Лабораторная работа №1 показатели теплового обмена и теплового состояния человека

Цель работы: изучение и анализ показателей, характеризующих тепловой обмен и тепловое состояние человека

Задание:

1.Расчет энергозатрат человека

2.Расчет теплопотерь человека

3.Расчет показателей теплового состояния человека

4.Анализ результатов работы, формулировка выводов.

Краткие теоретические сведения

1.Расчет энергозатрат человека. «Тепловой баланс» означает равенство между теплообразованием в организме человека и теплоотдачей, т.е. «тепловой баланс» достигается координацией процессов, направленных на образование тепла в организме («теплопродукция») и его выведение (теплоотдача).

В состоянии покоя в условиях, обеспечивающих минимальную активность механизмов терморегуляции, вся энергия Q_эт выделяется в виде тепла Q, т.е. Q_эт = Q.

При физической работе часть энергии превращается в механическую N. При этом энергия, выделяемая организмом в виде тепла (теплопродукция) составляет часть общих энергозатрат:

Q_mn = Q_эm-N (1)

Количество выполненной работы может быть определено из уравнения:

N=η (Q_эm-Q₀) (2)

где η - термический коэффициент полезного действия;

Q₀ – основной обмен.

Таким образом, теплопродукция человека определяется:

Q_mn = Q_эm - η(Q_эm-Q₀) ∙B_m (3)

Основной обмен Q₀ – минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания основных жизненных процессов человека.

Пользуясь данными таблиц 1 и 2 приложения определить энергозатраты человека для различной его деятельности (покой, работы) и рассчитать величину теплопродукции. Данные расчетов записать в табл.1.

9

Таблица 1.1

Значения энергозатрат и теплопродукции человека

Вид физической деятельности	Энергозатраты Вm/м2	Термический коэффициент полезного действия, η	Основной обмен Вm/м2	Теплопродукция
				Вm/м2	Вm/м2
1	2	3	4	5	6

2.Расчет теплопотерь человека

В окружающую среду человек отдает тепло различными путями: радиацией, конвекцией, проведением, испарением, дыханием. В условиях теплового комфорта и охлаждения наибольшую долю занимают потери тепла радиацией и конвекцией (73-88 % общих теплопотерь).

Теплопотери радиацией (излучением). Процесс распространения тепла с поверхности тела или одежды в виде лучистой энергии называется тепловым излучением, лучеиспусканием или теплоотдачей радиацией.

Тепловое излучение в значительной степени зависит от разности температур поверхностей тела человека и окружающих предметов.

Для практических расчетов более удобной является уравнение:

Q_{рад.конв.}=α_рад∙S_рад∙(t₁-t₂), (4)

где α – коэффициент излучения, В_m/м²_с,

S_рад - поверхность тела человека, участвующая в радиационном теплообмене, m²,

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

t₂ – температура поверхности окружающих тел, ⁰С.

Для практических расчетов Q_рад следует пользоваться таблицами 1 и 2 приложения.

Поверхность тела, участвующая в радиационном теплообмене составляет 71-95 % от всей поверхности тела человека. S_рад в зависимости от массы и роста тела определяется по [3].

Теплоотдача конвекцией. Передача тепла от поверхности тела или одежды движущемуся около него воздуху называется теплоотдачей конвекцией. Теплоотдача конвекцией особенно возрастает при ветре.

При малых скоростях движения воздуха теплоотдача конвекцией определяется по уравнению Ньютона:

Q_конв = α_конв∙S_рад∙(t_од-t_в) В_m, (5)

где α_конв – коэффициент теплоотдачи конвекцией, В_m/м²_с

S – площадь поверхности тела, м²

t_од – температура поверхности одежды (тела) человека, ⁰С,

10

t_в - температура воздуха, ⁰С.

Значения α_конв даны в таблице 4 приложения.

Теплоотдача кондукцией. Передача тепла от поверхности тела человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляется проведением (кондукцией).

В обычных условиях потери тепла кондукцией невелики (около 3 % от общих теплопотерь).

Потери тепла дыханием можно определить по уравнению Фангера:

Q_дых = 0,0012 Q_эm (34 - t_в) В_m, (6)

где t_в – температура окружающего воздуха, ⁰С,

34 – средняя температура выдыхаемого воздуха, ⁰С.

При расчетах Q_дых температуру выдыхаемого воздуха рекомендуется принимать при высокой температуре – 36⁰С, при средней температуре – 34⁰С и при низкой – 30 ⁰С. Результаты расчетов теплопотерь сводятся в табл.2.

Таблица 1.2

Теплопотери человека

Виды теплопотерь	Значения теплопотерь
	Вm	%
1	2	3