Количество теплоты, выделяющейся в теле человека при различных физических нагрузках и температуре

воздуха в помещении, Вт

Выделение теплоты в теле человека вызывает нагрев его тканей. Так, количество теплоты, выделяющейся в организ­ме человека, находящегося в состоянии покоя, достаточно для нагрева его тела в течение одного часа на 1,2°С, а при выполнении им работы средней тяжести - почти на 3°С. Однако этому препятствует отвод вырабатываемой теплоты в окружающую среду.

Теплообмен тела человека с окружающей средой осуще­ствляется через кожные покровы, а также в процессе дыха­ния за счет нагрева вдыхаемого в легкие воздуха и испаре­ния воды с их поверхности. При этом организм использует все существующие в природе механизмы теплообмена: теплоизлучающий, теплопроводный, конвективный и транспи-рационный (посредством испарения влаги). Поэтому коли­чество отводимой в окружающую среду теплоты 0о_ТВ можно представить в виде суммы:

,

где Q_K, Q_T, Q_ТИ, Q_П, Q_Д - количество теплоты, отводимой за счет конвекции, теплопроводности, теплового излучения, испарения пота и дыхания соответственно, Вт.

Конвективный теплообмен определяется законом Нью­тона:

,

где α_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, при нор­мальной температуре α_к = 4,06 Вт/м²·°С; t_к - температура кожи тела человека (зимой среднее значение температуры кожи около 27,7 ºС, летом около 31,5°С); t_oc - температура окружающей воздушной среды, °С; F_э - площадь эффектив­ной поверхности тела человека (для практических расчетов эту площадь принимают равной 1,8 м²).

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией мож­но приближенно определять как

,

где λ - коэффициент теплопроводности пограничного слоя воздуха, Вт/(м·°С) (при нормальной температуре воздуха λ = 0,025 Вт/(м·°С)); δ - толщина пограничного слоя воз­духа, м.

Толщина пограничного слоя воздуха зависит от скоро­сти движения воздуха. Так, при отсутствии движения возду­ха δ = 4-8 мм, а при скорости движения воздуха 2 м/с тол­щина пограничного слоя уменьшается до 1 мм.

Таким образом, интенсивность и направление конвек­тивного теплообмена тела человека с окружающей средой определяются в основном температурой и подвижностью окружающего воздуха, т.е.:

.

Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:

,

где λ₀ - коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/м · °С; Δ_о - толщина одежды человека.

Теплоизлучающий теплообмен описывается обобщен­ным законом Стефана - Больцмана:

,

где С_пр - приведенный коэффициент излучения, для прак­тических расчетов С_пр ≈ 4,9 Вт/(м^{2 ·}К⁴); F_к - площадь по­верхности, излучающей лучистый поток, м²; ψ - коэффици­ент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей и показывающий долю лучистого потока, из­лучаемого поверхностью пламени (на практике применяет­ся равным единице); t_к - средняя температура кожи, К; t_оп - средняя температура окружающих поверхностей, К.

Количество теплоты, отдаваемое телом человека в окружа­ющую среду при испарении пота, определяется уравнением

,

где М_П - масса испарившегося пота, г/с; r - скрытая тепло­та испарения пота, Дж/г (для воды r = 2450 Дж/г).

Количество пота, выделяемого телом человека, приведе­но в табл. 2.2.

Таблица 2.2