Теплообмен человека с окружающей средой

 

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется: конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании. Количество тепла, отдаваемого организмом каждым из этих путей, зависит от параметров микроклимата на рабочем месте.

Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты внутри организма играет конвективная передача с потоком крови.

Теплопроводность сухого воздуха мала, поэтому теплоотдача через соприкосновение человека с воздухом также мала. Более интенсивно идет обмен теплом при соприкосновении человека с не нагретыми поверхностями, но, как правило, поверхность соприкосновения в этом случае незначительна.

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Излучение тепла происходит в окружающую среду, если в ней температура ниже температуры поверхности одежды (27 – 30°С) и открытых частей тела (33,5°С). При высоких температурах (30 – 35°С) окружающей среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей поверхности к человеку.

Комфортные условия для организма человека обеспечиваются при соблюдении теплового баланса. Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени может быть представлено в следующем виде:

M +S ± R ± C ± P - E = 0,

где M – тепло процессов метаболизма, полученное из химических субстратов пищи, подвергшихся расщеплению в клетках; S – накопленное организмом тепло; R, C, P – тепло отданное (со знаком -) или полученное (со знаком +) путем излучения, конвекции, теплопередачи; E – тепло, отданное за счет испарения.

Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени физического напряжения и составляет от 75 ккал/ч в состоянии покоя до 430 ккал/ч при тяжелой работе. Для комфортных условий работы необходимо, чтобы тепловыделение организма равнялось его теплоотдаче, при этом температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6°С).

 

Таблица 5.1

Количество влаги, выделяемой с поверхности кожи и из легких человека, г/мин.

Характеристика выполняемой работы Температура воздуха, °С
Покой, J=100 0,6 0,74 1,69 3,25 6,2
Легкая, J=200 1,8 2,4 3,0 5,2 8,8
Средней тяжести, J=350 2,6 3,0 5,0 7,0 11,3
Тяжелая, J=490 4,9 6,7 8,9 11,4 18,6
Очень тяжелая, J=695 6,4 10,4 11,0 16,0 21,0
J – интенсивность труда, Вт

 

Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена с окружающей средой являются параметры микроклимата. В естественных условиях эти параметры изменяются в существенных пределах.

Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению.

Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5°С.

Процессы регулирования тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим путем, путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.

Параметры микроклимата воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта.