Теплообмен человека с окружающей средой

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 ^оС) и открытых частей тела (33,5 ^оС). При высоких температурах (30 - 35 ^оС) окружающей среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей поверхности к человеку.

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:

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.

 Если тепловой баланс  не будет поддерживаться, то дополнительное  тепло, полученное различными  путями, приведет к повышению  температуры тела, а недостаток  тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются  неблагоприятные условия для  функционирования клеток организма,  которые при превышении определенных  температурных границ внутри  тела начинают погибать.

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 ^оС). 

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.

 

 

 

 

 

Терморегуляция. Механизмы терморегуляции

Терморегуляция - совокупность физиологических процессов, поддерживающих внутреннюю температуру тела на постоянном уровне. 
Теплообразование зависит от интенсивности химических реакций обмена веществ, рост которого при охлаждении тела обеспечивается химической терморегуляцией. А физическая терморегуляция регулирует отдачу тепла организмом посредством физических процессов - теплопроводности, конвекции, излучения и испарения.

Химическая терморегуляция осуществляется изменением интенсивности окислительных процессов, вызванных микровибрацией мышц (колебаниями). Теплота – основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность организма. Поэтому температурные условия оказываются одним из важнейших экологических факторов, влияющих на интенсивность обменных процессов. Температура относится к числу постоянно действующих факторов; количественное ее выражение характеризуется широкими географическими, сезонными и суточными различиями. 
  Организмы – реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружающей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм также становится источником питания определенных видов живых существ. Таким образом, деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации.

Изотермия — постоянство  температуры тела — имеет для  организма большое значение, т. к. она, во-первых, обеспечивает независимость  обменных процессов в тканях и  органах от колебаний температуры  окружающей среды; во-вторых, обеспечивает температурные условия для оптимальной  активности ферментов.  
 Температура отдельных участков тела человека различна, что связано с неодинаковыми условиями теплопродукции и отдачи тепла. В состоянии покоя и умеренной физической нагрузки наибольшая теплопродукция и наименьшая теплоотдача происходит во внутренних органах, поэтому их температура высокая (самая высокая в печени—37,8-38 °С). От внутренних органов тепло переносится кровью к поверхности тела, где теплопродукция небольшая, но высокая теплоотдача, поэтому температура кожных покровов не высокая. Наиболее низкая температура кожи у человека отмечается в области кистей и стоп, значительно выше она в подмышечной впадине, где она обычно измеряется (температуру можно измерять в полости рта, в паховой складке, в прямой кишке). В нормальных условиях у здорового человека температура в подмышечной впадине равна 36,5-36,9 °С. В течение суток температура тела человека колеблется: минимальная в 3-4 часа, максимальная — в 16-18 часов.  
 Способность гомойотермных живых организмов поддерживать температуру тела на постоянном уровне обеспечивается двумя взаимосвязанными процессами - теплообразованием и теплоотдачей, равенство которых обеспечивает изотермию организма.  
Процессы, связанные с образованием тепла в организме, объединяют понятием химическая терморегуляция, а процессы, обеспечивающие отдачу тепла — физическая терморегуляция.  
 Химическая терморегуляция. Химическая терморегуляция обеспечивает определенный уровень теплопродукции, необходимый для нормального осуществления ферментативных процессов в тканях. Образование тепла в организме происходит вследствие непрерывно совершающихся экзотермических реакций, которые протекают во всех органах и тканях, но с различной интенсивностью. Наиболее интенсивное образование тепла происходит в мышцах. Если даже человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, то теплообразование повышается на 10%. Незначительная двигательная активность приводит к повышению теплообразования на 50-80%, а тяжелая мышечная работа — на 400-500%. 

Физическая терморегуляция. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения отдачи тепла  организмом.  
Теплоотдача осуществляется следующими путями:  
 1) излучением (радиацией); 

   2) Проведением (кондукцией); 

 3) конвекцией; 

  4) испарением. 

Теплоизлучение (радиация) обеспечивает отдачу тепла организмом окружающей его среде при помощи инфракрасного  излучения с поверхности тела. Путем радиации организм отдает большую  часть тепла. В состоянии покоя  и в условиях температурного комфорта за счет радиации выделяется более 60% тепла, образующегося в организме. 

Теплопроведение происходит при контакте с предметами, температура  которых ниже температуры тела. Путем  теплопроведения организмом теряется около 3% тепла. 

Конвекция обеспечивает отдачу тепла прилегающему к телу воздуху  или жидкости. В процессе конвекции  тепло уносится от поверхности коки потоком воздуха или жидкости. Путем конвекции организмом отдается около 15% тепла.  
Отдача тепла организмом осуществляется также путем испарения воды с поверхности кожи и со слизистых оболочек дыхательным путей в процессе дыхания.

 Испарение воды с  поверхности тела происходит  при выделении пота. Даже в  условиях температурного комфорта  и при отсутствии видимого  потоотделения через кожу испаряется  до 0,5 л воды в сутки. Испарение  1 л пота у человека может  понизить температуру тела на 10°С. Путем испарения из организма  удаляется около 20% тепла. При  температуре окружающей среды,  равной или выше температуры  тела человека, когда другие способы  отдачи тепла резко уменьшаются,  испарение воды становится главным  способом отдачи тепла. Отдача  тепла испарением уменьшается  при увеличении влажности воздуха  н полностью прекращается при  100% относительной влажности.  
Регуляция постоянства температуры тела. Температура тела является константой организма, определяющей постоянство скорости биохимических реакций—одного из важнейших условий жизнедеятельности организма. Поддержание постоянства температуры тела осуществляется по принципу саморегуляции, путем формирования функциональной системы терморегуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормирование  метеоусловий

К показателям, характеризующими микроклимат  в производственных помещениях, относятся:

• температура воздуха;
• температура поверхностей;
• относительная влажность воздуха;
• интенсивность теплового облучения.

В соответствии с санитарными нормами  и правилами СанПиН 2.2.4.548-96  нормируются оптимальные и допустимые параметры микроклимата с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы и периодов года.

Различают два периода года: холодный и теплый. Холодный период года характеризуется  среднесуточной температурой наружного  воздуха равной +10°С и ниже; теплый период года – температурой выше  +10°С;.

По интенсивности энергозатрат различают следующие категории  работ:

1. легкие физические работы (категории  Iа и Iб) – все виды деятельности с расходом энергии не более 174 Вт. К категории Iа относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 139 Вт, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением. К категории Iб относятся работы с интенсивностью энергозатрат от 140 до 174 Вт, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением. 
2. физические работы средней тяжести (категории IIа и IIб) – виды деятельности с расходом энергии от 175 до 290 Вт.  К категории IIа относятся работы с интенсивностью энергозатрат от 175 до 232 Вт, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения.  К категории IIб относятся работы с интенсивностью энергозатрат от 233 до 290 Вт, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением.
3. тяжелые физические работы (категория III) – виды деятельности  с интенсивностью энергозатрат более 290 Вт и связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий. При температуре воздуха на рабочих местах выше или ниже допустимых величин, (в целях защиты работающих от возможного перегревания или охлаждения) время выполнения работы ограничивается санитарными нормами.

Оптимальные условия микроклимата установлены по критериям оптимального теплового и функционального  состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового  комфорта в течение 8-часовой рабочей  смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Допустимые значения интенсивности  теплового облучения рабочих  на рабочих местах от производственных источников зависят от степени их нагретости и от величины облучаемой поверхности тела человека.

Для оценки сочетанного воздействия  параметров микроклимата в целях  осуществления мероприятий по защите работающих от возможного перегревания рекомендуется использовать интегральный показатель тепловой нагрузки среды (ТНС).