Количество теплоты, Вт, выделяющейся в теле человека при различных физических нагрузках и температуре воздуха в помещении

Интенсивность работы	Температура воздуха в помещении, °С
	10	15	20	25			30		35
Состояние покоя	163	145	116		93	93		93
Легкая работа	180	157	151		145	145		145
Работасредней	215	210	204		198	198		198
тяжести
Тяжелая работа	291	291	291		291	291		291

В поверхностном слое тела, называемом "оболоч­кой", толщиной 2,5 см происходит снижение темпе­ратуры тканей, вызванное потерей теплоты в окру­жающую среду. Поэтому температура кожи несколько ниже температуры "ядра". Так, температура кожи лба колеблется в диапазоне 32,5...34 °С, груди 31...33,5 °С, кистей рук — 28,5 °С, пальцев стопы — 24,4 °С. Наи­большее значение температуры кожи наблюдается в подмышечной впадине — 36,5...36,9 °С. Эту темпе­ратуру чаще всего и используют для оценки теплового состояния организма человека.

Выделение теплоты в теле человека вызывает на­грев его тканей. Так, количество теплоты, выделяю­щейся в организме человека, находящегося в состоя­нии покоя, достаточно для нагрева его тела в течение 1 ч на 1,2 °С, а при выполнении им работы средней тя­жести — почти на 3 °С. Однако этому препятствует от­вод вырабатываемой теплоты в окружающую среду.

Теплообмен тела человека с окружающей средой осуществляется через кожные покровы, а также в про­цессе дыхания за счет нагрева вдыхаемого в легкие воздуха и испарения воды с их поверхности. При этом организм использует все существующие в природе ме­ханизмы теплообмена: радиационный (лучистый), кон­вективный и транспирационный (посредством испарения влаги). Поэтому количество отводимой в окружаю­щую среду теплоты можно представить в виде суммы:

Q_отв = Q_к + Q_р + Q_n + Q_д ,

где Q_к, Q_р , Q_n , Q_д — количество теплоты, отводимой за счет конвекции, радиации (излучения), испарения пота и дыхания соответственно, Вт.

Конвективный теплообмен определяется Законом Ньютона:

Q_к = ά_к F_э (Т_к – Т_ос) ,

где ά_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией при нормальной температуре; а_к = 4,06 Вт/м² • °С; Т_к — температура кожи тела человека (зимой среднее зна­чение температуры кожи около 27,7 °С, летом около 31,5 °С); Т_ос —-температура окружающей воздушной среды, ^оС; F₃ — площадь эффективной поверхности тела человека (для практических расчетов эту пло­щадь принимают равной 1,8 м²).

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно приближенно определять как

ά_к = λ/δ ,

где λ - коэффициент теплопроводности погранично­го слоя воздуха, Вт/(м • °С) (при нормальной темпе­ратуре воздуха X — 0,025 Вт/(м • °С)); 8 — толщина по­граничного слоя воздуха, м; толщина пограничного слоя воздуха зависит от скорости движения воздуха; так, при отсутствии движения воздуха 5 = 4...8 мм, а при скорости движения воздуха 2 м/с толщина по­граничного слоя уменьшается до 1 мм.

Таким образом, интенсивность и направление конвективного теплообмена тела человека с окру­жающей средой определяется в основном температу­рой Т_ос и подвижностью окружающего воздуха W, т. е. Q_к ƒ(Т_ос; W);

Радиационный теплообмен описывается обобщен­ным законом Стефана—Больцмана

Q_р = С_пр F_кψ{(Т_к /100)⁴ – (Т_оп /100)⁴},

где С_пр — приведенный коэффициент излучения, для практических расчетов С_пр « 4,9 Вт/(м² • К⁴); F_к — площадь поверхности кожи, излучающей лучистый поток, м²; ψ — коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей и показы­вающий долю лучистого потока, излучаемого поверх­ностью пламени (на практике применяется равным единице); Т_к — средняя температура кожи, К; Т_оп — средняя температура окружающих поверхностей, К.

Количество теплоты, отдаваемое телом человека в окружающую среду при испарении пота, определя­ется уравнением

Q_п = М_п r ,

где М_п - масса испарившегося пота, г/с; г — скрытая теплота испарения пота, Дж/г (для воды г = 2450 Дж/г).

Данные о количестве пота, выделяемого телом че­ловека, приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.