Теплообмен человека с окружающей средой.

Необходимость учета основных параметров микроклимата может быть объяснена на основании рассмотрения теплового баланса между организмом человека и окружающей средой.

Величина тепловыделений Q организмом человека зависит от степени физического напряжения в определенных метеорологических условиях и составляет от 85 ( в состоянии покоя) до 500 Дж/ с (тяжелая работа).

Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для того, чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна отводится в окружающую человека среду. Соответствие между количеством этой теплоты и охлаждающей способностью среды характеризует ее как комфортную.

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее данному виду работу, обеспечивается при соблюдении теплового баланса:

Q = Q_И + Q_К + Q_ИСП + Q_В +Q_Т,

поэтому температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,3 ⁰С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.

Отдача теплоты организмом человека в окружающую среду производится в результате излучения на окружающие поверхности Q_И , конвекции, т.е. перемещения газовой среды у тела и омывания воздухом Q_К, испарения влаги с поверхности тела Q_ИСП, теплопроводности Q_Т. Часть теплоты расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха Q_В.

Количество теплоты, отдаваемое организмом человека различными путями, зависит от величины того или иного параметра микроклимата. Так, теплоотдача конвекции зависит от температуры окружающего воздуха и скорости его движения. Излучение теплоты происходит в направлении окружающих человека поверхностей, имеющих более низкую температуру, чем температура поверхности одежды (27 – 31 ⁰С) и открытых частей тела человека (около 33,4 ⁰С). Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. При высоких температурах окружающих поверхностей (30 – 35 ⁰С) теплоотдача конвекцией и излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении – от поверхностей к человеку, т.е. происходит нагрев тела человека. Количество теплоты, отдаваемой человеком в окружающую среду при испарении влаги, напрямую зависит, в первую очередь, от температуры воздуха и физической нагрузки человека, при этом количество влаги, выводимой на поверхность потовыми железами колеблется в очень широких пределах от 0,6 до 21 г/мин. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

В состоянии покоя при температуре окружающего воздуха 18⁰С доля Q_И  45%, Q_К  30%, Q_ИСП  20%, Q_В  5%.

Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования в помещении 30 – 35⁰С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющей важную роль в жизнедеятельности.

Вопреки установившемуся мнению величина потоотделения мало зависит от недостатка воды в организме или от ее чрезмерного потребления. У человека, работающего в течение 3 часов без питья, образуется только на 8% меньше пота, чем при полном возмещении потерянной влаги. При потреблении воды вдвое больше потерянного количества наблюдается увеличение потоотделения всего на 6 % по сравнению со случаем, когда вода возмещалась на 100 %.Для человека считается допустимым снижение его массы на 2 – 3 % путем испарения влаги – обезвоживания организма. Обезвоживание на 6 % влечет нарушения умственной деятельности; на 15 –20% - приводит к смертельному исходу. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей (до 1 %, в том числе 0,4 – 0,6 %NaCl). При неблагоприятных условиях потеря жидкости за смену может составить 8 – 10 л, а в них до 60 г поваренной соли (всего в организме 140 г соли). Потеря соли лишает кровь способности удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. При высокой температуре воздуха легко расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки. Для восстановления водного баланса работающих в горячих цехах устанавливаются пункты подпитки подсоленной (около 0,5 %NaCl) газированной водой из расчета 4…5 л на человека в смену. Возможно применение белково-витаминного напитка. Вообще же в жарких климатических условиях рекомендуется пить охлажденную подкисленную воду или чай .

Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажность может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания – гипертермии– состоянию, при котором температура тела повышается до 38…39⁰С. При гипертермии и как следствие тепловом ударе, который может произойти при работах на открытом воздухе, наблюдается головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение. Пульс и дыхание учащены. При этом наблюдается синюшность, бледность, временами возникают судороги, потеря сознания.

Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения, и даже переохлаждения – гипотермии. В начальный период воздействия умеренного холода наблюдается уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдоха. При продолжительном действии холода дыхание становится неритмичным, частота и объем вдоха увеличиваются, изменяется углеводный обмен. Появление мышечной дрожи, при которой внешняя работа не совершается, а вся энергия превращается в теплоту, может в течение некоторого времени задерживать снижение температуры внутренних органов. Дрожь разогревает наше тело. При дрожи организм выделяет энергию в 200 ватт на м², т.е. столько же, как и при ходьбе со скоростью 5 км/ ч. Однако такой способ обогрева очень не экономичен: слишком малое количество энергии при этом переходит в тепло. Результатом действия низких температур являются холодовые травмы и обморожения.

Для того, чтобы согреться организм стремится гармонично регулировать расширение и сужение кровеносных сосудов. Надо ли в этом случае искать спасения в алкоголе или курении? Под влиянием алкоголя сосуды расширяются и ускоряют циркуляцию крови. Сразу же возрастает теплообмен с внешней средой, и тело быстро остывает. Курение действует в другом направлении. Никотин в крови усиливает естественную реакцию сужения сосудов. В этом случае кровь продвигается по сосудам с трудом, и риск обморожения увеличивается.

Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущения, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. ( Например, при t_ОС= +1⁰С и скорости ветра 30 км/ч организм должен согревать себя так, как приt_ОС= - 39⁰С без ветра). Чем больше влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность (85 %) приt_ОС30⁰С, т.к. при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемоепроливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу.

Недостаточная влажность ( 20 %) вызывает пересыхание и растрескивание слизистых оболочек дыхательных путей, а затем и загрязнение болезненными микроорганизмами. Оптимальные величины относительной влажности составляют 40 – 60 %.