Теплообмен между человеком и окружающей средой

Спецодежда. Защитные свойства по ГОСТу 12.4.103- 83

Рабочая обувь. Защитные свойства по ГОСТу

Перчатки и  рукавицы. Защитные свойства по ГОСТу 12.4.103-83

В особых случаях допускается совмещение нескольких защитных свойств в том или ином костюме(рукавицах). Например: "ТрТн" - так будет маркироваться зимний костюм для сварщика, а "ЗМи" - костюм специальный для защиты от общих производственных загрязнений и механических истираний.

Раздел  6. Требования к одежде различного назначения.

Вопрос 55: Требования к спортивной одежде

Гигиенически оптимальная, с учетом специфики вида спорта, спортивная одежда и обувь необходимы для эффективной и безопасной тренировочно-соревновательной деятельности.

Гигиеническая оценка спортивной одежды и обуви строится на основе результатов изучения механизмов адаптации  организма человека, соответствующим  образом экипированного к физическим нагрузкам как в комфортных, так  и в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Гигиенические требования к одежде предъявляются для обеспечения  максимально комфортной жизнедеятельности  организма человека. Одежда обязана  обеспечивать человеку полную свободу  движений, она не должна мяться, должна максимально легко надеваться и  сниматься. К основным гигиеническим требованиям к одежде относятся теплозащитность, гигроскопичность, водонепроницаемость и воздухопроницаемость.

Гигиеническое назначение спортивной одежды и обуви — создание и сохранение оптимального теплового  баланса в системе «организм спортсмена—окружающая среда», поддержание комфортного теплового состояния спортсменов в процессе занятий физическими упражнениями различной интенсивности и направленности. Тепловое состояние спортсменов зависит не только от метеорологических факторов, но и от характера спортивной деятельности, поэтому поддержание теплового гомеостаза обеспечивается более сложными взаимоотношениями центральных и периферических образований, регулирующих терморегуляцию и реализующих ее.

У спортсменов, выполняющих большую физическую работу в спортивной одежде, сопровождающуюся значительным выделением энергии, затрудняется теплоотдача через кожу. Средняя кожная температура быстро повышается, особенно при высоких температуре окружающей среды и относительной влажности воздуха. Это физиологическая рабочая гипертермия.

Она позволяет создавать  оптимальные температурные условия  для деятельности скелетных мышц. Температурный режим организма  оказывает прямое действие на динамику и интенсивность основных обменных процессов. Интенсивность физиологической рабочей гипертермии зависит от функционального состояния организма спортсмена, степени его тренированности.

В случае избыточного  кровообращения кожи, связанного с  гипертермией, уменьшается приток крови  к работающим мышцам и, как результат, снижается спортивная работоспособность. Возникают неадекватные реакции: повышение температуры кожи конечностей до уровня температуры кожи тела и выше, избыточное потоотделение (вначале на лбу, шее, затем на спине и ногах). Одновременно значительно снижается тонус скелетных мышц, нарушается рабочая поза, учащается дыхание и повышается ЧСС, снижаются условные рефлексы, резко поднимается температура тела, т. е. возникает состояние так называемой «патологической гипертермии».

Потоотделение при адекватных фукциональным возможностям спортсмена физических нагрузках повышается пропорционально их нарастанию. Величина потоотделения зависит не только от уровня мышечной активности, но и от температуры и относительной влажности воздуха, инсоляции, скорости ветра и теплозащитных свойств одежды. Низкая температура окружающей среды особенно неблагоприятно воздействует на организм спортсмена. Поэтому сохранению постоянства температуры на холоде способствует создаваемая спортивной одеждой теплоизоляция. Защита спортсмена от неблагоприятных условий окружающей среды во многом зависит от материалов, из которых изготовлены спортивная одежда и обувь, конструкции одежды и пакета ее материалов (числа слоев, величины воздушных прослоек, общей толщины).

Спортивная одежда должна обеспечить оптимальный микроклимат пододежного пространства (тепловое состояние организма; микроклиматические особенности — температура, относительная влажность и подвижность воздуха; содержание углекислого газа). На него влияют тепловое состояние организма спортсмена, метеорологические условия внешней среды и свойства спортивной одежды (конструкция, физико-химические свойства тканей в отдельности и в пакетах).

Температура воздуха  пододежного пространства — ведущий  гигиенический показатель соответствия спортивной одежды условиям и характеру вида спорта. Для ее оценки измеряется температура между телом и первым слоем одежды (бельем). Оптимальная ее величина во многом зависит от интенсивности физических нагрузок. В покое комфортной считается температура 30—32° С, при выполнении тяжелой физической работы — 15°С.

Тепловой комфорт организма  спортсмена характеризуется и относительной  влажностью воздуха между кожей  и первым слоем одежды. Гигиенически оптимальная величина — 35—60%. Она  несколько ниже относительной влажности окружающего воздуха из-за более высокой температуры воздуха в пододежном пространстве. Скорость повышения относительной влажности воздуха пододежного пространства во время тренировок и соревнований служит показателем несоответствия спортивной одежды характеру занятий конкретным видом спорта и соответствующим гигиеническим требованиям к одежде.

Если тренировки и  соревнования проходят на холоде, увлажнение спортивной одежды и последующее  снижение ее теплозащитных свойств  обусловлено в основном увеличением относительной влажности воздуха пододежного пространства. Выполнение нагрузок при высокой температуре воздуха, когда основным путем теплоотдачи становится потоиспарение, способствует быстрому накоплению влаги под спортивной одеждой, что приводит к перегреванию.

В процессе кожного дыхания  в воздухе пододежного пространства образуется углекислота. Интенсивность  вентиляции пододежного пространства зависит от воздухопроницаемости тканей и конструкции спортивной одежды. Закрытая одежда, изготовленная из воздухонепроницаемых материалов, способствует повышению концентрации углекислоты в пододежном пространстве по сравнению с наружным воздухом. Чем больше слоев одежды, тем выше содержание углекислоты в пододежном пространстве. Количество выделяемой углекислоты зависит и от интенсивности физической нагрузки.

Теплоизоляционные свойства спортивной одежды ухудшаются во время  быстрого движения. Например, при ходьбе в зависимости от вида одежды ее термическое сопротивление снижается  на 5,5—28,4%. Однако такое снижение может иметь и положительное значение, например для удаления излишнего тепла при интенсивной спортивной работе в условияхнагревающего микроклимата.

Теплоизоляционные свойства спортивной одежды зависят и от толщины  воздушных прослоек между ее отдельными слоями. Оптимальны прослойки толщиной до 5 мм. Если одежда изготовлена из воздухопроницаемого материала, при ветре теплоизоляционная эффективность воздушных прослоек снижается. Для теплоизоляции важна и толщина пакета материалов: чем она выше, тем более неравномерна теплоизоляция различных областей тела спортсмена.

Гигиенические свойства спортивной одежды во многом зависят  от степени жесткости материалов, из которых они изготовлены. Жесткость  определяется при изгибе материала  по величине его гибкости, которая зависит от переплетения нитей и плотности тканей. Например, трикотаж обладает наибольшей гибкостью, так как его нити не фиксированы и взаимно подвижны.

Спортивная одежда делится  на нижнее белье, платье (костюмно-платьевые  изделия) и верхнее платье.

Белье защищает тело от действия низких температур и загрязнений окружающей среды, впитывает выделения кожи (пот, жировую смазку слущившихся клеток эпидермиса). Костюмно-платьевые изделия обеспечивают дополнительную теплоизоляцию, впитывают выделения кожи в местах соприкосновения с кожей (на спине, вверху груди и рук), а также влагу, проникшую через белье. Верхняя одежда вместе с бельем и платьем создает необходимую теплоизоляцию, способствует сохранению здоровья и спортивной работоспособности за счет снижения теплопотерь.

Раздел 7. ЗАДАЧИ.

Задача № 1. Расчет теплопродукции человека.

Рассчитать  теплопродукцию мужчин в возрасте 30 лет занимающейся выполнением плотницких работ. Значение энерготрат Q э.т. = 372 Вт/м² и термического коэффициента полезного действия η = 0,2, Q_о = 42,3 Вт/м2 , S = 1,80 м².

Q_{М30 т.п}= S [Q_э.т –h (Q_э.т – Q_о)]

где Q_{М30 т.п}– теплопродукция тридцатилетнего мужчины, Вт/м² ;

S – площадь поверхности тела человека, м²;

Q_э.т – энергозатраты человека, Вт/м² ;

h – термический коэффициент полезного действия;

Q_о – основной обмен, Вт/м² (принять 42,3 Вт/м²).

Q_{М30 т.п}= S [Q_э.т –h (Q_э.т – Q_о)] = 1,80  [372 –0,2( 372– 42,3)] = 550,9 Вт/ м²

Ответ: Теплопродукция мужчин в возрасте 30 лет занимающейся выполнением плотницких работ составляет 550,9 Вт/м².

Задача № 2 Расчет теплопотерь человека.

1. Рассчитать потери тепла излучением по уравнению Стефана-Больцмана для небольшой разности температур тел.

Q_изл=α_изл S_изл(t₁ – t₂)

где Q_изл – потери тепла излучением, Вт;

a_изл – коэффициент излучения, Вт/м^{2 0}С;

S_изл – поверхность тела человека, участвующая в теплообмене излучением, м²;

t₁ – температура поверхности тела человека (одежды), ⁰С;

t₂ – температура поверхности окружающих тел,⁰С.

l – коэффициент теплопроводности подошв обуви, Вт/м ⁰С (принять равным 0,23 Вт/м ⁰С для поливинилхлорида);

t₄ – температура внутренней поверхности подошв обуви, ⁰С;

t₅ – температура наружной поверхности подошв обуви, ⁰С;

d – толщина подошв обуви, м (принять равной 0,015 м);

S_п – площадь подошв обуви, м²

Значение коэффициента излучения a_изл.= 5,50 Вт/м^{2 0}С ; площадь поверхности тела человека, участвующего в теплообмене излучением S_изл =  1,35 м² ; Температура поверхности тела (одежды) человека t₁ ,=30 ⁰С ; Температура поверхности окружающих предметов t₂ ,=10 ⁰С.

Q_изл=α_изл S_изл(t₁ – t₂) = 5,50 1,35(30-10) = 148,5 Вт

2.  Рассчитать потери тепла конвекцией по уравнению охлаждения тел Ньютона:

Q_кон=a_кон S (t₁ – t₃)

где Q_кон – потери тепла конвекцией, Вт;

a_кон – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м^{2 0}С;

S _– поверхность тела человека, м²;

t₁ – температура поверхности тела (одежды), ⁰С;

t_{3 –} температура окружающего воздуха,⁰С.

Значения: a_кон=7 Вт/м^{2 0}С; S  =1,80 м²; t₁ = 30 ⁰С ; t₃ ,= 20 ⁰С;

Q_кон=a_кон S (t₁ – t₃)= 7 1,80 (30 – 20) = 126 Вт

3.Рассчитать потери  тепла теплопередачей (считая, что  теплопередача происходит только через поверхность подошв):

Q_тепл = l S_п (t₄ – t₅)/ d

где Q_тепл – потери тепла теплопередачей, Вт;

l – коэффициент теплопроводности подошв обуви, Вт/м ⁰С (принять равным 0,23 Вт/м ⁰С для поливинилхлорида);

t₄ – температура внутренней поверхности подошв обуви, ⁰С;

t₅ – температура наружной поверхности подошв обуви, ⁰С;

d – толщина подошв обуви, м (принять равной 0,015 м);

S_п – площадь подошв обуви, м².

Значения: S_п.,=0,054 м²;  t₄,=10 ⁰С ; t₅,=10 ⁰С;

Q_тепл = l S_п (t₄ – t₅)/ d = 0,23 0,054 (10 – 10)/ 0,015 = 0 Вт.

4. Проанализировав полученный результат. Можно сделать вывод что тело человека охлаждается результате теплообмена излучением и конвекцией (при теплопередаче потерь тепла нет).

Задача№ 3. Рассчитать комфортный уровень теплоотдачи испарением.

1. Рассчитать комфортный уровень потерь тепла испарением для тридцатилетнего мужчины.

Q_{М30 исп}= 0,36 S (Q_{М30 т.п}/ S – 58)

где Q_{М30 исп} – потери тепла испарением, Вт/м²;

Q_{М30 т.п} – теплопродукция 30-летнего мужчины, Вт/м²;

S – площадь поверхности тела человека, м².

S=1,8 м²; Q_{М30 т.п}= 550,9 Вт/м²;

Q_{М30 исп}= 0,36 S (Q_{М30 т.п}/ S – 58) = 0,36 1,80 ( 550,9 / 1,80 – 58 ) = 160,7 Вт/м²    

2. Оформить  полученные результаты таблицей.

Таблица №  7

Вид деятельности человека : выполнение плотницких работ

Пол и возраст: мужчина, 30 лет

Теплопро-

дукция

Q_{М30 т.п}, Вт

Потери тепла излучением Q_изл, Вт

Потери  тепла конвекцией Q_кон, Вт

Потери тепла

теплопередачей

Q_теп, Вт

550,9

148,5

126

0