А. Микроклимат помещений и теплообмен человека со средой
Микроклимат — это климат внутренней среды, который определяется действующими на человека температурой окружающих поверхностей tп,°С, от которой зависит интенсивность их теплового излучения, и сочетаниями параметров микроклимата, таких как, температура tВ,°С, относительная влажность jВ,%, скорость движения воздуха uВ, м/с. Эти сочетания определяют характер и интенсивность теплового взаимодействия человека со средой, его физическое и психологическое состояние.
Жизнедеятельность организма связана с постоянным выделением тепла QЧ. В зависимости от степени физического напряжения в организме выделяется от 85 (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Тепловыделение организма QЧ зависит от тяжести физической работы. По общим энергозатратам работы подразделяются на 3 категории:
· легкие физические (кат.I, энергозатраты составляют до 172 Дж/с);
· средней тяжести (кат.II, 172...293 Дж/с);
· тяжелые физические (кат.III, более 293 Дж/с).
Для поддержания температуры организма и физиологических процессов на нормальном уровне (tВН=36,5°С) необходим постоянный тепловой баланс между организмом и окружающей средой, когда QЧ соответствует интенсивности теплоотдачи из организма QЧ=QТО. При нарушении этого баланса происходит либо перегрев, либо переохлаждение организма и, как следствие, потеря трудоспособности, сознания и тепловая смерть. Выполнение, например, работ средней тяжести (ходьба) при полной теплоизоляции приводит к повышению температуры внутренних органов через 1 час на 5°С. Даже в состоянии покоя эта температура повышается на 1,2°С. В некотором диапазоне колебания температуры безвредны из-за компенсаторных защитных реакций системы терморегуляции. Этот диапазон зарегистрирован от 25 до 43°С.
Тепловое взаимодействие человека со средой осуществляется в процессе сложного тепломассообмена, т.е., во-первых, за счет составляющих теплообмена:
· конвекции из-за омывания тела воздухом qК;
· теплопроводности через одежду qТ;
· излучения с поверхности открытых частей тела и одежды qИ
во-вторых, за счет составляющих массообмена:
· испарения влаги с поверхности кожи и в выдыхаемом воздухе qП;
· нагрева вдыхаемого воздуха qД.
Количество теплоты, отдаваемой организмом различными путями, зависит от величины того или иного параметра микроклимата и условий теплообмена. Так, величина qК тем больше, чем ниже температура среды tВ и выше скорость uВ. При повышении tВ до температуры кожных покровов (зимой ~27,5°С, летом ~31°С) теплоотдача прекращается. Дальнейшее ее увеличение приводит к нагреву тела.
Величина qТ зависит от площади и теплопроводности одежды и температуры окружающей среды. Уменьшение коэффициента теплопроводности ткани, увеличение ее толщины и площади, а также повышение температуры среды ведет к снижению теплоотдачи.
Излучение организмом теплоты происходит в направлении окружающих поверхностей, имеющих более низкую температуру, чем поверхности открытых участков кожи и одежды. Величина qИ зависит от излучающих свойств, температуры, площадей поверхностей теплообмена и их взаиморасположения.
В зависимости от физической нагрузки и параметров среды с поверхности кожи и легких выделяется разное количество влаги. В комфортных условиях в состоянии покоя ~40 г/час, при tВ=30°С ~120 г/час. Повышение нагрузки до тяжелой увеличивает влагоотделение до 570 г/час. При испарении 1 л воды из организма выводится 2257 КДж тепловой энергии. Кроме того, величина qП зависит от скорости uВ и влажности воздуха jВ.
Величина qД меняется в зависимости от физической нагрузки, влияющей на легочную вентиляцию (т.е. объем вдыхаемого в единицу времени воздуха), и разности температур между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом.