1.4.3. Теплоотдача кондукцией

Теплоотдача кондукцией (проведением) осуществляется в тех случаях, когда тело человека плотно соприкасается с каким-либо предметом. Потери тепла кондукцией определяются по формуле:

Q_конд = Y∙((t₁ – t₂)/q)∙S,

где Q_конд – количество тепла, прошедшего через стенки с площадью S, м² в течение времени t, Вт;

Y – коэффициент теплопроводности пакета материалов одежды, Вт/(м °С);

t₁ – температура внутренней стороны пакета материалов одежды, °С;

t₂ – температура наружной стороны пакета материалов, °С;

q – толщина пакета материалов одежды, м;

S – площадь поверхности, м².

В обычных условиях удельный вес потерь тепла кондукцией невелик, так как коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха незначителен. В этом случае человек теряет тепло кондукцией лишь с поверхности стоп, площадь которых составляет 3 % площади поверхности тела. Но иногда (в кабинах сельскохозяйственных машин, башенных кранов, экскаваторов и т. д.) площадь соприкосновения с холодными стенками может быть довольно большой. Кроме того, помимо размера контактирующей поверхности имеет значение и подвергающийся охлаждению участок тела (стопы, плечи, поясница и т. п.).

1.4.4. Теплоотдача испарением

Важным способом теплоотдачи, особенно при высокой температуре воздуха и выполнении человеком физической работы, является испарение диффузионной влаги и пота. В условиях теплового комфорта и охлаждения человек, находящийся в состоянии относительного физического покоя, теряет влагу путём диффузии (неощутимой перспирации) с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. За счёт этого человек отдаёт в окружающую среду 23–27 % общего тепла, при этом 1/3 потерь приходится на долю испарения с верхних дыхательных путей и 2/3 – с поверхности кожи.

Напомним, что для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж (0,58 ккал). Следовательно, если в условиях основного обмена телом человека отдаётся посредством испарения около 1675–2093 кДж (400–500 ккал), то с поверхности тела должно испариться примерно 700–850 мл воды. Из этого количества 300–350 мл испаряются в лёгких и 400–500 мл – с поверхности кожи.

Потери тепла путём испарения диффузионной влаги с поверхности кожи Q_исп.д определяются по уравнению:

Q_исп.д = 3,06∙10^–3∙S∙(256t_к – 3360 – Ра),

где t_к – температура кожи, °С;

Ра – парциальное давление пара в окружающем воздухе, Па.

Потери тепла при испарении влаги с верхних дыхательных путей Q_{исп.дых} определяются по уравнению:

Q_{исп.дых} = 14,9 10^–6∙Q_т.п∙(5880 – Ра),

где Q_т.п – теплопродукция, Вт.

Потери тепла происходят также при испарении пота. Для сохранения постоянства температуры тела человека при высокой температуре окружающей среды основное значение имеет испарение пота с поверхности кожи. Потоотделение представляет собой один из наиболее мощных механизмов терморегуляции, играющих важную роль в условиях перегревания организма и при выполнении человеком физической работы.

В жаркое время организм человека не может отдавать образующееся в нём тепло путём радиации и конвекции. Основным путём для отдачи тепла остаётся испарение воды, которое зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе (например, в бане) пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла; только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).

Приняв, что среднее теплообразование в сутки равно 2800 ккал (11723 кДж), и зная, что на испарение 1 г воды с поверхности тела расходуется 0,58 ккал (2,43 кДж), получим, что для поддержания температуры тела человека на постоянном уровне в таких условиях необходимо испарение 4,5 л воды. Особенно интенсивно потоотделение происходит при высокой температуре окружающей среды во время мышечной работы, когда вырастает теплообразование в самом организме. При очень тяжелой работе выделение пота у рабочих горячих цехов может составить 12 л в день.

Максимально возможная величина теплопотерь при испарении пота Q_исп.п может быть определена по уравнению:

Q_исп.п = 10,2∙(Р_нас.к – Ра)∙(0,5 + v),

где Р_нас.к – максимально возможное насыщение водяного пара при температуре кожи человека, мм.рт.ст.;

Ра – давление водяного пара в воздухе, мм.рт.ст.;

v – скорость движения ветра, м/с.

Разность (Р_нас.к – Ра) называют физиологическим насыщением.

Потери тепла испарением пота в комфортных условиях Q_исп.п, применительно к различному уровню энергозатрат, могут быть определены по уравнению:

Q_исп.п = 0,38∙S∙(Q_т.п – 58).