Temperature limit values for cold touchable surfaces : Final report on the project: SMT4-CT97-2149

Abstract

The aim of the project was to find and compile information on human responses to contact the cold surfaces. The work has covered 1) literature search and field study; 2) experimental studies with human subjects; 3) simulation by mathematical modelling; 4) development of an instrumentation for predicting contact temperature limit, 5) creation of database and 6) preparation of draft proposal for a standard to establish temperature limit values for cold touchable surfaces (CEN TC122/WG3). The field study in food processing industries has showed that the cold hazards in hands, especially fingers, often occur. The reason for this is hand/finger contact frequently with cold surfaces and cold material. The experimental results with human subjects indicate that a more rapid reduction of contact temperature occurred when finger/hand contacted metallic surfaces, compared to non-metallic surfaces. The reduction in contact temperature is a function of skin- and material surface temperature, thermal properties of the skin and materials and the nature of the contact as well. Manual performance (tactile sensitivity/finger dexterity) reduced after gripping the cold rods for 10-20 minutes. A decrease of the hand skin temperature causes the performance loss. The safety criteria for contact temperatures are suggested to be 0 °C (imply risk for freezing cold injury), 7 °C (risk for numbness) and 15 °C (risk for pain sensation). An analytical model was developed based on the experiments with human subjects. In addition, an electrical heated finger model was developed and used to simulate the cooling reaction of human fingers when touching extremely cold metallic surfaces (< 20oC). All data were used to establish relations between contact temperature, contact time and material used. The cooling curves correspond to the reaction of a person at 75th percentile. The relations are shown for the three criteria mentioned above. The results of the project have been issued in a database. A proposal to European standardisation has been prepared and presented for CEN/TC122/WG3. The information in the standard is applicable to all fields where temperature limit values for products are required, to situations when cold surfaces cause a risk of contact cold injury and as guidance for safety design of workstations and hand tools that are used in the cold.

Temperaturgränsvärden för beröring av kalla ytor Syftet med projektet var att söka och sammanställa information om människors reaktioner vid kontakt mellan en kall yta och bar hud. Arbetet har innefattat 1) literaturgenomgång och fältstudie , 2) experimentella studier med mätningar på människor, 3) simulering med matematiska modeller 4) utveckling av ett mätinstrument för bestämning av kontakttemperatur, 5) tillskapandet av en databas, 6) framtagandet av förslag på en standard för bestämning av temperaturgränsvärden för beröring av kalla ytor (CEN TC122/WG3). En fältstudie inom flera livsmedels industrier har visat att händerna, särskilt i fingrarna ofta blir kalla. En vanlig orsak är frekvent kontakt med kalla ytor och material. De experimentella resultaten med försökspersoner indikerar en snabbare reduktion i kontakttemperatur när finger/hand kommer i kontakt med kalla metallytor jämfört med andra ytor (som till exempel sten, nylon och trä). Fallet i temperatur var en funktion av hud- och materialytornas temperatur, materialens och hudens termiska egenskaper samt och kontaktbetingelserna. Händernas känsel och fingermotorik minskade efter 10-20 minuters grepp om en kall cylinder. En nedgång av hudtemperaturen är en orsak till denna effekt . Som kriterier för kontakttemperatur har föreslagits 0 °C (innebärande risk för kylskada), 7 °C (risk för känselbortfall) samt 15 °C (risk för smärtupplevelse). En analytisk modell utvecklades baserad på de faktiska experimenten med personer. Dessutom tillverkades en uppvärmd fingermodell för att användas för att simulera nedkylningsreaktionen vid kontakt med extrem kalla metallytor (<-20 °C). Med hjälp av modellen och dessa data har generella samband mellan kontakttemperatur, kontakttid och material tagits fram. Kurvorna motsvarar reaktionen hos en person i den 75:e percentilen. Kurvorna anges för de tre ovan redovisade effektkriterierna. Samtliga data finns registrerade och utvärderade i en databas. Ett förslag till europeisk standard har framtagits och presenterats för CEN/TK122/WG3. Informationen i standarden kan användas i produktstandarder för att sätta temperaturgränser, för att bedöma risker i samband arbete i kallt klimat och kontakt med kalla ytor samt som hjälpmedel vid design av utrustning och verktyg som används under sådan förhållanden.