Přenos tepla člověkem s prostředím. Metody provádění termoregulace lidského těla
13. LIDSKÉ VÝSLEDKY
Přenos tepla je přenos tepla mezi povrchem těla člověka a prostředím. Ve složitém procesu udržování tepelné rovnováhy těla je regulace přenosu tepla velmi důležitá. V souvislosti s fyziologií přenosu tepla se přenos tepla považuje za přenos tepla uvolňovaného v procesech vitální činnosti z těla do životního prostředí. Přenos tepla se provádí hlavně radiací, konvekcí, kondukcí, odpařováním. V podmínkách tepelné pohody a chlazení je největší podíl ztráta tepla radiací a konvekcí (73) -88% celkové tepelné ztráty) (1.5, 1.6) .V podmínkách, které způsobují přehřívání těla, převládá přenos tepla odpařováním.
Přenos radiačního tepla. V jakýchkoli životních podmínkách člověka mezi ním a okolními těly dochází k výměně tepla infračerveným zářením (přenos tepla radiací). V průběhu svého života je člověk často vystaven tepelnému účinku infračerveného záření s různými spektrálními charakteristikami: od slunce, vyhřívaného povrchu Země, budov, topných zařízení atd. Při výrobních činnostech je člověk vystaven radiačnímu ohřevu, například v horkých hutních a sklářských dílnách , potravinářský průmysl atd.
Zářením člověk vydává teplo v případech, kdy je teplota plotů obklopujících osobu nižší než teplota povrchu těla. V lidském prostředí se často vyskytují povrchy s mnohem nižší teplotou než tělesná teplota (studené stěny, prosklené povrchy). V tomto případě může tepelná ztráta zářením způsobit místní nebo celkové ochlazení osoby. Radiační chlazení provádějí stavební dělníci, pracovníci v dopravě, údržbě chladniček atd.
Přenos tepla radiací v příjemných meteorologických podmínkách tvoří 43,8-59,1% celkové tepelné ztráty. V přítomnosti plotů v místnosti s teplotou nižší než je teplota vzduchu se zvyšuje podíl tepelné ztráty člověka zářením a může dosáhnout 71%. Tento způsob chlazení a zahřívání má hlubší účinek na tělo než na konvekci (1.5J. Přenos tepla zářením * je úměrný rozdílu ve čtvrtých stupních absolutních teplot povrchů lidského těla a okolních objektů. Při malém teplotním rozdílu, který je prakticky pozorován v reálných podmínkách lidského života, rovnici pro určování tepelných ztrát sáláním (Srad, W,) lze napsat takto:
kde je vyzařovací schopnost, W / (m2 ° C); Spaд - plocha lidského těla účastnící se přenosu tepla radiací, m2; t1 - povrchová teplota těla (oblečení), ° С; t2 - povrchová teplota okolních objektů, ° С.
Emisivitu a rad při známých hodnotách ti a t2 lze zjistit z tabulky. 1.3.
Povrch lidského těla účastnícího se radiační výměny tepla je menší než celý povrch těla, protože některé části těla jsou vzájemně ozářeny a neúčastní se výměny. Povrch těla zapojený do výměny tepla může tvořit 71-95% z celého povrchu lidského těla. U osob ve stoje nebo v sedě je koeficient radiační účinnosti z povrchu těla 0,71; v procesu lidského pohybu se může zvýšit na 0,95.
Tepelné ztráty vyzařováním z povrchu těla oblékané osoby Qrad, W, lze také určit rovnicí
Konvekční přenos tepla. Teplo je přenášeno konvekcí z povrchu těla (nebo oděvu) osoby do vzduchu pohybujícího se kolem něj (jí). Rozlišujte přenos tepla konvekcí zdarma (kvůli teplotnímu rozdílu mezi povrchem těla a vzduchu) a nuceným (pod vlivem pohybu vzduchu). Ve vztahu k celkové tepelné ztrátě za podmínek tepelné pohody je přenos konvekčního tepla 20-30%. Výrazně zvyšují tepelné ztráty prouděním ve větrných podmínkách.
Pomocí celkové hodnoty součinitele přenosu tepla (rad.conv) lze hodnoty tepelné konvekční tepelné ztráty (Orad.conv) určit rovnicí
Orade.conv \u003d Orade.conv (tod-tv).
Vodivý přenos tepla. Přenos tepla z povrchu lidského těla na pevné předměty, které jsou s ním v kontaktu, se provádí vedením (vedením). Ztráty vodivosti v souladu s Fourierovým zákonem mohou být určeny rovnicí 
Jak je vidět z rovnice, přenos tepla vedením je tím větší, čím nižší je teplota předmětu, s nímž osoba přichází do styku, čím větší je kontaktní plocha a čím menší je tloušťka balíčku oděvních materiálů.
Za normálních podmínek je měrná hmotnost tepelných ztrát vodivostí malá, protože koeficient tepelné vodivosti nehybného vzduchu je zanedbatelný. V tomto případě člověk ztrácí teplo vedením pouze z povrchu nohou, jehož plocha je 3% povrchové plochy těla. Ale někdy (v kabinách zemědělských strojů, věžových jeřábů, rypadel atd.) Může být oblast kontaktu se studenými stěnami poměrně velká. Kromě velikosti kontaktní plochy je důležitá také část těla (nohy, dolní část zad, ramena atd.), Která je ochlazována.
Přenos tepla odpařováním. Důležitým způsobem přenosu tepla, zejména při vysokých teplotách vzduchu a při fyzické práci osoby, je odpařování difúzní vlhkosti a potu. V podmínkách tepelného pohodlí a chlazení osoba ve stavu relativního fyzického klidu ztrácí vlhkost difúzí (nepostřehnutelné pocení) z povrchu kůže a horních cest dýchacích. Díky tomu člověk dává 23-27% celkového tepla do životního prostředí, zatímco 1/3 ztrát je způsobena vypařováním z horních cest dýchacích a 2/3 z povrchu kůže. Ztráta vlhkosti difúzí je ovlivněna tlakem vodní páry ve vzduchu obklopujícím osobu. Protože za podmínek Země je změna tlaku vodní páry malá, ztráta vlhkosti způsobená vypařováním difúzní vlhkosti je považována za relativně konstantní (30-60 g / h). Mírně kolísají pouze v závislosti na přísunu krve do kůže.
Ztráta tepla odpařením difúzní vlhkosti z povrchu kůže Qsp.d, W, může být určena rovnicí
Rozptyl tepla při dýchání. Tepelné ztráty v důsledku zahřívání vdechovaného vzduchu tvoří malou frakci ve srovnání s jinými typy tepelných ztrát, avšak se zvýšením spotřeby energie a poklesem teploty vzduchu se tepelné ztráty tohoto typu zvyšují.
Tepelné ztráty v důsledku zahřívání vdechovaného vzduchu Qdich.n, W, lze určit rovnicí
Q resp.n \u003d 0,00 12Q.e.t (34-tv),
kde 34 je teplota vydechovaného vzduchu, ° C (v pohodlných podmínkách).
Závěrem je třeba poznamenat, že výše uvedené rovnice pro výpočet složek tepelné bilance umožňují pouze hrubý odhad přenosu tepla osoby s prostředím. Existuje také řada rovnic (empirických a analytických) navržených různými autory, které umožňují určit množství tepelně ztrátových konvekcí (fred conv) nezbytných pro výpočet tepelného odporu oděvu.
V tomto ohledu se spolu s výpočtovými metodami používají k vyhodnocení přenosu tělesného tepla experimentální metody, mezi které patří metody pro stanovení celkové ztráty lidské vlhkosti a ztráty vlhkosti odpařením vážením svlékané osoby oblečené v b, jakož i stanovení tepelné tepelné zátěže pomocí senzorů měření tepla umístěných na povrch těla.
Kromě přímých metod pro hodnocení přenosu tepla člověkem se používají nepřímé metody, které odrážejí vliv rozdílu mezi přenosem tepla a produkcí tepla za jednotku času v konkrétních životních podmínkách na tělo. Tento poměr určuje tepelný stav člověka, jehož zachování na optimální nebo přijatelné úrovni je jednou z hlavních funkcí oděvu. V tomto ohledu slouží indikátory a kritéria tepelného stavu člověka jako fyziologický základ pro navrhování a hodnocení oblečení.
REFERENCE
1 1. Ivanov K.P. Základní principy regulace teploty psemeostázy / V knize. Fyziologie termoregulace. L., 1984. S. 113-137.
1.2 Ivanov K.P. Regulace teplotní homeostázy u zvířat a lidí. Ashgabat, 1982.
13 Berkovich E. M. Metabolismus energie v normě a patologii. M., 1964.
1.4. Fanger R.O. Tepelná pohoda. Kodaň, 1970.
K5. Malysheva A. E. Hygienické otázky přenosu radiačního tepla mezi lidmi a životním prostředím. M., 1963.
1 6. Kolesnikov P. A. Tepelně ochranné vlastnosti oděvu. M., 1965
1 7. Witte N. K- Tepelná výměna osoby a její hygienická hodnota. Kyjev, 1956
Vytváření tepla je určováno rychlostí metabolismu.
Regulace produkce tepla zvýšením nebo snížením metabolismu se nazývá chemická termoregulace. Teplo generované tělem se neustále dostává do okolí. Pokud nedojde k přenosu tepla, tělo zemře na přehřátí.
Regulace přenosu tepla změnou fyziologických funkcí, které jej provádějí, se nazývá fyzikální termoregulace.
Největší množství tepla se vytváří v orgánech s intenzivním metabolismem - v kosterních svalech, v žlázách, v játrech a ledvinách.
Svaly tvoří 65-75% produkce tepla a při intenzivní práci dokonce 90% se zbytek tepla vytváří v žlázových orgánech, zejména v játrech.
Se zvyšující se teplotou okolí klesá tvorba tepla a se zvyšující se teplotou. Proto mezi teplotou prostředí a výrobou tepla jsou nepřímo úměrné vztahy. V létě klesá výroba tepla, v zimě se zvyšuje. Když však teplota prostředí stoupne nad 35 ° C, dojde k narušení termoregulace (zóna přehřátí), metabolismu a zvýšení tělesné teploty. Tato teplota se nazývá kritická. Stejně tak během chlazení existuje kritická okolní teplota, pod kterou začíná klesat výroba tepla.
Při okolní teplotě 15-25 0 C je tvorba tepla v klidu v oděvu na stejné úrovni a je vyvážena přenosem tepla (zóna lhostejnosti).
Za normálních podmínek je tělesná teplota relativně konstantní. Průměrná teplota v těle je teplota v podpaží, teplota je 36,5-37 o C.
Pokud je pro udržení konstantní tělesné teploty vyžadováno další teplo, může být vybráno těmito způsoby:
- - kvůli svévolné činnosti pohybového aparátu;
- - v důsledku nedobrovolné tonické nebo rytmické svalové aktivity: třes způsobený nachlazením (tonickou aktivitu lze detekovat elektromyografií);
- - v důsledku zrychlení metabolických procesů nesouvisejících se svalovou kontrakcí; tato forma produkce tepla se nazývá neadrenální termogeneze (u dětí).
Dospělý se chvěje a zvyšuje pohyby, které dělá, aby se udržel v teple - nejdůležitější mechanismus termogeneze.
Produkce tepla se také mírně zvyšuje u „husích hrbolů“ - kontrakce svalů vlasových vaků.
Chůze zvyšuje produkci tepla téměř 2krát a rychlý běh - 4-5krát se může tělesná teplota zvýšit o několik desetin stupně. Při dlouhodobé intenzivní práci při okolní teplotě nad 25 0 C stoupá tělesná teplota o 1-1,5 0 C, což způsobuje změny a narušení těla. Při svalové práci při vysoké teplotě prostředí se tělesná teplota zvýší nad 39 0 C, může dojít k úpalům.
Rozptyl tepla
Tělo v klidu neustále ztrácí teplo:
- - tepelné záření nebo přenos tepla z kůže do okolního vzduchu;
- - vedení tepla nebo přímý přenos tepla k těm předmětům, které přicházejí do styku s kůží;
- - odpařování vody z povrchu kůže a plic.
V klidu se 70-80% tepla uvolňuje do životního prostředí kůží pomocí tepelného záření a vedení tepla, asi 20% je odpařování vody z povrchu kůže (pocení) a plic. Tepelné ztráty zahřátím vydechovaného vzduchu, moči a výkalů jsou zanedbatelné a činí 1,5 - 3% celkového přenosu tepla. Během svalové práce se prudce zvyšuje přenos tepla odpařováním (pocení) a dosahuje až 90% celkové denní produkce tepla.
Přenos tepla pomocí tepelného záření a vedení tepla závisí na teplotním rozdílu mezi kůží a prostředím. Čím vyšší je teplota pokožky, tím větší je přenos tepla uvedenými způsoby. A teplota kůže závisí na průtoku krve do ní. Když teplota okolí stoupne, arterioly a kapiláry kůže expandují, kůže zčervená, množství krve protékající se zvyšuje, teplota kůže stoupá a zvyšuje se přenos tepla sáláním a vedením tepla.
Zvýšení množství krve protékající kůží také nastává v důsledku míchání uložené krve z jater, sleziny a kapilár samotné kůže.
Hodnota přenosu tepla při vysokých okolních teplotách je nižší než při nízkých. Pokud je teplota pokožky porovnána s teplotou okolí, přenos tepla se zastaví. Při dalším zvýšení teploty okolí pokožka nejen ztrácí teplo, ale také se zahřívá. V tomto případě chybí přenos tepla pomocí tepelného záření a vedení tepla a je zachován pouze přenos tepla odpařováním.
V chladu se arterioly a kapiláry kůže zužují, kůže bledá, množství krve protékající skrz se snižuje, teplota kůže klesá, teplotní rozdíl mezi kůží a prostředím je vyhlazený a snižuje se přenos tepla.
Člověk omezuje přenos tepla umělým potahem (prádlo, oblečení). Čím více vzduchu v těchto krytech, tím snáze se udržuje teplo.
Regulace přenosu tepla odpařováním vody hraje velkou roli, zejména při svalové práci a při výrazném zvýšení okolní teploty. Odpařením 1 dm 3 (1 l) vody z povrchu kůže a sliznic ztratí tělo 600 kcal. Při průměrné okolní teplotě ztrácí dospělý den 400-520 kcal denně odpařováním z kůže.
Ke ztrátě vody dochází v důsledku pronikání vody z hlubokých tkání na povrch kůže a hlavně v důsledku fungování potních žláz.
Velké ztráty potu jsou doprovázeny ztrátami velkého množství minerálních solí, pouze NaCl v potu 0,3 - 0,6%. Při ztrátě 5 až 10 litrů potu se ztratí 30 až 40 g chloridu sodného. Pokud je tedy žízeň způsobená nadměrným pocením uspokojena vodou, mohou nastat závažné poruchy (křeče atd.). Při silném dlouhodobém pocení se doporučuje pít minerální vodu nebo vodu obsahující 0,5 - 0,6% NaCl.
Z povrchu plic neustále dochází k odpařování vody. Vydechovaný vzduch je 95-98% nasycený vodní párou, a proto čím je vzduch vdechován, tím více tepla se uvolňuje odpařováním z plic. Za normálních podmínek se 300–400 ml (180–240 kcal) vody lehce odpařuje každý den. Při vysokých teplotách dýchání zrychluje a zpomaluje v chladu. Když teplota vzduchu dosáhne tělesné teploty, vypařování z povrchu kůže a plic se stává jediným způsobem přenosu tepla. Za těchto podmínek se v klidu odpařuje více než 100 ml potu za hodinu, což vám umožňuje dávat asi 60 kcal za hodinu.
Vypařování vody z povrchu kůže a plic závisí na relativní vlhkosti. Odpařování se zastaví na vzduchu nasyceném vodní párou, takže pobyt na vlhkém horkém vzduchu, jako je například lázeň, je obtížné tolerovat. Ve vlhkém vzduchu se člověk cítí špatně i při relativně nízké teplotě (při 30 0 C). Kožené a gumové oděvy jsou nepropustné pro vzduch, nedochází k odpařování, pod oděvem se hromadí pot. S vysokou teplotou vzduchu a svalovou prací v takových oděvech se zvyšuje tělesná teplota. Přehřátí osoby v atmosféře nasycené vodní párou je zvláště nebezpečné, protože znemožňuje zbavit se přebytečného tepla a odpařování. V suchém vzduchu je člověk relativně snadno tolerovat výrazně vyšší teplotu než ve vlhkém prostředí.
Pro zvýšení přenosu tepla tepelným zářením, vedením tepla a odpařováním je velmi důležitý pohyb vzduchu.
Zvýšení rychlosti vzduchu zvyšuje přenos tepla. V průvanu a ve větru se tepelné ztráty dramaticky zvyšují. Má-li však okolní vzduch vysokou teplotu a je nasycen vodní párou, pak se pohyb vzduchu neochladí.
Poskytuje se tedy fyzická termoregulace:
- 1) kardiovaskulární systém, který určuje příliv a odtok krve v krevních cévách kůže, a tedy množství tepla přenášeného kůží do životního prostředí;
- 2) respirační systém, tj. změny plicní ventilace;
- 3) změna funkce potních žláz.
Regulace přenosu tepla se provádí dvěma způsoby:
- 1) nervový systém;
- 2) prostřednictvím hormonů.
Přizpůsobení nepříznivým podmínkám je zásadní.
Změny ve funkcích kardiovaskulárního systému, dýchacích cest a potních žláz jsou reflexně regulovány: podrážděním vnějších smyslů a zejména podrážděním kožních receptorů, když se mění teplota okolí, a podrážděním nervových zakončení vnitřních orgánů s kolísáním teploty uvnitř těla. Fyziologické mechanismy fyzikální termoregulace jsou prováděny mozkovými hemisférami, prostřední, podlouhlou a míchou.
Porucha termoregulace
Zvýšení tělesné teploty nad normální úroveň v rozporu s termoregulací se nazývá horečka. S horečkou se metabolismus zvyšuje o 50 - 100% nebo více. Rozpad bílkovin zvláště zvyšuje. V krvi se hromadí produkty rozpadu bílkovin, dochází k negativní rovnováze dusíku. Při horečce produkuje oxidace proteinů asi 30% produkce tepla. Zvyšuje se také metabolismus uhlohydrátů a tuků, což vede k vyčerpání těla. Hromadí se velké množství meziproduktových metabolických produktů. Poruchy fyziologických procesů. Palpitace srdce zvyšují krevní tlak, zrychluje dech, psychika je narušena (delirium, halucinace), což je způsobeno poruchou nervového systému. Při teplotě 40 - 41 0 С začíná delirium, při teplotě 43 0 С dochází k smrti, v ojedinělých případech při teplotě rovné 45 0 С.
Když se tělo ochladí, fyziologické procesy jsou také narušeny. Při dlouhodobém vystavení chladu po pocitu nachlazení a chvění se objevuje pocit tepla způsobený průtokem krve do kůže, pak apatií a narušenou funkcí mozku. (Při ochlazování dochází ke snížení vitální aktivity, protože metabolismus v těle a potřeba tkáně v kyslíku jsou sníženy).
U lidí k smrti obvykle dochází při teplotě pod 32-33 0 C, a když nervový systém funguje s drogami, klesne pod 24 0 C. V ojedinělých případech se lidem podařilo zachránit své životy, když teplota klesne na 22,5 0 C.
Nepřetržité přizpůsobování podmínkám prostředí.
Regulační mechanismy - termogeneze, vazomotorické reakce, pocení - se aktivují během několika sekund nebo minut po začátku teplotního stresu. Kromě nich existují i \u200b\u200bdalší mechanismy, které zajišťují dlouhodobé přizpůsobení se klimatickým změnám v životním prostředí.
Takové procesy se nazývají fyziologická adaptace nebo aklimatizace. Jsou založeny na modifikacích orgánů a funkčních systémů, které se vyvíjejí pouze pod vlivem dlouhodobého (během dnů, týdnů a měsíců) konstantních nebo opakovaných teplotních stresů.
Tepelná adaptace
Schopnost lidí přizpůsobit se teplu je zásadní pro přežití v tropech a pouštích, jakož i pro vykonávání těžké práce při vysokých teplotách na pracovišti.
Nejdůležitějším posunem je změna intenzity potu, která se zdvojnásobuje a činí 1-2 l / h. Kromě toho začíná pot při nižší průměrné kůži a vnitřní teplotě, která slouží jako ochrana před nadměrným srdečním rytmem a zvýšeným průtokem periferní krve, tj. Před úpalem.
Adaptace je také spojena s významným poklesem obsahu iontů v potu (nedochází k šoku ze ztráty iontů), se zvýšením objemu plazmy a jejího proteinu. U obyvatel tropických oblastí není intenzita reakce tak vysoká, aby způsobovala pocení. Teplotní práh je posunut směrem k vyšší tělesné teplotě, v důsledku toho se při každodenním tepelném zatížení potí méně.
Studená adaptace
Mnoho zvířat se přizpůsobí chladu velmi jednoduše - díky růstu kožešin se zvyšuje jejich tepelná izolace. U malých zvířat se vyvíjí maligní termogeneze a hnědá tuková tkáň.
Člověk má „behaviorální adaptaci“ - používání oděvů a teplých domovů. Rovněž se vyvíjí tolerantní (studená) adaptace. Teplotní práh chvění a křivky metabolických termoregulačních reakcí jsou posunuty směrem k nižším teplotám, dochází k mírné podchlazení. (Australští domorodci tráví noc téměř nahou při teplotě blízké nule, aniž by zažívali třes. Podobná schopnost je dobře vyvinuta mezi korejskými a japonskými hledači perel, kteří se potápí do hloubky několika hodin denně při teplotě vody asi 10 0 C.)
Mezi člověkem a jeho prostředím neustále dochází k výměně tepla. Faktory prostředí ovlivňují tělo komplexně a v závislosti na jejich specifických hodnotách, vegetativní centra (striatum, šedá tuberkulóza diencephalonu) a retikulární formace, interakce s mozkovou kůrou a odesílání impulsů do svalů prostřednictvím sympatických vláken, poskytují optimální poměr procesů tvorby tepla a přenos tepla.
Termoregulace těla je kombinací fyziologických a chemických procesů zaměřených na udržování tělesné teploty v určitých mezích (36,1 ... 37,2 ° C). Přehřátí těla nebo jeho podchlazení vede k nebezpečnému narušení životních funkcí a v některých případech k nemocem. Termoregulace je zajištěna změnou dvou složek procesů přenosu tepla - výroby tepla a přenosu tepla. Tepelná rovnováha těla je významně ovlivněna přenosem tepla, protože je nejvíce regulovaná a variabilní.
Teplo produkuje celý organismus, ale především pruhované svaly a játra. Tvorba tepla lidského těla, oblečená v domácím oděvu a ve stavu relativního klidu při teplotě vzduchu 15 ... 25 ° C, zůstává přibližně na stejné úrovni. S poklesem teploty se zvyšuje a se zvyšováním z 25 na 35 ° C mírně klesá. Při teplotách nad 40 ° C začíná výroba tepla stoupat. Tato data naznačují, že k regulaci produkce tepla v těle dochází hlavně při nízkých okolních teplotách.
Během fyzické práce se zvyšuje produkce tepla, a čím více, tím těžší je práce. Množství vytvořeného tepla také závisí na věku a stavu lidského zdraví. Průměrné hodnoty produkce tepla dospělého v závislosti na okolní teplotě a závažnosti provedené práce jsou uvedeny v tabulce 14.3.
14.3. Výroba lidského tepla v závislosti na teplotě vzduchu a závažnosti vykonávané práce
|
Teplota vzduchu, „C |
Výroba tepla, J / s |
Teplota vzduchu ° C |
Výroba tepla, J / s |
|
Dormancy |
Mírná práce |
||
|
Snadná práce |
Tvrdá a velmi tvrdá práce |
||
Existují tři typy přenosu tepla lidského těla:
záření (ve formě infračervených paprsků emitovaných povrchem těla ve směru předmětů s nižší teplotou);
konvekce (zahřívání vzduchu, mytí povrchu těla);
odpařování vlhkosti z povrchu kůže, sliznic horních cest dýchacích a plic.
Procentní poměr mezi těmito typy přenosu tepla u člověka, který je za normálních podmínek v klidu, se vyjadřuje těmito čísly: 45/30/25. Tento poměr se však může lišit v závislosti na konkrétních hodnotách parametrů mikroklima a závažnosti provedené práce.
K přenosu sálavého tepla dochází pouze tehdy, když je teplota okolních předmětů nižší než teplota exponované kůže (32. .. 34, 5 ° C) nebo vnějších vrstev oblečení (27. .. 28 ° C pro lehce oblečeného člověka a přibližně 24 ° C pro osoba v zimním oblečení). Hlavní část záření odkazuje na infračervený rozsah s vlnovou délkou (4 .. 50) * 10-6 m. V tomto případě množství tepla ztracené tělem za jednotku času, J / s (1 J / s \u003d 1 W),
Pp \u003d S5 (T4 - To4),
kde S je povrchová plocha lidského těla stanovená podle plánu (obr. 14.1), m2. Pokud není známa hmotnost a výška osoby, vezměte S \u003d 1,5 m2; 5 - snížená emisivita, W / (m2 * K4): pro bavlnu 5 \u003d 4,2 * 10-8, pro vlnu a hedvábí δ \u003d 4,3 * 10, pro lidskou kůži δ \u003d 5,1 * 10 -8; Tch je povrchová teplota lidského těla: pro svlékanou osobu 306 K (což odpovídá 33 ° C); To je okolní teplota, K.
Obr. 14.1. Graf pro stanovení povrchové plochy těla člověka v závislosti na jeho hmotnosti a výšce
Přenos konvekčního tepla také nastává, pokud je teplota povrchu kůže nebo horních vrstev oděvu vyšší než teplota vzduchu, který je myl. Při nepřítomnosti větru se vzduchová vrstva o tloušťce 4 ... 8 mm přiléhající k povrchu kůže nahé osoby zahřívá díky své tepelné vodivosti. Vzdálenější vrstvy se zahřívají v důsledku přirozeného pohybu vzduchu nebo nucené motivace. Se zvyšováním rychlosti pohybu vzduchu se tloušťka hraniční vrstvy obklopující osobu zmenšuje na 1 mm a přenos tepla povrchu těla se několikrát zvyšuje. Ztráta tepla konvekcí dýchacím traktem je menší než z kůže a dochází k ní, když je teplota vdechovaného vzduchu nižší než tělesná teplota. Přestup konvekčního tepla se zvyšuje se zvyšujícím se barometrickým tlakem.
Ztráta tepla za jednotku času konvekcí, J / s, může být určena vzorcem
Pk1 \u003d 7 (0,5 + √v) S (Th - To)
Pk2 \u003d 8,4 (0,273 + √v) S (Th - To)
kde v je rychlost vzduchu, m / s.
První vzorec se používá při rychlosti vzduchu v ≤ 0,6 m / s, druhý vzorec v v\u003e 0,6 m / s.
Odpařování je přenos tepla při zvýšených teplotách vzduchu, pokud výše uvedené způsoby přenosu tepla jsou obtížné nebo nemožné. Za normálních podmínek dochází k nepostřehnutelnému pocení na většině povrchu lidského těla, které je výsledkem šíření vody bez aktivní účasti potních žláz. Výjimkou je povrch dlaní, chodidel a axil (tvoří přibližně 10% povrchu těla), na kterém se pot nepřetržitě uvolňuje.
V důsledku odpařování tělo ztrácí v průměru asi 0,6 litru vody denně. Protože při odpaření 1 g vody se spotřebuje přibližně 2,5 kJ tepla, budou jeho ztráty denně přibližně 1500 kJ. Se zvyšující se teplotou vzduchu a závažností práce v důsledku aktivnějšího pronikání tekutiny stěnami arteriálních cév obklopujících potní žlázy a nervové regulace se potení zesiluje a dosahuje 5 litrů za směnu, v některých případech 10 ... 12 litrů. Zvyšují se také tepelné ztráty.
Pokud je výboj příliš intenzivní, pot nemusí mít vždy čas na odpařování a může se uvolňovat ve formě kapek. V tomto případě vlhká vrstva na kůži brání přenosu tepla, což vede k dalšímu přehřátí těla. Kromě vlhkosti pak člověk ztratí velké množství solí (v 1 litru potu obsahuje 2,5 ... 2,6 g chloridu sodného) a ve vodě rozpustné vitamíny (C, BI, 62), což vede k zahušťování krve a zhoršování srdce. Je třeba poznamenat, že se ztrátou množství vody rovnající se 1% celkové tělesné hmotnosti má člověk pocit intenzivního žízně; ztráta 5% vody vede ke ztrátě vědomí, 10% - k smrti.
Množství uvolněného potu závisí na individuálních vlastnostech těla, jakož i na stupni jeho přizpůsobivosti těmto klimatickým podmínkám. Intenzita odpařování vlhkosti je ovlivňována teplotou a rychlostí vzduchu.
Asi 300 ... 350 g vlhkosti denně odpařuje dýchací cesty, což vede ke ztrátě tepla 750 ... 875 kJ.
Celková tepelná ztráta odpařením za jednotku času, J / s, může být přibližně určena vzorcem
Pu \u003d 0,6547q (1 + kl), kde q je intenzita pocení, g / h, stanovená vážením osoby; kl je koeficient přeměny přenosu tepla přes plíce v závislosti na teplotě okolního vzduchu: při 0 "Cl \u003d 0,43, při 18 ° C - 0,3, při 28 ° C - 0,23, při 35 ° C - 0,035 a při 45 ° C CL \u003d 0,015.
Lidská činnost je doprovázena neustálým uvolňováním tepla do životního prostředí. Jeho množství závisí na stupni fyzické zátěže a pohybuje se od 85 (v klidu) do 500 W (při těžké práci). Aby fyziologické procesy v těle normálně pokračovaly, musí být teplo uvolňované tělem zcela odváděno do okolního prostředí. Nerovnováha v tepelné rovnováze může vést k přehřátí nebo podchlazení těla a v důsledku toho k postižení, rychlé únavě, ztrátě vědomí a tepelné smrti.
Jedním z důležitých integrálních ukazatelů tepelného stavu těla je průměrná tělesná teplota asi 36,5 "C. Závisí to na stupni narušení tepelné rovnováhy a úrovni spotřeby energie při fyzické práci. Při provádění mírných a těžkých prací při vysoké teplotě vzduchu se může zvýšit z několika desetin stupně na 1 ... 2 ° C. Nejvyšší teplota vnitřních orgánů, které člověk vydrží, je 43 ° C, minimum je 25 ° C.
Při přenosu tepla hraje hlavní roli teplotní režim pokožky. Jeho teplota se značně liší a pod oblečením je 30 ... 34 ° C. Za nepříznivých povětrnostních podmínek v určitých částech těla může teplota klesnout na 20 ° C a někdy i nižší.
Normální tepelná pohoda nastává, když je uvolněno teplo Q TPlidské prostředí je zcela vnímáno Q TOtj. když nastane tepelná rovnováha Q TP = Q TO. V tomto případě zůstává teplota vnitřních orgánů konstantní. Pokud nemůže být produkce tepla v těle zcela přenesena do životního prostředí ( Q TP > Q TO), dochází ke zvýšení teploty vnitřních orgánů a takové tepelné zdraví je charakterizováno konceptem „horkého“. V případě, že prostředí vnímá více tepla než člověk reprodukuje ( Q TP < Q TO), potom se tělo ochladí. Taková tepelná pohoda je charakterizována konceptem „chladu“.
Přenos tepla mezi lidmi a prostředím se provádí konvekcí Q k v důsledku mytí těla vzduchem, záření na okolních povrchech a v procesu přenosu tepla a hmoty Q ls odpařováním vlhkosti odstraněnou na povrch kůže potními žlázami a během dýchání. Normální blaho člověka je realizováno s výhradou rovnosti:
Q TP = Q k + Q l + Q TM
Množství tepla vydávané lidským tělem různými způsoby závisí na jednom nebo druhém mikroklimatickém parametru. Velikost a směr přenosu konvekčního tepla mezi člověkem a prostředím je tedy určována hlavně okolní teplotou, atmosférickým tlakem, pohyblivostí a obsahem vlhkosti ve vzduchu.
K vyzařování tepla dochází ve směru povrchů obklopujících osobu s nižší teplotou, než je teplota povrchu oděvu a exponovaných částí lidského těla. Při vysokých teplotách okolních povrchů (nad 30 ° C) dochází k úplnému zastavení přenosu tepla radiací a při vyšších teplotách dochází k přenosu tepla radiace v opačném směru - od horkých povrchů k člověku.
Ztráta tepla během odpařování vlhkosti odváděná potem ze žlázy závisí na teplotě vzduchu, intenzitě práce osoby, rychlosti pohybu okolního vzduchu a jeho relativní vlhkosti.
Teplota, rychlost, relativní vlhkost a atmosférický tlak okolního vzduchu se nazývají parametry mikroklima. Teplota okolních objektů a intenzita fyzické zátěže těla charakterizují specifické výrobní prostředí.
Hlavními parametry, které zajišťují proces přenosu tepla mezi člověkem a prostředím, jak je uvedeno výše, jsou mikroklimatické ukazatele. Za přirozených podmínek na povrchu Země (hladina moře) se významně liší. Okolní teplota se tedy pohybuje od -88 do + 60 ° C; letecká pohyblivost - od 0 do 60 m / s; relativní vlhkost - od 10 do 100% a atmosférický tlak - od 680 do 810 mm RT. Art.
Spolu se změnami mikroklimatických parametrů se mění také tepelná pohoda člověka. Podmínky, které narušují tepelnou rovnováhu, způsobují v těle reakce, které přispívají k jejímu zotavení. Procesy regulace tepla k udržování konstantní teploty lidského těla se nazývají termoregulace. Umožňuje udržovat konstantní teplotu těla. Termoregulace se provádí hlavně třemi způsoby: biochemicky; změnou intenzity krevního oběhu a intenzity pocení.
Termoregulace biochemickým způsobem, nazývaná chemická termoregulace, je změnit produkci tepla v těle řízením rychlosti oxidačních reakcí. Změna intenzity krevního oběhu a pocení mění uvolňování tepla do okolního prostředí, a proto se nazývá fyzikální termoregulace.
Termoregulace těla se provádí současně všemi prostředky. Při snižování teploty vzduchu tedy brání přenos tepla v důsledku zvýšení teplotního rozdílu procesy, jako je pokles vlhkosti kůže, a proto snížení přenosu tepla odpařováním, snížení teploty kůže v důsledku snížení intenzity přenosu krve z vnitřních orgánů, a tím i snížení rozdílu teploty. Experimentálně bylo zjištěno, že k optimálnímu metabolismu v těle a odpovídajícím způsobem k maximální produktivitě činnosti dochází, pokud jsou složky procesu přenosu tepla v následujících mezích: Q k≈30 %; Q l≈ 50 %; Q TM≈ 20%. Tato rovnováha charakterizuje nedostatek napětí termoregulačního systému.
Mikroklimatické parametry mají přímý dopad na tepelnou pohodu člověka a jeho výkon. Je stanoveno, že při teplotě vzduchu vyšší než 25 ° C začíná lidská výkonnost klesat. Maximální teplota vdechovaného vzduchu, při které je osoba schopna dýchat několik minut bez zvláštního ochranného vybavení, je asi 116 ° C.
Lidská tolerance k teplotě, stejně jako její vnímání tepla, do značné míry závisí na vlhkosti a rychlosti okolního vzduchu. Čím vyšší je relativní vlhkost, tím méně se odpařuje pot za jednotku času a tím rychleji se tělo přehřívá. Obzvláště nepříznivý účinek na tepelnou pohodu člověka má vysoká vlhkost<ос > 30 ° C, protože v tomto případě je téměř veškeré uvolněné teplo přenášeno do prostředí, když se odpařuje pot. Se zvyšující se vlhkostí se pot neodpařuje, ale stéká dolů po kapkách z povrchu kůže. Existuje takzvaný přívalový tok potu, který vyčerpává tělo a neposkytuje potřebný přenos tepla. Spolu s potem tělo ztrácí značné množství minerálních solí, stopových prvků a ve vodě rozpustných vitamínů. Za nepříznivých podmínek může ztráta tekutiny dosáhnout 8 ... 10 litrů za směnu as tím až 40 g chloridu sodného (celkem asi 140 g NaCl v těle). Ztráty více než 30 g NaCl jsou pro lidské tělo extrémně nebezpečné, protože vedou ke zhoršené sekreci žaludku, svalovým křečím a křečím. Kompenzace ztrát vody v lidském těle při vysokých teplotách nastává v důsledku rozkladu uhlohydrátů, tuků a bílkovin.
Pro obnovení rovnováhy vody a soli pracovníků v horkých obchodech jsou instalovány zavlažovací stanice na slanou (asi 0,5% NaCl) sycené pitné vody v množství 4 ... 5 litrů na osobu a směnu. V řadě továren se pro tyto účely používá protein-vitamín naiitok. V horkém podnebí se doporučuje pít chlazenou pitnou vodu nebo čaj.
Dlouhodobé vystavení vysoké teplotě, zejména v kombinaci s vysokou vlhkostí, může vést k významnému hromadění tepla v těle a rozvoji přehřátí těla nad přípustnou hladinou - hypertermie - stav, kdy tělesná teplota stoupne na 38 ... 39 ° C. S hypertermií a následkem úpalů jsou časté bolesti hlavy, závratě, celková slabost, zkreslení vnímání barev, sucho v ústech, nevolnost, zvracení, silné pocení, puls a dýchání. Zároveň je pozorována bledost, cyanóza, žáci jsou rozšířeni, někdy dochází ke křečím, dochází ke ztrátě vědomí.
V horkých prodejnách průmyslových podniků se většina technologických procesů vyskytuje při teplotách výrazně vyšších než je teplota okolního vzduchu. Vyhřívané povrchy vysílají do vesmíru toky sálavé energie, což může vést k negativním důsledkům. Infračervené paprsky mají hlavně tepelné účinky na lidské tělo, zatímco dochází k narušení činnosti kardiovaskulárního a nervového systému. Paprsky mohou způsobit popálení kůže a očí. Nejčastějším a těžkým poškozením očí způsobeným expozicí infračerveným paprskům je oční katarakta.
Výrobní procesy prováděné při nízkých teplotách, vysoké mobilitě a vlhkosti mohou způsobit ochlazení a dokonce i podchlazení - podchlazení. V počátečním období expozice mírnému nachlazení dochází ke snížení dýchací rychlosti, ke zvýšení inspirace. Při delším vystavení chladu se dýchání stává nepravidelným, zvyšuje se frekvence a objem inspirace. Vzhled svalových třesů, při nichž se nevykonává vnější práce a veškerá energie se přeměňuje na teplo, může na určitou dobu oddálit pokles teploty vnitřních orgánů. Nízké teploty způsobují zranění chladem.
2. KONTROLA UKAZATELŮ MIKROCLIMÁTU
Regulační parametry průmyslové mikroklima jsou stanoveny GOST 12.1.005-88 a SanPiN 2.2.4.584-96.
Tabulka - Optimální mikroklima na pracovištích průmyslových prostor
|
Období roku |
Teplota vzduchu, 0 С |
Povrchová teplota, 0 С |
Relativní vlhkost,% |
Rychlost vzduchu, m / s |
|
|
Studená |
Ia (až 139) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
IIb (140 ... 174) |
21…23 |
20…24 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIb (175 ... 232) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIb (233 ... 290) |
17…19 |
16…20 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (nad 290) |
16…18 |
15…19 |
60…40 |
0,3 |
|
|
Teplé |
Ia (až 139) |
23…25 |
22…26 |
60…40 |
0,1 |
|
Ib (140 ... 174) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIa (175 ... 232) |
20…22 |
19…23 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIb (233 ... 290) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (nad 290) |
18…20) |
17…21 |
60…40 |
0,3 |
Pro posouzení povahy oděvu a aklimatizace těla v různých ročních obdobích se zavádí pojem období roku. Rozlišujte mezi teplým a chladným obdobím. Teplé období roku se vyznačuje průměrnou denní venkovní teplotou +10 ° C a vyšší, chladem - pod + 10 ° C.
Při zohlednění intenzity práce jsou všechny typy práce, založené na celkových energetických nákladech těla, rozděleny do tří kategorií: lehká, střední a těžká. Charakteristiky výrobních zařízení podle kategorie práce vykonávané v nich jsou stanoveny podle kategorie práce prováděné polovičním nebo více prací v odpovídající místnosti.
Lehká práce (kategorie I) zahrnuje práci prováděnou v sedě nebo ve stoje, nevyžadující systematickou fyzickou námahu (práce kontrolérů v procesech přesných přístrojů, kancelářské práce atd.). Světelná práce je rozdělena do kategorií 1a (spotřeba energie do 139 W) a kategorie 16 (spotřeba energie 140 ... 174 W). Mezi práce střední úrovně (kategorie II) patří práce se spotřebou energie 175 ... 232 (kategorie B) a 233 ... 290 W (kategorie 116). Do této kategorie patří práce související s konstantním chůzí, prováděné stojící nebo sezení, avšak nevyžadující pohyb těžkých břemen, kategorie Pb zahrnuje práce související s chůzí a přepravováním malých (do 10 kg) těžkých břemen (v mechanických montážních dílnách, textilní výrobě, během zpracování). dřevo atd.). Těžká práce (kategorie III) s energetickým výdajem nad 290 W zahrnuje práci spojenou se systematickým fyzickým stresem, zejména s konstantním pohybem, s přenášením významných (více než 10 kg) hmotností (v kovářství, slévárnách s manuálními procesy atd.) .
Podle GOST 12.1.005-88 lze v pracovním prostoru výrobní místnosti stanovit optimální a přípustné mikroklimatické podmínky. Optimální mikroklimatické podmínky jsou kombinací mikroklimatických parametrů, které při dlouhodobé a systematické expozici člověka poskytují pocit tepelné pohody a vytvářejí předpoklady pro vysoký výkon.
Přípustné mikroklimatické podmínky jsou takové kombinace mikroklimatických parametrů, které při dlouhodobé a systematické expozici člověka mohou způsobit stres termoregulačních reakcí a které nepřekračují fyziologické adaptivní schopnosti. V tomto případě nedochází k narušení zdravotního stavu, nedochází k nepříjemným pocitům tepla, které zhoršují pohodu, a ke snížení pracovní kapacity.
Ukazatele mikroklima se měří v pracovním prostoru ve výšce 1,5 m od podlahy a opakují se v různých denních a ročních obdobích, v různých obdobích technologického procesu. Změřte teplotu, relativní vlhkost a rychlost vzduchu.
K měření teploty a relativní vlhkosti použijte asmanský aspirační psychrometr (obr. 2). Skládá se ze dvou teploměrů. V jednom z nich je rtuťová nádrž pokryta látkou navlhčenou pipetou. Suchý teploměr ukazuje teplotu vzduchu. Odečty vlhkého teploměru závisejí na relativní vlhkosti vzduchu: jeho teplota je nižší, nižší relativní vlhkost, protože se snížením vlhkosti se zvyšuje rychlost odpařování vody z navlhčené tkáně a povrch nádrže se chladí intenzivněji.
Pro vyloučení vlivu pohyblivosti vnitřního vzduchu na odečty vlhkého teploměru (pohyb vzduchu zvyšuje rychlost odpařování vody z povrchu navlhčené tkáně, což vede k dodatečnému ochlazení rtuťového válce odpovídajícím podceněním naměřené hodnoty vlhkosti ve srovnání se skutečnou hodnotou) jsou oba teploměry umístěny do kovových ochranných trubek . Aby se zvýšila přesnost a stabilita odečtů zařízení během měření teploty suchými a mokrými teploměry, prochází obě trubice konstantní proudění vzduchu vytvářené ventilátorem umístěným v horní části zařízení.
Před měřením se voda vtáhne do speciální pipety a tkáň vlhkého teploměru se navlhčí. V tomto případě je zařízení drženo svisle, pak je strojek napnut a namontován (zavěšen nebo držen v ruce) v místě měření.
Po 3 ... 5 minutách se hodnoty suchých a vlhkých teploměrů nastaví na určité úrovně, podle kterých se vypočte relativní vlhkost pomocí speciálních tabulek.
Rychlost vzduchu se měří pomocí anemometrů (obr. 2.7). Při rychlosti vzduchu vyšší než 1 m / s se používají lopatkové anemometry, u nižších rychlostí se používají anemometry s horkým drátem.
Princip činnosti okřídlených a pohárových anemometrů je mechanický. Pod vlivem aerodynamické síly pohybujícího se proudu vzduchu se rotor zařízení s křídly upevněnými na něm (desky) začne otáčet rychlostí, jejíž hodnota odpovídá rychlosti dopadajícího proudu. Přes soustavu ozubených kol je osa spojena s pohyblivými šipkami. Střední ruka ukazuje jednotky a desítky, ruce malých číselníků ukazují stovky a tisíce divizí. Pomocí páky umístěné na boku můžete osu odpojit od převodového mechanismu nebo ji připojit.
Před měřením jsou hodnoty číselníku zaznamenány s vypnutou osou. Zařízení je instalováno v měřicím bodě a osa s upevněnými křídly se začne otáčet. Stopky jsou načasované a zařízení je zapnuté. Po 1 minutě se pohybem páky osa vypne a hodnoty se znovu zaznamenají. Rozdíl v odečítání zařízení je dělen 60 (počet sekund za minutu) pro stanovení rychlosti otáčení šipky - počet dělení, které prochází za 1 s. Podle zjištěné hodnoty se pomocí grafu připojeného k zařízení stanoví rychlost vzduchu za sekundu.
Měření nízkých rychlostí proudění vzduchu pomocí anemometru s horkým drátem, který také umožňuje určit teplotu vzduchu. Princip měření je založen na změně elektrického odporu citlivého prvku zařízení se změnou teploty a rychlosti vzduchu. Velikost elektrického proudu měřeného galvanometrem určuje rychlost proudění vzduchu pomocí tabulek
LITERATURA
Zhidetsky V.T., Dzhigirey V.S., Melnikov A.V. Základy ochrany práce. Učebnice - Ed. 2., doplněno. –SPb: Plakát, 2000.
2014-05-14
Význam životního prostředí pro lidský život Rezidenční prostředí a jeho dopad na lidské zdraví BENZ-A-PIREN. DŮVODY PRO ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ A POTRAVINY
Denisenko G.F. Ochrana práce: Učebnice. - M .: Higher School, 1995 ..
Druzhinin V.F., Motivace aktivity v mimořádných situacích, M., 1996.
Člověk je neustále ve stavu výměny tepla s okolím.
Nejlepší tepelná pohoda člověka bude, když je uvolňování tepla (QТB) lidského těla zcela dáno prostředí (QТО), tj. existuje tepelná bilance
Překročení tepelného uvolňování těla přenosem tepla do okolního prostředí (QTB\u003e QTО) vede ke zvýšení teploty vnitřních orgánů, zahřátí těla a ke zvýšení jeho teploty - pro člověka je horké. Naopak přebytek přenosu tepla nad uvolňováním tepla (Q. TV< QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.
Průměrná teplota lidského těla je 36,6 0 С. I malé odchylky od této teploty v jednom nebo druhém směru vedou ke zhoršení lidské pohody.
Uvolňování tepla (QTB) v těle je určeno především závažností a intenzitou práce prováděné osobou, zejména množstvím svalové zátěže.
Přenos tepla z lidského těla do životního prostředí nastává v důsledku:
Tepelná vodivost (QT) prostřednictvím oděvu. Teplo lze přenášet pouze z tělesa s vyšší teplotou do tělesa s nižší teplotou. Intenzita přenosu tepla závisí na teplotním rozdílu těl (v našem případě je to teplota lidského těla a teplota předmětů obklopujících osobu a vzduch) a tepelně izolačních vlastností oděvů.
Pro ilustraci je možné provést jednoduchý experiment.
Namočte teploměr do sklenice horké vody a sklenici vložte nejprve do nádoby s teplou a potom studenou vodou. Sledujte rychlost, jakou teploměr odečítá v prvním a druhém případě.
Snížení teploty ve skle, když je ve studené vodě, nastane rychleji než intenzita přenosu tepla z horké vody ve skle do teplé vody v nádrži. Tento experiment ilustruje závislost přenosu tepla na teplotních rozdílech.
Je možné regulovat přenos tepla osoby s okolím díky okolní teplotě a výběru oblečení s různými tepelně izolačními vlastnostmi.
Konvektivní přenos tepla (QK). Co je to? Vzduch poblíž teplého předmětu se zahřívá. Vyhřívaný vzduch má nižší hustotu a jako lehčí stoupá a jeho místo je obsazeno chladnějším okolním vzduchem.
Fenomén výměny částí vzduchu v důsledku rozdílu hustoty mezi teplým a studeným vzduchem se nazývá přirozená konvekce.
Pokud vyfouknete teplý předmět studeným vzduchem, proces výměny teplejších vrstev vzduchu z předmětu se zrychlí. V tomto případě bude mít vyhřívaný objekt chladnější vzduch, teplotní rozdíl mezi vyhřívaným objektem a okolním vzduchem bude větší a, jak jsme již viděli, intenzita přenosu tepla z objektu do okolního vzduchu se zvýší. Tento jev se nazývá nucená konvekce.
Například: ilustrující jev nucené konvekce, je to, že při stejné teplotě za větrného počasí člověk vnímá klimatické podmínky jako chladnější, protože přenos tepla z jeho těla je intenzivnější.
Je tedy možné regulovat výměnu tepla mezi osobou a prostředím změnou rychlosti pohybu vzduchu.
- - záření (QIZ) na okolních površích. Tepelná energie, která přeměňuje povrch horkého těla v sálavé (elektromagnetické vlnění) - infračervené záření, je přenášena na další - chladný - povrch, kde se opět mění v teplo. Sálavý tok je tím větší, čím větší je teplotní rozdíl mezi osobou a okolními objekty. Sálavý tok může navíc pocházet od člověka, pokud je teplota okolních objektů nižší než teplota osoby a naopak, pokud jsou okolní objekty více zahřívány.
- - odpařování (QISP) vlhkosti z povrchu kůže. Pokud se člověk potí, objeví se na jeho kůži kapky vody, které se vypařují a voda z tekutého stavu přechází do páry. Tento proces je doprovázen výdaji energie (QISP) na odpařování a v důsledku toho ochlazováním těla.
Co určuje intenzitu odpařování a následně i množství přenosu tepla z těla do okolí?
Za prvé, z okolní teploty - čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost odpařování; za druhé, od vlhkosti vzduchu - čím vyšší je vlhkost, tím nižší je rychlost odpařování. Každá teplota vzduchu je charakterizována maximálním množstvím vody, které může být v jednotkovém objemu vzduchu v parním stavu.
Jednoduchý experiment pomůže ilustrovat tento jev. Nalijte do malé láhve vody, spusťte do ní teploměr, zabalte láhev vlhkým hadrem a vložte ji na slunce. Sledujte teploměr. Teplota vody v láhvi začne klesat.
Není-li láhev zabalena do vlhkého hadru, teplota se zvýší. To naznačuje, že na odpařování vody z hadru se vynakládá tepelná energie.
Tuto nejjednodušší techniku \u200b\u200blze použít, pokud chcete v horkém počasí pít chlazenou vodu. Chlazení v důsledku odpařování také vysvětluje, že za horkého slunečného počasí se nedoporučuje zalévat rostliny, které jsou zvláště citlivé na teplotu. Díky intenzivnímu odpařování se vegetativní části rostlin mohou ochladit na nepřijatelné teploty.
Vlhkost vzduchu se obvykle měří jako relativní vlhkost (?), Vyjádřeno v procentech. Například relativní vlhkost? \u003d 70% znamená, že ve vzduchu s vodou v parním stavu je 70% maximálního možného množství. Relativní vlhkost 100% znamená, že vzduch je nasycen vodní párou a v takovém prostředí nemůže dojít k odpařování.
Rychlost odpařování se zvyšuje se zvyšující se rychlostí vzduchu. Je to ze stejných důvodů jako zvýšení přenosu tepla během nucené konvekce. Vrstvy vzduchu umístěné v blízkosti lidského těla a nasycené vodní párou jsou odstraněny a nahrazeny suššími částmi vzduchu v důsledku pohybu vzduchu, zatímco rychlost vypařování se zvyšuje.
Výdechové topení (QB). Při dýchání se okolní vzduch, který se dostává do plic člověka, zahřívá a současně nasycuje vodní párou. Teplo se tedy z lidského těla odvádí pomocí vydechovaného vzduchu (QB).
Přenos tepla mezi osobou a prostředím je tedy způsoben tepelnou vodivostí (QT), konvekčním přenosem tepla (Qк), zářením (Q from), odpařováním (QISP), zahříváním vydechovaného vzduchu (QB), tj .:
Qtotal \u003d QT + QK + QIZ + QISP + QB - rovnice tepelné bilance
Příspěvek výše uvedených cest pro přenos tepla je variabilní a závisí na mikroklimatu ve výrobní místnosti, jakož i na teplotě povrchů obklopujících osobu. Pokud je t těchto povrchů nižší než t lidského těla, pak přenos tepla sáláním přechází z lidského těla na chladné povrchy. Jinak se výměna tepla provádí v opačném směru: od vyhřívaných povrchů k člověku. Přenos konvekčního tepla závisí na t vzduchu v místnosti a jeho rychlosti na pracovišti a přenos tepla odpařováním závisí na relativní vlhkosti a rychlosti vzduchu.
Bylo zjištěno, že metabolismus v lidském těle je optimální, a proto je jeho výkon vysoký, pokud jsou složky procesu přenosu tepla přibližně v následujících rozsazích:
QK + QT? 30% QIZ? 45% QIS\u003e 20%; QB - 5%.
Taková rovnováha složek přenosu tepla charakterizuje nepřítomnost napětí v lidském termoregulačním systému.
Směr tepelných toků QT, QK, Q může být od člověka ke vzduchu a předmětů obklopujících osobu, a naopak, v závislosti na tom, co je vyšší - teplota těla osoby nebo okolního vzduchu a těl, která ji obklopují (obr. 1.).
Obr. 1. Schéma směru tepelných toků: QB - výdech tepelného vzduchu; QI - odpařování; Qiz - záření; QK - konvekční přenos tepla; QT - tepelná vodivost
Tepelné uvolňování lidského těla je určeno primárně velikostí svalové zátěže během lidské činnosti a přenosem tepla okolním vzduchem a objekty, rychlostí a relativní vlhkostí.
