1.3. Физиологическое воздействие метеорологи- ческих условий на человека

Теплообмен человека с окружающей средой. Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказыва-Щих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Хорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезон года, условий отопления и вентиляции.

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выпр лением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях» составляет от 85 Дж/с (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме про. текали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса мохет привести к перегреву либо к переохлаждению организма и как следствие к потери трудоспособности, быстрой утомляемости, потери сознания и тепловой смерти.

Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела (внутренних органов) порядка 36,5 ºС. Она зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1...2 °С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 °С, минимальная +25 °С. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и при нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30...34 °С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение Ото человека полностью воспринимается окружающей средой Q_m, т.е. когда имеет место тепловой баланс Q_m = Q_то. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Q_m > Q_то), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2 °С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение темпера' туры уже на 5 °С и вплотную приблизится к максимально допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Q_m < Q_то), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществи» ется конвекцией Q_к в результате смывания тела воздухом, теплопроводностью Q_т, излучением на окружающие поверхности Q_л и в процессе тепломассообмена (Q_тм= Q_п + Q_д) при испарении влаги, выделяемой на поверхность кожи потовыми железами Q_п и при дыхании Q_д:

где _k —коэффициент теплоотдачи конвекцией; при нормальных параметрах микроклимата _к =4,06 Вт/ (м² °С); t_пов—температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой около 27 7 °С, летом около 31,5 °С); t_ос —температура воздуха, омывающего тело человека; F_э — эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50...80 % геометрической внешней поверхности тела человека); для практических расчетов F_э = 1,8 м². Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно определить приближенно как _к = /, где  —коэффициент теплопроводности газа пограничного слоя, Вт/ (м·°С);  —толщина пограничного слоя омывающего газа, м.

Удерживаемый на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до 4...8 мм при скорости движения воздуха w = 0) препятствует отдаче теплоты конвекцией. При увеличении атмосферного давления (В) и в подвижном воздухе толщина пограничного слоя уменьшается и при скорости движения воздуха 2 м/с составляет около 1 мм. Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха , так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

На основании изложенного выше можно сделать вывод, что величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей (феды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием чоздуха, т.е. .

Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:

где ₀ — коэффициент теплопроводности тканей одежды человека,

Вт/ (м·°С);

Δ_о —толщина одежды человека м.

Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, о». ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана — Больцмана:

где с_пр—приведенный коэффициент излучения, Вт/ (м² К⁴); F₁ - площадь поверхности, излучающей лучистый поток, м²; _1-2 —коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей F₁ и F₂ и показывающий долю лучистого потока приходящуюся на поверхность F₂ от всего потока, излучаемого поверхностью F₁; T₁ —средняя температура поверхности тела и одежды человека. К; T₂ —средняя температура окружающих поверхностей, К.

Для практических расчетов в диапазоне температур окружающих человека предметов 10...60 °С приведенный коэффициент излучения с_пр ≈ 4,9 Вт/ (м² К⁴). Коэффициент облучаемости ; _1-2 обычно принимают равным 1,0. В этом случае значение лучистого потока зависит в основном от степени черноты  и температуры окружающих человека предметов, т.е. Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами,

Q_п = G_пr,,

где G_п —масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с; r —скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.

Данные о потовыделении в зависимости от температуры воздуха и физической нагрузки человека приведены в табл. 1.1. Как видно из таблицы, количество выделяемой влаги меняется в значительных пределах. Так, при температуре воздуха 30 °С у человека, не занятого физическим трудом, влаговыделение составляет 2 г/мин, а при выполнении тяжелой работы увеличивается до 9,5 г/мин.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуря воздуха и интенсивности работы, выполняемой человеком, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности, т.е. гдеJ —интенсивность труда, производимого человеком, Вт.

Таблица 1.1.