При различных физических нагрузках и температуре
Воздуха в помещении, Вт
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 одного часа 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: теплоизлучающий, теплопроводный, конвективный и транспи-рационный (посредством испарения влаги). Поэтому количество отводимой в окружающую среду теплоты 0оТВ можно представить в виде суммы:
,
где QK, QT, QТИ, QП, QД - количество теплоты, отводимой за счет конвекции, теплопроводности, теплового излучения, испарения пота и дыхания соответственно, Вт.
Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:
,
где αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией, при нормальной температуре αк = 4,06 Вт/м2·°С; tк - температура кожи тела человека (зимой среднее значение температуры кожи около 27,7 ºС, летом около 31,5°С); toc - температура окружающей воздушной среды, °С; Fэ - площадь эффективной поверхности тела человека (для практических расчетов эту площадь принимают равной 1,8 м2).
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно приближенно определять как
,
где λ - коэффициент теплопроводности пограничного слоя воздуха, Вт/(м·°С) (при нормальной температуре воздуха λ = 0,025 Вт/(м·°С)); δ - толщина пограничного слоя воздуха, м.
Толщина пограничного слоя воздуха зависит от скорости движения воздуха. Так, при отсутствии движения воздуха δ = 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 определяются в основном температурой и подвижностью окружающего воздуха, т.е.:
.
Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:
,
где λ0 - коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/м · °С; Δо - толщина одежды человека.
Теплоизлучающий теплообмен описывается обобщенным законом Стефана - Больцмана:
,
где Спр - приведенный коэффициент излучения, для практических расчетов Спр ≈ 4,9 Вт/(м2 ·К4); Fк - площадь поверхности, 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); tк - средняя температура кожи, К; tоп - средняя температура окружающих поверхностей, К.
Количество теплоты, отдаваемое телом человека в окружающую среду при испарении пота, определяется уравнением
,
где МП - масса испарившегося пота, г/с; r - скрытая теплота испарения пота, Дж/г (для воды r = 2450 Дж/г).
Количество пота, выделяемого телом человека, приведено в табл. 2.2.
Таблица 2.2
