Теплообмен организма человека с окружающей средой.

Из анализа выражения (1) следует, что в процессе распада сложных углеводородов (пищи) образуется определенное количество биологической энергии. Часть этой энергии, в результате необратимости протекающих в организме человека процессов, переходит в тепло, которое необходимо отводить в окружающую среду.

Отвод тепла от организма человека в общем случае происходит за счет конвекции, теплового (радиационного) излучения и испарения.

Конвекция – (от латинского перенос, доставка) – возникает вследствие перемещения микроскопических частиц среды (газа, жидкости) и сопровождается переносом тепла от более нагретого тела к менее нагретому телу. Различают естественную (свободную) конвекцию, вызванную неоднородностью среды (например, температурное изменение плотности газа) и вынужденную. В результате конвективного теплообмена происходит передача тепла открытыми поверхностями тела человека в воздух окружающей среды. Передача тепла конвекцией для человеческого организма обычно мала и составляет примерно 15% от общего количества выделившего тепла. При понижении температуры воздуха окружающей среды и увеличении скорости его движения этот процесс в значительной мере интенсифицируется и может достигать до 30%.

Тепловое излучение (радиационное) - это рассеивание тепла в окружающую среду с нагретой поверхности тела человека, оно имеет электромагнитную природу. Доля этого излучения, как правило, не превышает 10%.

Испарение - это основной путь отвода тепла от организма человека при повышенной температуре окружающей среды. Это обусловлено тем, что в процессе нагрева тела человека происходит расширение периферийных кровеносных сосудов, что в свою очередь способствует увеличению скорости циркуляция крови в организме и, следовательно, к увеличению количества тепла переносимого на его поверхность. Одновременно с этим открываются потовые железы кожного покрова (площадь кожного покрова человека в зависимости от его антропологических размеров может изменяться в пределах от 1,5 до 2,5м²), что приводит к интенсивному испарению влаги (потоотделению). Совокупность этих факторов и способствует эффективному охлаждению тела человека.

При понижении температуры воздуха на поверхности тела человека происходит утолщение кожного покрова (гусиная кожа) и сужение периферийных кровеносных сосудов и потовых желез. Вследствие этого уменьшается теплопроводность кожного покрова, значительно снижается скорость циркуляции крови в периферийных участках. В результате количества тепла отводимого от организма человека за счет испарения значительно уменьшается.

Установлено, что человек может высокопроизводительно работать и чувствовать себя комфортно только при определенных сочетаниях температуры, влажности и скорости движения воздуха.

Русский ученый И. Флавицкий в 1844 году показал, что самочувствие человека зависит от изменения температуры, влажности и скорости движения воздуха. Им было установлено, что для заданного сочетания параметров микроклимата (температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха) можно найти такое значение температуры неподвижного и полностью насыщенного воздуха, которые создают аналогичное тепловое ощущение. В практике для поиска этого соотношения широко используется, так, называемый метод эффективных температур (ЭТ) и эффективно-эквивалентных температур (ЭЭТ). Оценка степени влияние различных сочетаний температуры, влажности и скорости перемещения воздуха на организм человека ведется по номограмме, приведенной на рисунке 3.

По левой оси ординат отложены значения температур по сухому термометру, а по правой — по влажному термометру. Семейство кривых пересекающихся в одной точке соответствует линиям постоянной скорости движения воздуха. Наклонные линии определяют значения эффективно–эквивалентных температур. При нулевой скорости движения воздуха значение эквивалентно-эффективных температур совпадает со значением эффективной температуры.

Пример

Для воздушного потока, двигающего со скоростью W_i=0,5м/с и характеризующегося температурой по сухому термометру плюс 25°С (298K) (t_c=25°С), по влажному - плюс 20°С (293K) (t_m= 20°С) определить значение эффективно-эквивалентной температуры.