — положителен во все шесть дней.
  3. 3Утром: M ± SD = 23,0 ± 1,3; Me = 23,15 [Q₁ = 22,36; Q₃ = 23,90]. В полдень: M ± SD = 28,2 ± 1,4; Me = 28,25 [27,46; 29,15] (квартили — линейная интерполяция).
  4. 4Замеры связанные (одни и те же дни), группа малая — критерий Вилкоксона: все сдвиги одного знака, T эмп = 0, точное двустороннее p = 2 ÷ 2⁶ = 0,031.

Как оформить это в дипломе

В таблице 1 приведён индекс WBGT на площадке утром и в полдень.

Таблица 1 — Индекс WBGT, °C (n = 6 дней)

ПоказательУтроПолденьp
WBGT, M ± SD23,0 ± 1,328,2 ± 1,4
WBGT, Me [Q₁; Q₃]23,15 [22,36; 23,90]28,25 [27,46; 29,15]0,031

На рисунке 1 показано изменение медианы WBGT в течение дня.

022,54523,1528,25WBGT, °CWBGT, °C°CДоПосле

Рисунок 1 — Медиана WBGT утром и в полдень (n = 6 дней)

Первый столбец — медиана WBGT утром (23,15 °C), второй — в полдень (28,25 °C). Разница около 5 °C.

Значимость сдвига оценивали критерием Вилкоксона (связанные замеры, малая выборка): T эмп = 0, точное двустороннее p = 0,031. WBGT получен расчётом по измеренным температурам.

Вывод

От утра к полудню медиана WBGT выросла с 23,15 до 28,25 °C (T эмп = 0, p = 0,031).

Два примера расчёта вручную

  • На улице при солнце: Tnwb = 22 °C, Tg = 38 °C, Ta = 30 °C. WBGT = 0,7 × 22 + 0,2 × 38 + 0,1 × 30 = 15,4 + 7,6 + 3,0 = 26,0 °C.
  • В помещении: Tnwb = 24 °C, Tg = 29 °C. WBGT = 0,7 × 24 + 0,3 × 29 = 16,8 + 8,7 = 25,5 °C.

Какие пределы существуют и почему они здесь не заданы

В спорте общего порога нет: по консенсусу МОК (2023) единого лимита на основе WBGT у международных федераций нет, а цвета и границы «флагов» в разных видах спорта различаются. Один из выводов консенсуса: само число в °C на табло путают с температурой воздуха, а сырые значения WBGT часто ниже неё; поэтому результат для спортсменов лучше переводить в привычный язык, например в цветовую шкалу.

В охране труда NIOSH (2016) задаёт рекомендуемые пределы тепловой нагрузки: предел предупреждения для неакклиматизированных работников и предел воздействия для акклиматизированных. Они зависят от метаболической теплопродукции (лёгкая или тяжёлая работа) и доли часа, отведённой на отдых, и даны графиками (рис. 8-1 и 8-2 документа) для «стандартного» работника 70 кг. Одним числом их не выразить, и мы их не переносим на спорт.

Когда WBGT не годится

  • Одежда, не пропускающая влагу: испарение в ней ограничено, и индекс не отражает нагрузку (NIOSH).
  • Условия вокруг прибора: измерять надо в месте и в момент нахождения людей; оценка «по температуре и влажности» индексом по сути не является (МОК).
  • Низкая скорость воздуха и сухая жара, высокая теплопродукция при влажности: в литературе отмечено, что WBGT может занижать риск или недооценивать влажность (МОК, 2023).

Источники и права

Формулы взяты из руководства NIOSH Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Heat and Hot Environments (2016, DHHS (NIOSH) Publication 2016-106). Документ находится в общественном достоянии и может свободно копироваться. Сведения о спорте — из консенсуса МОК: Racinais S. и соавт., Br J Sports Med, 2023, 57:8–25, DOI 10.1136/bjsports-2022-105942 (CC BY-NC 4.0).

Стандарт ISO 7243 (расчёт WBGT) относится к платным стандартам ISO; его текст мы не использовали. Формулы в нём и в документе NIOSH — одни и те же зависимости, но сверка с самим стандартом не выполнялась.

Частые вопросы