что такое тепловой баланс человека

Вопрос. Тепловой баланс человека

Тепловой баланс осуществляется химической и физической терморегуляцией человека, а также путем приспособительных действий человека, направленных на создание оптимального микроклимата.

Уравнение теплового баланса:

Qт.п.+ Qт.н.= Qрад.+ Qконв.+ Qконд.+ Qисп.д.+ Qисп.дых.+ Qисп.п.+ Qдых.н.+- DQ т.с.

Qт.п. – теплопродукция человека

Qт.н. – внешняя тепловая нагрузка (солнечная радиация)

Qрад. – потери тепла радиацией

Qконв. – потери тепла конвекцией

Qконд. – потери тепла кондукцией

Qисп.д. – потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи

Qисп.дых. – потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей.

Qисп.п. – потери тепла испарением выделяемого пота

Qдых.н. – потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха

DQт.с. – изменение теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме)

Обе части равенства (теплообразование и теплоотдача) являются переменными, зависящими как от физиологических, так и от физических параметров. Теплообразование (теплопродукция человека) – выработка теплоты в организме в результате энергетических превращений в живых клетках. Теплоотдача – это теплообмен между поверхностью тела человека и окружающей средой.

2 вопрос. Потеря тепла радиацией и конвекцией

Радиационный теплообмен – теплообмен путем инфракрасного излучения: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий, отопительных приборов и т. д. В производственной деятельности человек сталкивается с радиационным нагревом в горячих цехах, при ВТО и т. д. Излучением человек отдает тепло, когда температура ограждений ниже температуры поверхности тела. (это холодные стены, холодное оборудование и т. д.).

Потеря тепла радиацией определяется по формуле:

S – поверхность тела раздетого человека, м*

S-од.- площадь поверхности тела, покрытой одеждой, м*

Sо- площадь открытой поверхности тела, м*

tод.- температура поверхности одежды, *С

tср. – средняя радиационная температура,*С

Передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека движущему вокруг него воздуху. Различают свободный конвекционный обмен и принудительный. Теплоотдача конвекцией составляет 20-30%. Потеря тепла конвекциейопределяется но основе закона охлаждения Ньютона по уравнению:

— коэффициент теплоотдачи конвекцией,

3 вопрос. Кондукционный теплообмен – теплоотдача от поверхности тела человека с соприкасающимися с ним твердым предметом. Отдача тепла кондукцией тем больше, чем ниже температура предмета, с которым соприкасается человек.

Qконд. – количество тепла, прошедшего через стенки с площадью S(м*) в течении времени t (ВТ)

— коэффициент теплопроводности пакета метериалов одежды.

— внутренней стороны материала

— наружной стороны (холодной) пакета.

— толщина пакета материала одежды

— площадь соприкасания одежды с твердым предметом

Потери тепла путем испарения диффузионной влаги с поверхности кожи определяется по уравнению:

— температура кожи, *С

— р – парциальное давление пара в окружающем воздухе, Па

Потери тепла при испарении влаги с верхних дыхательных путей определяется по формуле:

Потеря тепла при испарении пота.

Потоотделение – один из мощных механизмов терморегуляции, играющих важную роль в условиях перегревания организма и при выполнении человеком физической работы. Определяется уровнем физической активности человека, метеорологическими условиями, термическим сопротивлением одежды.

Максимально возможная величина теплопотерь при испарении пота определяется:

— давление водяного пара в воздухе, мм рт. ст.

— скорость движения ветра, м/с

Теплоотдача при дыхании – потеря тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха. Составляет небольшую долю по сравнению с другими видами потерь тепла. Определяются по уравнению:

Qдых.н. = 0,0012Qэ.т. (34-tв) Вт

Qэ.т. – энергозатраты человека Вт/м*

34- температура выдыхаемого воздуха,*С

Контрольные вопросы:

1. Дать определение тепловому балансу

2. Теплоотдача радиацией, конвекцией, кондукцией

3. Теплоотдача испарением пота

Лекция 3.Показатели теплового состояния человека и критерии оценки.

План лекции:

1. Показатели теплового состояния человека

2. Температура кожи и тела

3. Реакция сердечно-сосудистой деятельности

1 вопрос. Показателями теплового состояния человека является:

— показатели гемодинамики (частота сердечных сокращений, артериальное давление, пульсовое давление и т. д.)

Под воздействием тепла и холода у человека изменяется кровоснабжение кожи, температура венозной крови, что является главной причиной теплового дискомфорта.

Источник

Тепловой баланс организма с окружающей средой. Терморегуляция. Гигиеническая оценка теплового состояния человека

Теплообмен человека с окружающей средой осуществляется на основе известных теплофизических законов. Основным из них является закон теплового баланса: постоян­ство температуры тела может быть достигнуто только при усло­вии равенства между количеством тепла, образующегося в орга­низме и поступившего извне (Qтпр) и количеством отдаваемого тепла. Отдача тепла осуществляется конвекцией (Qк), проведением (Qп), излучением (Qрад) и испарением (Qисп). Отсюда вытекает уравнение теплового баланса: Qтпр=Qк+Qп+Qрад+Qисп

На основании приведенного уравнения устанавливаются пара­метры внешней среды, при которых еще возможно сохранение теплового равновесия и границы выживания (временная характе­ристика), определяющие режим труда в экстремальных темпе­ратурных условиях. Проводятся мероприятия по предупрежде­нию холодовых и тепловых поражений. Для этого необходимы сведения об интенсивности теплообразования, с одной стороны, и сведения об условиях теплоотдачи и ее величинах, зависящих от качества одежды (Код) и возможных пределов изменения ее тепловых свойств, а также от теплового состояния внешней среды и колебаний ее основных параметров — с другой.

Одним из результатов физико-химических (биохимических) реакций, непрерывно протекающих в организме человека, яв­ляется образование тепла. Известно, что даже в состоянии полного покоя оно составляет около 75—80 ккал/ч. Существенное влия­ние па теплопродукцию оказывает эмоциональное состояние:

в предрабочие и предстартовые периоды она усиливается на 100— 150%. Определенное значение имеет характер питания (см. главу «Гигиена питания»).

Тепловое состояние среды и организма может оказывать воздействие на уровень общего и основного обмена. Холод по­вышает обмен на 30—35%, под влиянием тепла, исключая случаи перегревания, обмен понижается па 10—15% и более. Изменение обмена может быть и более выраженным, все зависит от продол­жительности акклиматизации.

Регуляция теплообразования. Процесс поддержания теплового равновесия организма путем изменения суммы образующегося в теле тепла получил наименование «химической терморегуля­ции». Регулирование теплопродукции совершается рефлекторно из особого теплового центра, расположенного в гипоталамической области (область серого бугра), и осуществляется при помощи нервной и эндокринной систем.

Установление определенного уровня терморегуляции и наи­более тонкое, точное уравновешивание организма с внешней средой протекает под контролем коры головного мозга. При низ­кой температуре среды отмечается возбуждение центральной нервной системы и увеличение теплообразования, главным об­разом, вследствие непроизвольного сокращения многих мышеч­ных групп (дрожь). При этом все 100% расходуемой энергии превращаются в тепло. Под влиянием симпатической нервной системы повышается обмен веществ в печени и других органах. Импульсы из теплового центра идут также к надпочечникам и вызывают секрецию адреналина; усиливается функция щито­видной железы.При высокой температуре наблюдается снижение обмена и уменьшение теплообразования.

Регуляция теплоотдачи. В регулировании теплоотдачи боль­шую роль играют кожа н ее придатки. Подкожный жир имеет ограниченное значение для человека.

Наиболее совершенными механизмами регулирования тепло­отдачи являются вазомоторная реакция и усиление функции потовых желез. И тот и другой механизм регулируются нейро-гуморальным путем. При высоких температурах может произойти значительное увеличение теплоотдачи вследствие повышения температуры кожи, обусловленного расширением периферических сосудов, перераспределением крови и ускорением кровотока.

При низких температурах происходит сужение сосудов, и по­теря тепла может существенно уменьшаться. Этому способствует усиление секреции адреналина, обладающего, как известно, сосудосуживающим эффектом. Кроме того, под влиянием холода происходит сокращение гладкой мускулатуры кожи, вытеснение депонированной в ной воды, благодаря чему уменьшается ее тепло­проводность, а следовательно, и теплоотдача проведением от вну­тренних частей тела к периферии.

В результате акклиматизации сосудистая реакция па охла­ждение становится более быстрой и адекватной.

Теплоотдача за счет испарения пота регулируется вегетатив­ной нервной системой. При охлаждении наблюдается полное прекращение функции потовых желез; в условиях затрудненной теплоотдачи пли при тяжелой работе происходит включение этого важного и эффективного механизма.

Несмотря на то, что у человека, в отличие от животных, регу­лирование температуры тела достигло большого совершенства, все же поддержание постоянной температуры тела при помощи рассмотренных выше механизмов возможно в сравнительно узких пределах колебаний теплового состояния внешней среды. При рез­ком охлаждении или, наоборот, крайнем затруднении теплоот­дачи человеку приходится прибегать к искусственным средствам сохранения теплового баланса (одежда, жилище).

Оптимальное тепловое состояние организма характеризуется комфортными теплоощущениями, отсутствием напряжения физических механизмов терморегуляции, сохранением высокого уровня работоспособности и здоровья Допустимое тепловое состояние сопряжено с умеренным напряжением физиологических механизмов терморегуляции, появлением дискомфортных теплоощущений, возможным снижением работоспособности, отсутствием нарушений состояния здоровья Предельное тепловое состояние проявляется в резком напряжении механизмов терморегуляции, не обеспечивающем однако стабилизации теплового баланса организма. Вследствие этого происходитнепрерывное нарастание (снижение) его теплосодержания и резкоеснижение работоспособности.

Источник

3.22. Что представляет собой тепловой баланс тела человека?

Известно, что температура поверхности тела человека в зависимости от внешних условий и его состояния может меняться в значительных пределах, превышающих 20°C. Соответственно меняется теплоощущение.

Экспериментальным путем установлено, что при температуре поверхности тела ниже 29°C подавляющее большинство людей начинает ощущать холод, а при температуре выше 34,5°C – чрезмерное тепло. Наиболее комфортная температура поверхности тела – 33°C.

При стабильной температуре поверхности тела тепло-ощущение человека остается неизменным, приток и расход тепла в организме оказываются сбалансированными. Тепловой баланс тела человека можно выразить в виде уравнения; составляющими его членами будут: радиационный баланс поверхности тела Р, теплопродуктивность организма М (определяемая в среднем количеством и калорийностью пищи, усвоенной в данный момент времени), затраты тепла на испарение И, турбулентный поток тепла от поверхности тела Т. Таким образом: Р + М = И + Т.

Это упрощенное выражение уравнения теплового баланса не учитывает такие относительно малые члены, как, например, потеря тепла при дыхании. Она приобретает сколь-либо существенное значение только при низких температурах воздуха. Кроме того, тепловой баланс тела человека в одежде будет определяться также теплоизолирующим влиянием одежды и его выражение приобретет более сложный вид.

Источник

Тепловой баланс человека

Известный исследователь параметров комфорта и качества воздуха Оле Фангер предложил формулу теплового баланса между телом человека и окружающей средой. В этой формуле за основу принимается теплообмен человека, который находится в покое, в состоянии температурного баланса с внешней средой. При этом совершенно неважно, какова точно его температура. В таких условиях количество тепла, вырабатываемого телом человека, равно теплу, которое отводится во внешнюю среду.

M = W + Qд + Qк
где
M— количество тепла, вырабатываемого организмом, Вт/кв.м;
W — объем производимой механической работы, Вт/кв.м;
Qд — общее количество тепла, выделяемого при дыхании, Вт/кв.м;
Qк — общее количество тепла, отводимого через кожу, Вт/кв.м.

Количество тепла отводимого от человеческого тела зависит от следующих параметров:
— разницы температур между телом и окружающей воздушной средой;
— потерь (или получения) тепла от окружающих стен;
— кожных испарений (охлаждения при испарении);
— явных и скрытых потерь тепла при дыхании соответственно за счет теплопроводности и испарения.
Тепло, которое выделяется человеческим организмом, передается во внешнюю среду через кожный покров посредством радиационного теплообмена, конвекции, теплопроводности (явная теплота) и испарения(скрытая теплота), а также путем выдыхания теплого воздуха.

Радиационный обмен тепла происходит между человеком и поверхностями ограждений, его величина и направление зависят от этих поверхностей. Конвекция и теплопроводность зависят от температуры, влажности и скорости воздуха, а также вида и теплопроводности одежды.

Испарение влаги с поверхности человеческого тела происходит за счет разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном слое у поверхности тела и в воздухе помещения. При этом расходуется теплота (энергия) организма, которая идет на испарение влаги. Чем ниже значение относительной влажности воздуха при данной температуре в помещении, тем больше будет теплоотдача испарением.

Комфортные кондиции окружающей среды могут иметь различные значения и главным образом зависят от интенсивности труда, совершаемого человеком, и его одежды.

В зависимости от того, в каком состоянии находится организм человека (сон, отдых, умственная или физическая работа) и параметров воздушной среды, каждый человек выделяет 330-1050 кДж тепла, 40-415 г влаги и 18-36 литров углекислого газа в течение часа.

С ростом физической нагрузки на организм, при постоянной температуре воздуха и поверхностей ограждений увеличиваются показатели тепловыделения и отводимой испарением влаги. При неизменной нагрузке и повышении температуры внешней среды уменьшается доля явного теплоотвода, а отвод тепла испарением возрастает при практически неизменных общих тепловыделениях.

Источник

Что такое тепловой баланс человека

Московский энергетический институт (ТУ)

Кафедра инженерной экологии и охраны труда

Учебно-методический комплекс

Справки по телефону: 362-71-32; e-mail: NovikovSG@mpei.ru доцент Новиков С.Г.

2. Физиологическое действие метеорологических условий на человека

А. 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.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит как от температуры воздуха и интенсивности работы, так и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.

Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха.

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:

Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает.

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 о С).

Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.

Источник