Теплообразование и теплоотдача. Теплоотдача

Теплообразование, или теплопродукция, определяется интенсивностью обмена веществ. Регуляция теплообразования путем увеличения или уменьшения обмена веществ обозначается как химическая терморегуляция.

Выработанное организмом тепло постоянно отдается в окружающую его внешнюю среду. Если бы не существовала отдача тепла, организм погиб бы от перегревания. Теплоотдача может увеличиваться и уменьшаться. Регуляция теплоотдачи путем изменения осуществляющих ее физиологических функций обозначается как физическая терморегуляция.

Количество образующегося в организме тепла зависит от уровня обмена веществ в органах, который определяется трофической функцией нервной системы. Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре и в железах, главным образом в печени и в почках. Наименьшее количество тепла освобождается в костях, хрящах и соединительной .

При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, а при ее понижении - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения. Летом теплообразование понижается, а зимой увеличивается.

Соотношение между теплообразованием и теплоотдачей зависит от температуры окружающей среды. При среды 15-25°С теплообразование в покое в одежде находится на одном уровне и уравновешивается теплоотдачей (зона безразличия). Когда температура среды ниже 15°С, то при тех же условиях теплопродукция повышается при 0°С и постепенно снижается к 15°С (нижняя зона повышения обмена). Если температура среды 25-35°С, обмен веществ несколько снижается (зона пониженного обмена) и сохраняется терморегуляция. При повышении температуры среды больше 35°С происходит нарушение терморегуляции, обмен веществ и температура тела повышаются (верхняя зона повышения обмена, зона перегревания). Следовательно, повышение температуры внешней среды или согревание организма уменьшает теплопроизводство только до известного уровня при определенной температуре внешней среды. Эта температура называется критической, так как дальнейшее её повышение ведет уже не к уменьшению, а к увеличению теплообразования и повышению температуры тела. Точно так же при охлаждении существуют критическая температура внешней среды, ниже которой теплопроизводство начинает понижаться.

При мышечном покое увеличение теплообразования при охлаждении тела незначительно.

Особенно значительное увеличение теплообразования при низкой температуре внешней среды наблюдается при дрожи и работе мышц. Неправильные, небольшие сокращения мышц – дрожание и усиленные движения, которые человек делает на холоде с целью согреться и избавиться от озноба или дрожи, повышают трофические функции, значительно увеличивают обмен веществ и производство тепла. Несколько повышается выработка тепла и при «гусиной коже» -сокращение мышц волосяных мешочков.

Необходимо учесть, что ходьба увеличивает теплопроизводство почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз, температура тела может повыситься на несколько десятых градуса, причем повышение температуры во время работы ускоряет окислительные процессы и тем самым способствует окислению продуктов распада белков. Однако при продолжительной интенсивной работе при температуре внешней среды выше 25°С температура тела может возрасти на 1-1,5°С, что уже вызывает изменения и нарушения жизнедеятельности. Когда во время мышечной работы при высокой температуре внешней среды температура тела повышается более чем до 39°С, может наступить тепловой удар. На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%.

Остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.

Организм в покое непрерывно теряет тепло: 1) теплоизлучением, или отдачей тепла кожей окружающему воздуху; 2) теплопроведением, или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей; 3) испарением с поверхности кожи и легких.

В условиях покоя 70-80% тепла отдается в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, а испарением воды в коже (потоотделением) и в легких - около 20%. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна, она составляет 1,5-3% общей теплоотдачи.

При мышечной работе резко возрастает отдача тепла испарением (у человека главным образом потоотделением), доходя до 90% всего суточного теплообразования.

Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и окружающей среды. Чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача указанными путями. Л температура кожи зависит от притока к ней крови. При повышении температуры окружающей среды артериолы и капилляры кожи. Но так как разница температуры кожи уменьшается, то абсолютная величина теплоотдачи при высоких температурах окружающей среды меньше, чем при низких.

Когда температура кожи сравнивается с температурой окружающей среды, теплоотдача прекращается. При дальнейшем повышении температуры окружающей среды кожа не только не теряет тепло, но сама нагревается. В этом случае теплоотдача теплоизлучением и теплопровидением отсутствует и сохраняется только теплоотдача испарением.

Наоборот, на холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через пес крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.

Человек уменьшает теплоотдачу искусственными покровами (бельем, одеждой и т. д.). Чем больше воздуха в этих покровах, тем легче сохраняется тепло.

Регуляция теплоотдачи испарением воды играет большую роль, особенно при мышечной работе и значительном повышении температуры окружающей среды. При испарении 1 дм 3 воды с поверхности кожи или слизистых оболочек теряется телом 2428,4 кДж.

Потеря воды кожей происходит за счет проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 1674,8-2093,5 кДж.

В связи с резким увеличением потоотделения при повышении температуры окружающей среды и при мышечной работе значительно возрастает и теплоотдача, хотя и не весь пот испаряется.

Большие потери пота сопровождаются потерями больших количеств минеральных солей, так как содержание одной только поваренной соли в поту равно 0,3-0,6%. При потере 5-10дм 3 пота теряется 25-30 грамм поваренной соли. Поэтому если возникшая при обильном потоотделении жажда удовлетворяется водой, то наступают тяжелые расстройства вследствие потери значительных количеств солей (судороги и т. д.). Уже при потере 2 дм 3 пота получается дефицит солей в организме. Эти потери восполняются питьем воды, содержащей 0,5-0,6% поваренной соли, которую рекомендуется пить при обильном длительном потоотделении.

Испарение воды постоянно происходит и с поверхности легких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98% и поэтому чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдается испарением с легких. В обычных условиях легкими ежесуточно испаряется 300-400 см 3 воды, что соответствует 732,7-962,9 кДж. При высокой температуре дыхание учащается, а на холоде становится редким. Испарение воды с поверхности кожи и легких становится единственным путем теплоотдачи, когда температура воздуха достигает температуры тела. В этих условиях в покое испаряется более 100 см 3 пота в час, что позволяет отдавать около 251,2 кДж в час.

Испарение воды с поверхности кожи и легких зависит от относительной влажности воздуха. Оно прекращается в воздухе, насыщенном водяными парами. Поэтому пребывание во влажном горячем воздухе, как, например, бане, тяжело переносится. В сыром воздухе человек плохо чувствует себя, даже при сравнительно невысокой температуре окружающей среды - при 30°С. Плохо переносится кожаная и резиновая одежда, так как она непроницаема для и делает невозможным испарение пота, поэтому под такой одеждой пот накапливается. При высокой температуре воздуха и мышечной работе в кожаной и резиновой одежде у человека повышается температура тела.

Перегревание человека в , насыщенной водяными парами, особенно опасно, так как лишает возможности освобождаться от избытка тепла наиболее действенным способом - испарением.

Наоборот, в сухом воздухе человек сравнительно легко переносит значительно более высокую температуру, чем во влажном.

Большое значение для увеличения теплоотдачи теплоизлучением, теплопроведением и испарением имеет движение воздуха. Увеличение скорости движения воздуха увеличивает теплоотдачу. На сквозняке и на ветру резко увеличивается потеря тепла. Но если окружающий воздух имеет высокую температуру и насыщен водяными парами, то движение воздуха не охлаждает. Следовательно, физическая терморегуляция обеспечивается: 1) сердечнососудистой системой, которая определяет приток и отток крови в кровеносных сосудах кожи, а следовательно, количество тепла, отдаваемого кожей в окружающую среду; 2) системой органов дыхания, т. е. изменениями вентиляции легких; 3) изменением функции потовых желез.

Регуляция теплоотдачи производится нервной системой и посредством гормонов. Существенное значение имеют условные рефлексы на обстановку, в которой неоднократно нагревалось или охлаждалось тело.

Изменение функций сердечнососудистой системы, дыхания и потовых желез рефлекторно регулируется раздражением внешних органов чувств и особенно раздражением рецепторов кожи при изменениях температуры внешней среды, а также раздражением нервных окончаний внутренних органов при колебаниях температуры внутри организма. Физиологические механизмы физической терморегуляции осуществляются большими полушариями, промежуточным, продолговатым и спинным мозгом.

Теплоотдача изменяется при поступлении в гормонов, изменяющих функции органов, участвующих в физической терморегуляции.

Человек постоянно находится в состоянии обмена теплотой с окружающей средой.

Наилучшее тепловое самочувствие человека будет тогда, когда тепловыделения (QТB) организма человека полностью отдаются окружающей среде (QТО), т.е. имеет место тепловой баланс

Превышение тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду (QTB > QTО) приводит к росту температуры внутренних органов, нагреву организма и к повышению его температуры - человеку становится жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением (Q.ТВ < QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.

Средняя температура тела человека - 36,6 0 С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека.

Тепловыделения (QTB) организма определяются прежде всего тяжестью и напряженностью выполняемой человеком работы, в основном величиной мышечной нагрузки.

Теплоотдача от организма человека в окружающую среду происходит в результате:

Теплопроводности (QТ) через одежду. Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит от разности температур тел (в нашем случае - это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды.

Чтобы проиллюстрировать это, можно выполнить простейший эксперимент.

Опустите в стакан с горячей водой термометр, а сам стакан поместите в емкость сначала с теплой, а затем с холодной водой. Наблюдайте за скоростью уменьшения показаний термометра в первом и во втором случае.

Понижение температуры в стакане при нахождении его в холодной воде будет происходить быстрее, чем интенсивность отдачи теплоты от горячей воды в стакане к теплой воде в емкости. Этот опыт иллюстрирует зависимость теплопередачи от разницы температур.

Регулировать теплообмен человека с окружающей средой можно за счет температуры окружающей среды и выбора одежды с различными теплоизолирующими свойствами.

Конвективного теплообмена (QК). Что это такое? Воздух, находящийся вблизи теплого предмета, нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность и, как более легкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух окружающей среды.

Явление обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного воздуха называется естественной конвекцией.

Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более теплых слоев воздуха у предмета на более холодные ускоряется. В этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше, и, как мы уже выяснили раньше, интенсивность отдачи тепла от предмета окружающему воздуху возрастет. Это явление называется вынужденной конвекцией.

Например: иллюстрирующим явление вынужденной конвекции, является то, что при одинаковой температуре воздуха в ветреную погоду человек воспринимает климатические условия как более холодные, т.к. отдача тепла от его организма более интенсивная.

Таким образом, регулировать теплообмен между человеком и окружающей средой можно изменением скорости движения воздуха.

• - излучения (QИЗ) на окружающие поверхности. Тепловая энергия, превращаясь на поверхности горячего тела в лучистую (электромагнитную волну) - инфракрасное излучение, передается на другую - холодную - поверхность, где вновь превращается в тепловую. Лучистый поток тем больше, чем больше разница температур человека и окружающих предметов. Причем лучистый поток может исходить от человека, если температура окружающих предметов ниже температуры человека и наоборот, если окружающие предметы более нагреты.
• - испарения (QИСП) влаги с поверхности кожи. Если человек потеет, на его коже появляются капельки воды, которые испаряются, и вода из жидкого состояния переходит в парообразное. Этот процесс сопровождается затратами энергии (QИСП) на испарение и в результате охлаждением организма.

От чего же зависит интенсивность испарения, а, следовательно, и величина отдачи тепла от организма окружающей среде?

Во-первых, от температуры окружающей среды - чем выше температура, тем выше интенсивность испарения; во-вторых, от влажности воздуха - чем выше влажность, тем меньше интенсивность испарения. Для каждой температуры воздуха характерно максимальное количество воды, которое может находиться в единице объема воздуха в парообразном состоянии.

Проиллюстрировать это явление поможет простейший эксперимент. Налить в небольшую бутылку воды, опустить в нее термометр, обернуть бутылку мокрой тряпкой и поставить ее на солнце. Следить за показаниями термометра. Температура воды в бутылке начнет понижаться.

Если бутылка не будет завернута в мокрую тряпку, температура будет повышаться. Это говорит о том, что тепловая энергия расходуется на испарение воды из тряпки.

Этим простейшим приемом можно пользоваться в том случае, если в жаркую погоду захочется попить охлажденной воды. Охлаждением за счет испарения объясняется также то, что в жаркую солнечную погоду не рекомендуется поливать растения, особенно чувствительные к температуре. За счет интенсивного испарения вегетативные части растений могут охладиться до недопустимых температур.

Обычно влажность воздуха измеряют величиной относительной влажности (?), выраженной в процентах. Например, относительная влажность? = 70% означает, что в воздухе воды в парообразном состоянии находится 70% от максимально возможного количества. Относительная влажность 100% означает, что воздух насыщен водяными парами и в такой среде испарение происходить не может.

Интенсивность испарения возрастает при увеличении скорости движения воздуха. Это объясняется теми же причинами, что и увеличение теплообмена при вынужденной конвекции. Слои воздуха, находящиеся вблизи тела человека и насыщенные водяными парами, за счет движения воздуха удаляются и заменяются более сухими порциями воздуха, при этом возрастает интенсивность испарения.

Нагрева выдыхаемого воздуха (QB). В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легкие человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. Таким образом, теплота выводится из организма человека с выдыхаемым воздухом (QB).

Таким образом, теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется за счет теплопроводности (QT), конвективного теплообмена (Qк), излучения (Qиз), испарения (QИСП), нагрева выдыхаемого воздуха (QB), т.е.:

Qобщ = QТ + QК + QИЗ + QИСП + QB - уравнение теплового баланса

Вклад перечисленных выше путей передачи тепла непостоянен и зависит от параметров микроклимата в производственном помещении, а также от температуры окружающих человека поверхностей. Если t этих поверхностей ниже t человеческого тела, то теплообмен излучением идет от организма человека к холодным поверхностям. В противном случае теплообмен осуществляется в обратном направлении: от нагретых поверхностей к человеку. Теплоотдача конвекцией зависит от t воздуха в помещении и скорости его движения на рабочем месте, а отдача теплоты путем испарения - от относительной влажности и скорости движения воздуха.

Установлено, что обмен веществ в организме человека оптимален и, соответственно, его работоспособность высока, если составляющие процесса теплоотдачи находятся примерно в следующих пределах:

QK+ QT ? 30%; QИЗ? 45%; QИС?20%; QВ?5%.

Такой баланс составляющих теплоотдачи характеризует отсутствие напряженности системы терморегуляции человека.

Направление тепловых потоков QT, QK, Qиз может быть от человека к окружающим человека воздуху и предметам и наоборот, в зависимости от того, что выше - температура тела человека или окружающего воздуха и окружающих его тел (рис. 1.).

Рис. 1. Схема направления тепловых потоков: QB - выдыхание теплового воздуха; QИ - испарение; Qиз - излучение; QK - конвективный теплообмен; QT - теплопроводность

Тепловыделения организма человека определяются прежде всего величиной мышечной нагрузки при деятельности человека, а теплоотдача -температурой окружающего воздуха и предметов, скоростью движения и относительной влажностью воздуха.

Теплообмен в организме человека это физиологические процессы, которые обеспечивают поддержание температуры тела в определенных границах с небольшими колебаниями.

Теплообмен в организме человека

Температура тела всегда находится примерно на одном и том же уровне (по принципу саморегуляции). Отклонения от уровня, требует незамедлительных действий по восстановлению нормализации температуры.

Постоянная температура тела может быть обеспечена двумя процессами, которые являются противоположно направленными, это теплопродукция и теплоотдача.

Теплопродукция (выработка тепла в организме) в основном зависит от правильной и интенсивной работы метаболических процессов и имеет называние — химическая теплорегуляция. Теплоотдача поверхности тела во внешнюю среду называется физическая теплорегуляция.

Причины, почему мерзнут руки и ноги?

Бывает, что процессы теплопродукции доминируют над процессами теплоотдачи, и тогда происходит перегревание организма. Если же процессы теплоотдачи преобладают над процессами теплопродукции, то может наступить охлаждение.
Когда на улице холодно, то многие люди жалуются, что у них мерзнут руки и ноги. Чувство холода может не покидать, даже если вы уже находитесь в теплом помещении. Изначально необходимо понять, почему мерзнут конечности - такое происходит постоянно или при определенных обстоятельствах. Считается, что пальцы рук и ног замерзают быстрее, чем другие части тела, и это нормально. Потому что на стопах и ладонях находится больше соединительной ткани и меньше мышечной, а в ней кровообращение более интенсивное. Необходимо помнить, что в этих местах располагаются только участки кожи, которые отдают тепло, и нет жировой ткани, которая способна его удерживать. Наши ладони и стопы располагаются далеко от источников тепла организма, они мало обеспечены кровью. При этом люди полные мерзнут намного меньше, чем худые, их согревает «свой жирок». Так же мерзнущие конечности могут быть предупреждением организма о скрывающейся болезни. И если еще не проведено обследование и не выяснена истинная причина постоянно замерзших ног и рук, то для поддержания нормального состояния организма, необходимо принимать контрастные ванны и правильно питаться.

Так почему же мерзнут конечности?

Причин того, что мерзнут ноги и руки может быть много, рассмотрим самые распространенные из них:

1. Наличие ВСД (вегето-сосудистой дистонии) нарушает нормальную работу сосудов.
2. Человек может быстро растерять тепло из организма при недостаточном количестве железа.
3. Если у вас дефицит жирорастворимого витамина А и Е, это может так же привести к тому, что мерзнут руки и ноги.
4. При неправильной работе щитовидной железы , тоже происходит постоянное охлаждение конечностей.

Чтобы согреть конечности и избавиться от недуга необходимо вести правильный образ жизни, отказаться от вредных привычек, правильно питаться и заботиться о своем здоровье. Так же может помочь принятие контрастных ванночек для рук и ног, посещение бани и сауны, обязательные занятия гимнастикой, массаж конечностей. Для своевременной профилактики заболеваний щитовидной железы и улучшения своего самочувствия в целом рекомендуем Вам употреблять препарат

Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение , теплопроведение , конвекция и испарение .

Излучение - это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5-20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения - это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом. При температуре окружающей среды 20 °С и относительной влажности воздуха 40-60 % организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40-50 % всего отдаваемого тепла. Теплоотдача путем излучения возрастает при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при ее повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижении. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разность температур становится равной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»). Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые окружающими предметами, согревается.

Теплопроведение - способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воздуха между волокнами (например, шерстяные ткани), дает возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности. Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание человека в среде с высокой влажностью при низкой температуре сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

Конвекция - способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20 °С, а относительная влажность - 40-60 %, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопро-ведения и конвекции около 25-30 % тепла (базисная конвекция). При увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция) значительно возрастает и интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция).

Отдача тепла организмом путем теплопроведения , конвекции и излу чения, называемых вместе «сухой» теплоотдачей , становится неэффективной при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

Теплоотдача путем испарения - это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых оболочек дыхательных путей («влажная» теплоотдача). У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды) (рис. 13.4). При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путем испарения тепла, чем «неощутимая».

При температуре внешней среды около 20 "С испарение влаги составляет около 36 г/ч. Поскольку на испарение 1 г воды у человека затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20 % всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение и оно может возрасти до 500- 2000 г/ч. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне, и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100 %. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капли пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

13. ТЕПЛООТДАЧА ЧЕЛОВЕКА

Теплоотдача - это теплообмен между поверхностью тела человека и окружающей средой. В сложном процессе сохранения теплового баланса организма регуляция теплоотдачи имеет большое значение. Применительно к физиологии теплообмена теплоотдача рассматривается как переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую" среду. Теплоотдача осуществляется в основном излучением, конвекцией, кондукцией, испарением. В условиях теплового комфорта и охлаждения наибольшую долю занимают потери тепла радиацией и конвекцией (73-88% общих теплопотерь) {1.5, 1.6}. В условиях, вызывающих перегревание организма, преобладает теплоотдача испарением.

Радиационный теплообмен. В любых условиях жизнедеятельности человека между ним и окружающими телами происходит теплообмен путем инфракрасного излучения (радиационный теплообмен). Человек в процессе своей жизнедеятельности часто подвергается нагревающему воздействию инфракрасных излучений с разными спектральными характеристиками: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий, отопительных приборов, и т. д. В производственной деятельности с радиационным нагреванием человек сталкивается, например, в горячих цехах металлургической, стекольной, пищевой промышленности и др.

Излучением человек отдает тепло в случаях, когда температура ограждений, окружающих человека, ниже температуры поверхности тела. В окружающей человека среде часто встречаются поверхности, имеющие температуру значительно ниже температуры тела (холодные стены, застекленные поверхности). При этом потери тепла излучением могут быть причиной местного или общего охлаждения человека. Радиационному охлаждению подвергаются строительные рабочие, рабочие, занятые на транспорте, обслуживающие холодильники и др.

Теплоотдача излучением в комфортных метеорологических, условиях составляет 43,8-59,1% общих теплопотерь. При наличии в помещении ограждений с температурой более низкой, чем температура воздуха, удельный вес теплопотерь человека излучением возрастает и может достигать 71%. Этот способ охлаждения и нагревания оказывает более глубокое воздействие на> организм, чем конвекционный (1.5J. Передача тепла излучением* пропорциональна разности четвертых степеней абсолютных температур поверхностей тела человека и окружающих предметов. При небольшой разности температур, что практически наблюдается в реальных условиях жизнедеятельности человека, уравнение для определения потерь тепла радиацией (Sрад, Вт, можно» записать так:

где а рад - коэффициент излучения, Вт/(м2°С); Spaд - площадь поверхности, тела человека, участвующей в радиационном теплообмене, м2; t1 - температура поверхности тела (одежды) человека, °С; t2 - температура поверхности окружающих предметов, °С.

Коэффициент излучения а рад при известных значениях t1 и t2 может быть определен по табл. 1.3.

Поверхность тела человека, участвующая в радиационном Теплообмене, меньше всей поверхности тела, так как некоторые части тела взаимно облучаются и не принимают участия в обмене. Поверхность тела, участвующая в обмене тепла, может составлять 71-95% всей поверхности тела человека. Для людей, находящихся в положении стоя или сидя, коэффициент эффективности излучения с поверхности тела составляет 0,71; в процессе движения человека он может увеличиваться до 0,95.

Потери тепла радиацией с поверхности тела одетого человека Qрад, Вт, могут быть определены также по уравнению

Конвекционный теплообмен. Передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека (или одежды) движущемуся вокруг него (нее) воздуху. Различают конвекционный теплообмен свободный (обусловленный разностью температур поверхности тела и воздуха) и принудительный (под влиянием движения воздуха). По отношению к общим теплопотерям в условиях теплового комфорта теплоотдача конвекцией составляет 20-30% . Существенно возрастают потери тепла конвекцией в условиях ветра.

С использованием суммарного значения коэффициента теплоотдачи (а рад.конв) могут быть определены значения радиационно-конвективных теплопотерь (Орад.конв) по уравнению

Орад.конв = Орад.конв (tод-tв).

Кондукционный теплообмен. Теплоотдача от поверхности тела человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляется проведением (кондукцией). Потери тепла кондукцией в соответствии с законом Фурье могут быть определены по уравнению

Как видно из уравнения, отдача тепла кондукцией тем больше, чем ниже температура предмета, с которым соприкасается человек, чем больше поверхность соприкосновения и меньше толщина пакета материалов одежды.

В обычных условиях удельный вес потерь тепла кондукцией невелик, так как коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха незначителен. В этом случае человек теряет тепло кондукцией лишь с поверхности стоп, площадь которых составляет 3% площади поверхности тела. Но иногда (в кабинах сельскохозяйственных машин, башенных кранов, экскаваторов и т. д.) площадь соприкосновения с холодными стенами может быть довольно большой. Кроме того, помимо размера контактирующей поверхности имеет значение и подвергающийся охлаждению участок тела (стопы, поясницы, плеч и т. д.).

Теплоотдача испарением. Важным способом теплоотдачи, особенно при высокой температуре воздуха и выполнении человеком физической работы, является испарение диффузионной влаги и пота. В условиях теплового комфорта и охлаждения человек, находящийся в состоянии относительного физического покоя, теряет влагу путем диффузии (неощутимой перспирации) с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. За счет этого человек отдает в окружающую среду 23-27% общего тепла, при этом 1/3 потерь приходится на долю тепла испарением с верхних дыхательных путей и 2/3 - с поверхности кожи. На влагопотери путем диффузии оказывает влияние давлёние водяных паров в воздухе, окружающем человека. Поскольку в земных условиях изменение давления водяных паров невелико, влагопотери вследствие испарения диффузионной влаги принято считать относительно постоянными (30-60 г/ч). Несколько колеблются они лишь в зависимости от кровоснабжения кожи.

Потери тепла путем испарения диффузионной влаги с поверхности кожи Qисп.д, Вт, могут быть определены по уравнению

Теплоотдача при дыхании. Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха составляют небольшую долю по сравнению с другими видами потерь тепла, однако с увеличением энерготрат и со снижением температуры воздуха теплопотери этого вида увеличиваются.

Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха Qдых.н, Вт, могут быть определены по уравнению

Qдых.н=0,00 12Qэ.t (34-tв),

где 34 - температура выдыхаемого воздуха, °С (в комфортных условиях) .

В заключение следует отметить, что приведенные выше уравнения для расчета составляющих теплового баланса позволяют лишь ориентировочно оценить теплообмен человека с окружающей средой. Существует также ряд уравнений (эмпирических и аналитических), предложенных разными авторами и позволяющих определить необходимую для расчета теплового сопротивления одежды величину радиационно-конвективных теплопотерь (фрэд конв).

В" связи с этим в исследованиях наряду с расчетными применяются экспериментальные методы оценки теплообмена организма. К ним относятся методы определения общих влагопотерь человека и потерь влаги испарением путем взвешивания раздетого b одетого человека, а также определения радиационно-конвективных теплопотерь с помощью тепломерных датчиков, размещаемых на поверхности тела.

Помимо прямых методов оценки теплообмена человека используются косвенные, отражающие влияние на организм разницы между теплоотдачей и теплопродукцией в единицу времени в конкретных условиях жизнедеятельности. Это соотношение определяет тепловое состояние человека, сохранение которого на оптимальном или допустимом уровне является одной из главных функций одежды. В связи с этим показатели и критерии теплового состояния человека служат физиологической основой как проектирования одежды, так и ее оценки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 1. Иванов К. П. Основные принципы регуляции температурного пзмео-стаза/В кн. Физиология терморегуляции. Л., 1984. С. 113-137.

1.2 Иванов К. П. Регуляция температурного гомеостаза у животных и человека. Ашхабад, 1982.

1 3 Беркович Е. М. Энергетический обмен в норме и патологии. М., 1964.

1.4. Fanger Р. О. Thermal Comfort. Copenhagen, 1970.

K5. Малышева A. E. Гигиенические вопросы радиационного теплообмена человека с окружающей средой. М., 1963.

1 6. Колесников П. А. Теплозащитные свойства одежды. М., 1965

1 7. Витте Н. К- Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956