ТЕПЛОУТВОРЕННЯ І ТЕМПЕРАТУРА ТІЛА ЛЮДИНИ

Нормальна життєдіяльність людини може здійснюватися лише за певних метеорологічних умовах: тиску Р, температурі ί, відносної вологості φ і швидкості руху навколишнього повітря W. Ці параметри впливають на інтенсивність тепломасообміну тіла людини з навколишнім середовищем, в процесі якого відводиться виробляється організмом теплота Qвир, а температура тіла підтримується на певному рівні, що забезпечує нормальний перебіг обмінних реакцій в організмі людини. Для людини температурний оптимум близький до температури тіла, що становить близько + 37 ° С, під якою розуміють температуру його внутрішніх органів. Її величина досить стабільна і лише незначно змінюється з плином доби і з віком. Максимальна величина температури тіла (37,0-37, ГС) спостерігається в 16-18 годин, мінімальна - (36,0-36,2 ° С) спостерігається близько 3-4 годин. У літніх людей температура тіла знижується до 35,0-36,0 ° С.

Дія охолоджуючого мікроклімату на людину залежить від багатьох умов, серед яких необхідно відзначити температуру, вологість і швидкість руху повітря, а також теплозахисні властивості одягу.

Найбільшу небезпеку становить загальне переохолодження тіла людини. Порушення серцевої діяльності виникає при температурі тіла близько 30 ° С (аритмія, тріпотіння передсердь), а в подальшому супроводжується зупинкою дихання.

Життєдіяльність організму людини можлива лише при температурі тіла не нижче + 25 ° С і не вище + 43 ° С.

Значна частина енергії, що вивільняється при окислювально-відновному розпаді злиденні, трансформується в теплоту, але основна кількість теплоти (від 65 до 70%) виробляється в м'язах тіла людини. При інтенсивній м'язовій роботі кількість виділеної в м'язах теплоти підвищується до 90% від загальної теплопродукції тіла людини. Теплопродукція організму залежить не тільки від інтенсивності м'язової роботи, але також і від температури навколишнього середовища (табл. 2.1).

У поверхневому шарі тіла товщиною приблизно 2,5 см відбувається зниження температури тканин, викликане поті-

Таблиця 2.1

Кількість теплоти, що виділяється в тілі людини при різних фізичних навантаженнях і температурі повітря в приміщенні, Вт

інтенсивність роботи

Температура повітря в приміщенні

КТС

15 ° С

20аС

25 ° С

30 ° С

35 ° С

Стан спокою

163

145

116

93

93

93

Легка робота

180

157

151

145

145

145

Робота середньої тяжкості

215

210

204

198

198

198

Важка праця

291

291

291

291

291

291

рей теплоти в навколишнє середовище. Тому температура шкіри трохи нижче температури внутрішніх органів. Так, температура шкіри чола коливається в діапазоні 32,5-34 ° С, грудей 31-33,5 ° С, кистей рук - 28,5 ° С, пальців стопи - 24,4 ° С. Найбільше значення температури шкіри спостерігається в пахвовій западині - 36,5-Зб, 9 ° С. Цю температуру найчастіше і використовують для оцінки теплового стану організму людини.

Виділення теплоти в тілі людини викликає нагрів його тканин. Так, кількість теплоти, що виділяється в організмі людини, що знаходиться в стані спокою, досить для нагрівання його тіла протягом однієї години на 1,2 ° С, а при виконанні ним роботи середньої тяжкості - майже на 3 ° С. Однак цьому перешкоджає відведення вироблюваної теплоти в навколишнє середовище.

Теплообмін тіла людини з навколишнім середовищем здійснюється через шкірні покриви, а також в процесі дихання за рахунок нагріву вдихуваного в легені повітря і випаровування води з їх поверхні. При цьому організм використовує всі існуючі в природі механізми теплообміну: тепловипромінюючої, теплопровідний, конвективний і транспіраціонний (за допомогою випаровування вологи). Тому кількість відводиться в навколишнє середовище теплоти можна представити у вигляді суми:

де - кількість теплоти, що відводиться за рахунок конвекції, теплопровідності, теплового випромінювання, випаровування поту і дихання відповідно, Вт.

Конвективний теплообмін визначається законом Ньютона:

де - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, при нормальній температурі Вт / м2 * ° С; - температура шкіри тіла людини (взимку середнє значення температури шкіри близько 27,7 ° С, влітку близько 31,5 ° С); - температура навколишнього повітряного середовища, ° С; F 3 - площа ефективної поверхні тіла людини (для практичних розрахунків цю площу приймають рівною 1,8 м2).

Значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією можна наближено визначати як

де - коефіцієнт теплопровідності прикордонного шару повітря, Вт / (м ° С) (при нормальній температурі повітря Вт / (м * ° С)); - товщина прикордонного шару повітря, м.

Товщина прикордонного шару повітря залежить від швидкості руху повітря. Так, при відсутності руху повітря мм, а при швидкості руху повітря 2 м / с товщина прикордонного шару зменшується до 1 мм.

Таким чином, інтенсивність і напрямок конвективного теплообміну тіла людини з навколишнім середовищем визначаються в основному температурою і рухливістю навколишнього повітря, тобто .:

Передачу теплоти теплопровідністю можна описати рівнянням Фур'є:

де - коефіцієнт теплопровідності тканин одягу людини, Вт / м • ° С; - товщина одягу людини.

Тепловипромінюючої теплообмін описується узагальненим законом Стефана - Больцмана:

де - приведений коефіцієнт випромінювання, для практичних розрахунків Вт / (м2 • К4); - площа поверхні, яка випромінює променистий потік, м2; - коефіцієнт опромінювання, що залежить від розташування і розмірів поверхонь і показує частку променистого потоку, що випромінюється поверхнею полум'я (на практиці застосовується рівним одиниці); - середня температура шкіри, К; - середня температура оточуючих поверхонь, К.

Кількість теплоти, що віддається тілом людини в навколишнє середовище при випаровуванні поту, визначається рівнянням

де - маса випарувався поту, г / с; - прихована теплота випаровування нота, Дж / г (для води Дж / г).

Кількість поту, що виділяється тілом людини, наведено в табл. 2.2.

Випаровування поту з поверхні шкіри відбувається тільки в тому випадку, якщо відносна вологість навколишнього повітря . Зі зменшенням величини відносна

Таблиця 2.2

Кількість поту, що виділяється тілом людини при різних фізичних навантаженнях і температурі повітря в приміщенні, г / год

інтенсивність роботи

Температура повітря в приміщенні

КТС

15 ° С

20ЕС

25 ° С

30 ° С

35 ° С

Стан спокою

30

40

40

50

75

115

Легка робота

40

55

75

115

150

200

Робота середньої тяжкості

70

по

140

185

230

280

Важка праця

135

185

240

295

355

415

ної вологості повітря і з ростом швидкості руху повітря інтенсивність випаровування поту зростає.

Таким чином, кількість теплоти, що віддається тілом навколишньому повітрю в процесі випаровування поту, залежить від температури , його відносної вологості φ і швидкості руху XV.

У процесі дихання навколишнє повітря, потрапляючи в легені людини, нагрівається і одночасно насичується водяними парами. У технічних розрахунках можна прийняти, що видихається має температуру 37 ° С. Кількість теплоти, що витрачається на нагрівання вдихуваного повітря, визначається за формулою

де - обсяг повітря, що вдихається людиною в одиницю часу, "легенева вентиляція", м3 / с; - щільність вдихуваного повітря, кг / м3; Ср - питома теплоємність вдихуваного повітря, кДж / (кг • ° С); - температура повітря, що видихається, ° С; - температура вдихуваного повітря, ° С.

Обсяг легеневої вентиляції визначається як добуток обсягу повітря, що вдихається за один вдих, на частоту дихання. Частота дихання людини непостійна і залежить від стану організму і фізичного навантаження. У стані спокою вона становить 12-15 вдихів-видихів на хвилину, а при важкому фізичному навантаженні 20-25. Повний об'єм легенів людини становить 4-4,5 л, проте в процесі життєдіяльності він використовується не повністю, так як це вимагає великих витрат енергії на роботу грудних м'язів. У стані спокою обсяг вдихуваного повітря становить близько 0,5 л, а при виконанні важкої роботи він збільшується до 1,5-1,8 л.

Внесок кожного з описаних механізмів теплообміну в процес тепловіддачі від тіла людини в навколишнє середовище залежить від метеорологічних умов і інтенсивності виконуваної роботи. Так, в стані спокою при температурі 20 ° С на частку випромінювання припадає 50-65% тепловіддачі, на випаровування поту - 20-25%, конвекцію - 15%, дихання - 5%. При зміні температури, відносної вологості та швидкості руху навколишнього повітря це співвідношення змінюється (рис. 2.1).

Нормальне теплове стан організму людини, зване тепловим комфортом, спостерігається за умови, коли вся вироблювана організмом теплота передається тілом навколишньому середовищу , тобто виконується рівність

Порушення цієї рівності викликає зміна теплового відчуття людини. При теплота накопичується в тілі, його температура підвищується і людині стає жарко, при виникає дефіцит теплоти в тілі людини, його температура падає, що відчувається як холод.

Вплив параметрів мікроклімату на самопочуття людини . Параметри мікроклімату справляють безпосередній вплив на теплове самопочуття людини і його працездатність. Наприклад, зниження температури і підвищення швидкості руху повітря сприяють усиле-

Показники виділення теплоти тілом людини, що знаходиться в спокійному стані, в залежності від температури навколишнього середовища

Мал. 2.1. Показники виділення теплоти тілом людини, що знаходиться в спокійному стані, в залежності від температури навколишнього середовища:

1 - теплота, що виділяється при випаровуванні; 2 - теплота, що виділяється шляхом конвекції; 3 - теплота, що виділяється випромінюванням

нию конвективного теплообміну та процесу тепловіддачі при випаровуванні поту, що може привести до переохолодження організму.

При підвищенні температури повітря виникають зворотні явища. Встановлено, що при температурі понад 25 ° С працездатність людини починає знижуватися (рис. 2.2).

Для людини визначені максимальні значення допустимої температури в залежності від тривалості їх впливу і використовуваних засобів захисту. Переносимість організмом людини високих температур залежить від вологості і швидкості руху повітря.

Висока вологість повітря зменшує швидкість випаровування поту, що погіршує знімання з поверхні шкіри і веде до перегріву тіла людини. Особливо несприятливий вплив на теплове самопочуття людини надає висока вологість повітря при t oc > 30 ° С, коли практично вся теплота, що виробляється в тілі людини, віддається в навколишнє середовище за рахунок випаровування поту.

Інтенсивне потовиділення при високих температурах призводить до зневоднення організму. Зневоднення на 6% тягне за собою порушення розумової діяльності, зниження гостроти зору, зневоднення на 15-20% призводить до смертельного результату.

Разом з потом організм втрачає значну кількість мінеральних солей, мікроелементів і водорозчинних вітамінів (С, В1, В2). При несприятливих умовах втрати рідини організмом людини можуть досягати 8-10 л за зміну. При цьому втрати солі NaCl (її концентрація в поті становить 0,3-0,6%) досягають 40 г, що становить

Залежність продуктивності праці від зміни температури навколишнього середовища

Мал. 2.2. Залежність продуктивності праці від зміни температури навколишнього середовища

майже 30% її загальної кількості в організмі людини. Втрати солі вкрай небезпечні для організму.

Тривалий вплив високої температури особливо в поєднанні з підвищеною вологістю може призвести до значного накопичення теплоти в організмі і розвитку його перегрівання вище допустимого рівня - гіпертермії - стану, при якому температура тіла піднімається до 38-39 ° С. При гіпертермії і, як наслідок, тепловому ударі спостерігається головний біль, запаморочення, загальна слабкість, спотворення кольорового сприйняття, сухість у роті, нудота, блювота, рясне потовиділення, пульс і дихання прискорені. При цьому спостерігається блідість, синюшність, зіниці розширені, часом виникають судоми, втрата свідомості.

Гранична температура вдихуваного повітря, при якій людина в стані дихати протягом декількох хвилин без спеціальних засобів захисту, становить близько 11б ° С.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >