Физиологическое воздействие теплового комфорта на организм человека

МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЯ

Протекающие в организме человека процессы поглощения, превращения, хранения и выделения продуктов жизнедеятельности принято называть метабо­лическими процессами. Сопутствующий круговорот энергии состоит в окисле­нии питательных веществ, обмене веществ теплопродукции и механической рабо­те мышц, причем энергетический баланс поддерживается, если количество вырабатываемой организмом энергии, которую физически устанавливают по объему потребляемого кислорода, равно количеству выделяемой энергии.

В состоянии покоя взрослый человек потребляет 15 л/ч кислорода, при вы­полнении физической работы эта цифра возрастает почти до 180 л/ч. Выделяю­щееся при сгорании 15 л/ч кислорода (в состоянии покоя) количество теплоты со­ставляет 88 Вт и может достигать 1060 Вт.

Рассчитанная по количеству потребляемого кислорода метаболическая те­пловая энергия М, Вт/м, выражается формулой

(3.1)

где 5,8 - энергетический эквивалент 1 л кислорода при нулевой температуре и нормальном барометрическом давлении и= 1 Вт ч/л;

- соотношение количества выдыхаемого углекислого газа и вдыхаемого кисло­рода;

- потребление кислорода в нормальных физических условиях, л/ч;

- площадь поверхности организма человека, м2:

(3.2)

здесь- масса человека, кг;

- рост человека, м.

Эти формулы основаны на результатах многочисленных испытаний, прове­денных гигиенистами в разных странах и в различных условиях. Данные авторов по энергетическому балансу человека часто расходятся. В то же время на практи­ке используют классификацию, в которой различают три степени тяжести работы:

а) легкая (обычно сидячая), в ходе которой потребление кислорода не более чем в 2 раза превышает его потребление в состоянии покоя, т.е. меньше 30 л/ч; энергозатраты при этом составляют менее 175 Вт;

б) средней тяжести, в ходе которой потребление кислорода в 2-4 раза больше, чем в состоянии покоя; такая деятельность соответствует энергозатра­там, достигающим 300 Вт, к ней относят рукоделие и механизированный труд;

в) тяжелая, в ходе которой потребление кислорода в 4-8 раз больше, чем в состоянии покоя; такая деятельность соответствует энергозатратам, превышаю­щим 300 Вт (до 700 Вт), к ней относят большинство профессий, требующих больших физических усилий.

В результате обменных процессов только часть вырабатываемой энергии превращается в механическую. По некоторым данным, коэффициент полезного использования энергии п = 20%. По П.О.Фангеру, эту значение следует рассмат­ривать как максимально возможное. Малая часть метаболической теплоты расхо­дуется на обеспечение внутриобменных процессов, следовательно, большую ее долю надо удалять из организма. Теплообмен между организмом и окружающей средой происходит путем радиации, конвекции, теплопроводности и испарения. Теплоотдача организма определяется температурой кожи, воздуха и окружаю­щих человека поверхностей, парциальным давлением водяного пара в воздухе, скоростью потока воздуха, омывающего человека, и зависит от вида одежды и площади поверхности организма.

Внутриобменные процессы в организме протекают при температуре 37±0,50С. По мере изменения метаболического фактора начинает функциониро­вать система

терморегуляции, в задачу которой входит поддержание постоянства температуры

человеческого тела. Управляет этим процессом кора большого полушария голов­ного

мозга, которая передает импульс центрам охлаждения и нагревания, получающим по нервным волокнам информацию от кровеносных сосудов терморецепторов ко­жи. Эти тепловые центры мозга регулируют движение крови и вызывают сосудо- двигательную циркуляцию крови в коже.

Тепловой режим живой ткани зависит от количества крови, протекающей под поверхностью кожи. Понижение температуры окружающей среды вызывает охлаждение кожи, в результате чего капиллярные кровеносные сосуды сужаются, объем протекающей по ним крови сокращается и уменьшается теплоотдача телом человека. Иными словами, можно говорить об увеличении термического сопро­тивления кожного покрова.

По мере повышения температуры окружающей среды расширяются крове­носные сосуды, к поверхности притекает большее количество крови, что увели­чивает теплоотдачу и уменьшает термическое сопротивление ткани. Очевидно, переохлаждение организма представляет для человека большую опасность, чем его перегрев, об этом говорит существенно большее число рецепторов кожи, чув­ствительных к холоду (до 250000), по сравнению с терморецепторами, реагирую­щими на избыточное тепловое раздражение (примерно 30000). Об ограниченных возможностях терморегуляции свидетельствует термическое сопротивление кожи, составляющее от 0,04 до 0,09 м2 С/Вт.

Особо следует отметить влияние радиационного теплообмена на терморе­гуляцию организма человека. Лучистые длинноволновые потоки, проникая глуб­же, приводят к охлаждению и нагреву глубоколежащих тканей. При этом наруша­ется стереотип теплоотдачи, замедляется реакция сосудистой системы, что отри­цательно сказывается на иммунобиологической реакции организма.

Существенным фактором физиологического воздействия на организм чело­века является влажность воздуха, влияние которой на тепловой комфорт связано с дыхательным трактом человека. Г.Эверт установил, что скоростьдвижения слизи, покрывающей носовую полость, дыхательные пути и альвеолы легких, зависит главным образом от относительной влажности вдыхаемого возду­ха.

Если влажность составляет менее 40%, то слизь движется с небольшой скоростью, налипая на оболочки (рис.3.1). В результате сокращается подвижность эпителия, что способствует проникновению в легкие бактерий и вирусов. Исходя из этого, рекомендуется относительную влажность воздуха поддерживать в интервале 40-60%

Рис. 3.1. Зависимость между относительной влажностью вдыхае­мого воздуха и скоростью движения слизи: а - для курящих; б - для некурящих; точки на линиях соответствуют средней скорости слизи при относительной влажности 43,6 %

Рис.3.2.Отдача человеком явного и скры­того тепла при различной различной тем­пературе различной температуре

Другим проявлением влияния влажности воздуха на тепловой комфорт является зависимость скрытой теплоотдачи организма от влажности. Тепло в результате испарения влаги отводится из легких и дыхатель­ных путей, а также при потоотделении. Установлено, что организм испаряет за сутки 800-1000 г влаги, или в тепловом эквиваленте 2100-2500 кДж, что составля­ет 20-25 % отдаваемого тепла.

Влагоотдача, а следовательно скрытая теплоотдача организма, зависят от температуры воздуха (рис.3.2). Потоотделение начинается при температуре 28- 290С, а свыше 340С теплоотдача испарением вообще остается единственным спо­собом. Новейшие исследования П.О.Фангера расширяют существующие пред­ставления о влиянии влажности на теплоощущения человека. Было выявлено, что

людям нравится ощущение прохлады в ды­хательных путях при каждом вдохе. Так, на рис.3.3 показано распределение про­центной доли испытуемых, недовольных тепловлажностным состоянием вдыхаемого воздуха. Высокая энтальпия означает низ­кую способность вдыхаемого воздуха ох­лаждать слизистые оболочки дыхательных путей путем конвекции и испарения.

Рис. 3.3. Восприятие чистого воздуха при разной энтальпии воздуха в помещении (воздействие на все тело в целом):

1)- процентная доля испытуемых, недо­вольных тепловлажностным состоянием вдыхаемого воздуха;

2)- энтальпия воздуха, кДж/кг

Гигиенические исследования П.О. Фангера показали, что локальное воз­действие температуры и влажности воздуха на дыхательные пути и, следовательно, на воспринимаемое качество воздуха на порядок сильнее, чем в отношении тепловых ощущений тела человека. Энтальпия воздуха зависит от его влагосодержания: низкое (обычно холодной зимой) небла­гоприятно воздействует на кожу человека - она становится сухой и может рас­трескиваться от натяжения В создании теплового комфорта в помещении «участвует» подвижность воздуха. Например, малая подвижность или отсутствие движения воздуха создают впечатление затхлости, так как вокруг тела человека образуется тонкая воздушная оболочка, имеющая высокую температуру и насыщенная водяным паром. В ре­зультате затрудняется тепло- и влагообмен с окружающим воздухом. Минималь­ная подвижность воздуха, разрушающая эту оболочку, по данным разных авторов, составляет 0,05-0,1 м/с. Чрезмерная подвижность воздуха вызывает ощущение сквозняка. Из-за охлаждающего воздействия движущегося воздуха нарушается тепловосприятие кожного покрова, причем как только эффект охлаждения пре­высит некоторое критическое значение, сосуды начинают сужаться. Наиболее подвержены воздействию сквозняка за­тылок и лодыжки, при этом подвиж­ность воздуха ограничена 0,15 м/с. Об­ласть комфортного сочетания подвиж­ности и температуры

указана на рис.3.4.

Рис. 3.4. Область комфортного сочета­ния подвижности и температуры

Исследования последних лет пока­зывают, что ощущение сквозняка связа­но не только с подвижностью воздуха, но и с ее пульсацией, т.е. турбулентно­стью воздуха. П.О.Фангер и К.К.Педерсен установили, что при значениях скоро­сти движения и температуры воздуха, отвечающих требованиям теплового ком­форта, большое число испытуемых не ощущают комфорта. Объяснение тому - особенная восприимчивость к переменам органов чувств человека.На рис.3.5. показано сочетание тем­пературы, подвижности и турбулентности, соответствующее ощущению комфорта у 85% испытуемых людей.

Рис. 3.5. Сочетание средней скорости движения воздуха 1, температуры воздуха 2 и интенсивности турбу­лентности 3, соответствующее ощу­щению комфорта у 85 % испытуемых людей