Теплообмін людини з довкіллям
Теплообмін людини з навколишнім середовищем
Життєдіяльність людини супроводжується безперервним виділенням теплоти у довкілля.
Кількість її залежить від ступеня фізичної напруги і становить від 85 (у стані спокою) до 500 Вт (при важкій роботі).
Для нормального перебігу фізіологічних процесів теплота, що виділяється організмом, повинна повністю відводитися в навколишнє середовище.
Порушення теплового балансу може призвести до перегріву або переохолодження організму і, як наслідок, до втрати працездатності, швидкої втоми, втрати свідомості та теплової смерті.
Одним із важливих інтегральних показників теплового стану організму є середня температура тіла близько 36,5 °С.
Вона залежить від ступеня порушення теплового балансу та рівня енерговитрат під час виконання фізичної роботи.
При виконанні роботи середньої тяжкості та важкої за високої температури повітря вона може підвищуватися від кількох десятих градусів до 1.2 °С.
Найвища температура внутрішніх органів, яку витримує людина, становить 43 °С, мінімальна – 25 °С.
Температурний режим шкіри відіграє основну роль тепловіддачі.
Її температура змінюється у досить значних межах і під одягом становить 30…34 °С.
За несприятливих метеорологічних умов на окремих ділянках тіла температура може знижуватися до 20 °С, а іноді й нижче.
Нормальне теплове самопочуття має місце, коли тепловиділення Qm людини повністю сприймається довкіллям Ото, тобто коли має місце тепловий баланс Qm = Ото.
І тут температура внутрішніх органів залишається постійної.
Якщо теплопродукція організму може бути повністю передана довкіллю (Qm >Ото) відбувається зростання температури внутрішніх органів, і таке теплове самопочуття характеризується поняттям «спекотно».
Якщо довкілля сприймає більше теплоти, ніж відтворює людина (Qm
Таке теплове самопочуття характеризується поняттям "холодно".
Теплообмін між людиною та навколишнім середовищем здійснюється конвекцією Qк в результаті омивання тіла повітрям, випромінюванням на навколишні поверхні Qп і в процесі тепломасообміну Qтм при випаровуванні вологи, що виводиться на поверхню шкіри потовими залозами та при диханні.
Нормальний стан людини реалізується за дотримання рівності
Кількість теплоти, що віддається організмом людини різними шляхами залежить від того чи іншого параметра мікроклімату.
Випромінювання теплоти відбувається у напрямку оточуючих людини поверхонь, що мають нижчу температуру, ніж температура поверхні одягу та відкритих частин тіла людини.
При високих температурах навколишніх поверхонь (понад 30 ° С) тепловіддача випромінюванням повністю припиняється, а при вищих температурах тепловіддача випромінюванням йде у зворотному напрямку від гарячих поверхонь до людини.
Віддача теплоти при випаровуванні вологи, що виводиться на поверхню шкіри потовими залозами, залежить від температури повітря, інтенсивності роботи, яку виконує людина, від швидкості руху навколишнього повітря та його відносної вологості.
Температура, швидкість, відносна вологість та атмосферний тиск навколишнього повітря отримали назву параметри мікроклімату.
Температура навколишніх предметів та інтенсивність фізичного навантаження організму ха характеризують конкретну виробничу обстановку.
Однією з найбільш адекватних, хоч і порівняно складних методикГігієнічною оцінкою мікроклімату є безпосередній розрахунок прямого показника теплового навантаження на організм за основним рівнянням теплового балансу.
де Q – теплове навантаження на організм (накопичення або дефіцит тепла);
М – теплопродукція (метаболічне тепло, що становить 67-75% від енерговитрат);
С - конвекційний обмін організму та навколишнього повітря;
R - радіаційний теплообмін організму з навколишнім середовищем;
Е – віддача тепла організму випаровуванням.
У даній формулі величини R і С можуть бути негативними, якщо тепловіддача відбувається шляхом радіації та конвекції, або позитивними, якщо в результаті теплообміну організм отримує тепло цими шляхами, що визначається різницею між температурою шкіри та температурою навколишніх поверхонь (для R) або температурою шкіри температурою повітря (для З).
При температурі повітря та навколишніх поверхонь 32 - 35 °С тепловіддача шляхом конвекції та випромінювання різко скорочується, при цьому провідне місце в тепловіддачі займає випаровування (переважно поту).
При подальшому підвищенні температури повітря та навколишніх поверхонь організм починає отримувати додаткове тепло за рахунок конвекції та радіації, при цьому потовиділення ще більше зростає.
У комфортних умовах на тепловіддачу шляхом конвекції та радіації припадає 65 – 80% усієї тепловіддачі організму.
За низьких температур тепловіддача шляхом конвекції та радіації значно зростає.
Тепловий баланс може бути нульовим, позитивним, негативним.
Нульове значення Q пов'язане із збереженням теплової рівноваги між теплопродукцією та тепловіддачею.
При позитивному чи негативному тепловому навантаженні (накопичення або дефіцит тепла) говорять про напругу процесівтерморегуляції, а при величинах, що перевищують допустимі, - про можливість розвитку перегріву або переохолодження.
Відповідно до Р 2.2.755 – 99 «Гігієнічні критерії оцінки та класифікація умов праці за показниками шкідливості та небезпеки факторів виробничого середовища, тяжкості та напруженості трудового процесу.» для оцінки нагріваючого мікроклімату в приміщенні незалежно від періоду року використовується інтегральний показник - теплове навантаження середовища (ТНС-індекс).
ТНС-індекс розраховують за рівнянням
де ТВЛ - температура мокрого термометра аспіраційного психрометра, оС;
Тш - температура шарового термометра, оС.
ТНС - індекс - емпіричний інтегральний показник (виражений в ° С), що відображає поєднане вплив температури повітря, швидкості його руху, вологості та теплового опромінення на теплообмін людини з навколишнім середовищем.