КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Теплообмен тела человека с окружающей средойЖизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Дж/с (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и как следствие к потери трудоспособности, быстрой утомляемости, потери сознания и тепловой смерти. Температура тела человека зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение (QТП) человека полностью воспринимается окружающей средой (QТО), т.е. когда имеет место тепловой баланс QТП = QТО. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтп > Qтo), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2 °С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5 °С и вплотную приблизится к максимально допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Qтп < Qтo), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно. Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией (Qk) в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью (Qт), излучением на окружающие поверхности (QИЗ) и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами (QИС) и при дыхании (QВ) (рисунок):
где . Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:
где αк – коэффициент теплоотдачи конвекций. При нормальных параметрах микроклимата αк = 4,06 Вт/ (м •°С); tПОВ – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой около 27,7 °С, летом около 31,5 °С); tОС – температура воздуха, омывающего тело человека; FЭ – эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50...80 % геометрической внешней поверхности тела человека. Для практических расчетов F э= 1,8 м2). Рисунок 3.9 – Теплообмен между человеком и средой
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией также можно определить приближенно как
где λ – коэффициент теплопроводности газа пограничного слоя, Вт/ (м ·°С); δ – толщина пограничного слоя омывающего газа, м. Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха φ, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха. На основании изложенного выше можно сделать вывод, что величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха, т.е.
где В – атмосферное давление. Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:
где λ 0 –коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/ (м∙°С); ∆о –толщина одежды человека м. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови. Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана – Больцмана:
где сПР – приведенный коэффициент излучения, Вт/ (м2сти К4). Для практических расчетов в диапазоне температур окружающих человека предметов 10...60 °С приведенный коэффициент излучения Спр ≈ 4,9 Вт/ (м2 К4); F1 – площадь поверхности, излучающей лучистый поток, м2; ψ1-2 – коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей F1 и F2 и показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F1 от всего потока, излучаемого поверхностью F1, ψ1-2 обычно принимают равным 1,0; T1 средняя температура поверхности тела и одежды человека, К; T2 – средняя температура окружающих поверхностей, К. Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами,
где Gn – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с; r – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг. Данные о потовыделении в зависимости от температуры воздуха и физической нагрузки человека приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Количество влаги, выделяемой с поверхности кожи и из легких человека, г/мин
Как видно из таблицы, количество выделяемой влаги меняется в значительных пределах. Так, при температуре воздуха 30 °С у человека, не занятого физическим трудом, влаговыделение составляет 2 г/мин, а при выполнении тяжелой работы увеличивается до 9,5 г/мин. Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности работы, выполняемой человеком, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности, т.е.
где J–интенсивность труда, производимого человеком, Вт. В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легочный аппарат человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. В технических расчетах можно принимать (с запасом) что выдыхаемый воздух имеет температуру 37 °С и полностью насыщен. Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха,
где VЛВ – объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, легочная вентиляция, м3/с; ρвд – плотность вдыхаемого влажного воздуха, кг/м3; Ср – удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, Дж/ (кг • ˚С); tвыд – температура выдыхаемого воздуха, °С; tвд – температура вдыхаемого воздуха, °С. Легочная вентиляция определяется как произведение объема воздуха вдыхаемого за один вдох, VВВ, м3 на частоту дыхания в секунду п:
Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и его физической нагрузки. В состоянии покоя она составляет 12... 15 вдохов-выдохов в минуту, а при тяжелой физической нагрузке достигает 20...25. Объем одного вдоха-выдоха является функцией производимой работы. В состоянии покоя с каждым вдохом в легкие поступает около 0,5 л воздуха. При выполнении тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5...1,8 л. Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4...0,5 л/с, а при физической нагрузке в зависимости от ее напряжения может достигать 4 л/с. Таким образом, количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха:
Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности окружающего воздуха количество теплоты отводимой через дыхание, уменьшается. Анализ приведенных выше уравнений позволяет сделать вывод что тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек–среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов (ТОП) и интенсивности физической нагрузки организма:
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 3361; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |