Уравнение теплового баланса организма с окружающей средой

Основное назначение одежды – это защита организма человека от неблагоприятных воздействий внешней среды (ветер, туман, дождь и др.), а также обеспечение теплового комфорта, который является условием нормальной жизнедеятельности человека. Необходимым условием сохранения длительного теплового комфорта является поддержание теплового баланса.

Тепловой баланс достигается путем терморегуляции организма и применением требуемой для данных условий одежды с искусственно регулируемым микроклиматом пододежного воздуха, характеризуемого температурой и влажностью.

Основным показателем теплового комфорта человека является средневзвешенная температура поверхности тела (кожи). При этом учитывается, что пододежное пространство систематически вентилируется в связи с выделением кожи человека испарений, влаги и углекислоты, которые должны удаляться.

В процессе постоянного обмена веществ в организме человека в результате распада сложных химических соединений освобождается энергия. Она превращается в тепловую, электрическую и механическую энергии и обеспечивает протекание всех форм деятельности организма. Исходя из первого и второго законов термодинамики, тепловой баланс организма человека в общем виде может быть описан уравнением:

Q_Т.П + Q_Т.Н. = Q_РАД + Q_КОНВ + Q_КОНД + Q_ИСП.Д + Q_{ИСП.ДЫХ} +

+ Q_ИСП.П + Q_ДЫХ.Н ± ΔQ_Т.С ,

где Q_Т.П –теплопродукция человека, Вт;

Q_Т.Н –внешняя тепловая нагрузка (например, вследствие солнечной радиации), Вт;

Q_РАД –потери тепла радиацией, Вт;

Q_КОНВ– потери тепла конвекцией, Вт;

Q_КОНД -потери тепла кондукцией, Вт;

Q_ИСП.Д –потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи, Вт;

Q_{ИСП.ДЫХ} –потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей, Вт;

Q_ИСП.П -потери тепла испарением выделяемого пота, Вт;

Q_ДЫХ.Н –потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха, Вт;

ΔQ_Т.С –изменение теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме), Вт.

Для проектирования одежды важным является то, что человек может испытывать комфортное ощущение и при некотором нарушении теплового равновесия. Это результат существования «резерва» тепла организма человека, который используется им в случае охлаждения (1272 – 2448 ккал) и находится во внешних слоях тканей организма, на глубине 2 - 3 см от кожи. Величина его зависит от веса человека и температуры тела:

ΔQ_Т.С = С ^. Р ^. (0,7t_Т + t_К),

где С –удельная теплоемкость тела человека, равная в среднем 0,83 ккал/кг·град;

Р– масса тела человека, кг;

t_Т –температура тела ^оС;

t_К –температура кожи, ^оС.