АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Показатели теплового обмена человека с окружающей средой

Читайте также:
  1. C. разрушение или существенное нарушение экологических связей в природе, вызванное деятельностью человека ?
  2. Ca, P, в питании человека их роль и источники.
  3. D. Особенностями «хромосомного набора», определяющего пол человека
  4. II. Gearing ratios - Показатели структуры капитала (коэффициенты финансовой устойчивости)
  5. II. Отрицательное влияние шумов на здоровье человека.
  6. II. СЛОВО В ЯЗЫКОВОМ/РЕЧЕВОМ МЕХАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
  7. III. Для углубленной оценки санитарного состояния почвы и способности ее к самоочищению исследуют показатели биологической активности почвы.
  8. V1: Глобальные проблемы окружающей среды
  9. V2: Патофизиология белкового обмена
  10. V2: Патофизиология жирового обмена
  11. V2: Патофизиология обмена витаминов
  12. V2: Патофизиология углеводного обмена

Цель работы: изучение и анализ показателей, характеризующих теплопродукцию и теплоотдачу человека.

Оборудование и материалы: калькулятор, наглядные пособия.

Теоретические основы:

Комфортное тепловое состояние человека в общем случае определяется состоянием динамического равновесия, при котором количество вырабатываемого организмом тепла и количество тепла, отдаваемого в окружающую среду, равны. Тепловой баланс достигается координацией процессов, направленных на выработку тепла в организме (теплопродукции) и его выведение - теплоотдачу. Он осуществляется аппаратом химической и физической терморегуляции человека [1].

Тепловой баланс в общем виде можно описать уравнением:

т.п +Q т.н =Q рад +Q конв +Q конд +Q исп.д +Q исп.дых +Q исп.п +Q дых.н Q т.с (1.1)

 

где Q т.п - теплопродукция человека, Вт;

Q т.н - внешняя тепловая нагрузка, Вт;

Q рад - потери тепла радиацией, Вт;

Q рад - потери тепла конвекцией, Вт;

Q конв - потери тепла кондукцией, Вт;

Q исп.д - потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи, Вт;

Q исп.дых - потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей, Вт;

Q исп.п - потери тепла испарением выделяемого пота, Вт;

Q дых.н - потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха, Вт;

ΔQ т.с - потери теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме)

Обе части равенства, характеризующие тепловой баланс, (теплообразование и теплоотдача), являются переменным, зависящим как от физиологических, так и от физических параметров.

Энергия, выделяемая в организме в виде тепла (теплопродукция) и обеспечивающая поддержание постоянного уровня температуры тела составляет при физической работе только часть энерготрат Qэ.т. В случае, когда вырабатываемая в организме человека энергия не расходуется на внешнюю механическую работу, она вся практически превращается в тепловую. Например: человек в состоянии относительного физического покоя и выполняющего некоторые виды физической работы (ходьба по ровной местности). Энергия, расходуемая на выполнение внешней работы N, может быть определена [1].

= η* (Qэ.т -Qо) (1.2)

 

где η - термический коэффициент полезного действия;

Q0 - величина основного обмена, Вт/м2 .

Основной обмен - расход энергии в состоянии полного покоя, т.е минимальная активность организма (расслабленные мышцы, отсутствие внешнего раздражителя, натощак, комфортные микроклиматические условия).

Для определения теплопродукции человека, выполняющего физическую работу, необходимо знать его общие энерготраты Qэ.т. , термический коэффициент полезного действия и основной обмен:

т.п =Q э.т -η * (Qэ.т -Qо) (1.3)

 

Радиационный теплообмен - в любых условиях жизнедеятельности человека между ним и окружающими телами происходит теплообмен путем инфокрасного излучения (радиационный теплообмен).человек в процессе своей жизнедеятельности часто подвергается нагревающемуся воздействию инфокрасных излучений с разными спектральными характеристиками: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий. Отопительных приборов и т.д.

Излучением человек отдает тепло в случаях, когда температура ограждений, окружающих человека ниже температуры поверхности тела, (холодные стены, стекло и т.д).

При неьольшой разности температур, что практически наблюдаеться в реальных условиях жизнидеятельности человека, уравнение для определения потерь тепла радиацией Q рад Вт, можно определить:

рад = aрад*Sрад* (t1-t2) (1.4)

 

где a рад - коэффициент излучения, Вт/(м2*0С);

S рад -площадь поверхности тела, участвующей в радиационном теплообмене,м2;

t1- температура поверхности тела (одежды) человека, 0С;

t2-- температура поверхности окружающих предметов, 0С;

Конвекционный теплообмен- передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека (одежды) движущемуся вокруг него (нее) воздуху.

Различают конвекционный теплообмен свободный (обусловленный разностью температур поверхности тела и воздуха) и принудительный (под влиянием движения воздуха). По отношению к общим теплопотерям в условиях теплового комфорта теплоотдача конвекцией составляет 20-30%. Существенно возрастают потери тепла конвекцией в условиях ветра [1].

Потери тепла конвекцией могут быть определены по уравнению:

конв= aконв*Sконв* (tод-tв) (1.5)

 

Где aконв -коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2*0С);

Sконв -площадь поверхности тела, участвующей в конвекционном теплообмене,м2 (справочная величина);

t од - температура поверхности тела (одежды) человека, 0С;

t в - температура окружающего воздуха, 0С;

Величина aконв не являеться постоянной\и зависит от ряда переменных факторов: температуры воздуха, формы поверхности тела и его размеров, шероховатости поверхности. Все эти факторы трудно учесть. В знаительной степени учитываеться скорость ветра.

С использованием суммарного значения коэффициента теплоотдачи (aрад.конв) могут быть определены значения радиционно-конвективных теплопотерь (Qрад.конв) [1]:

 

Q= (aконв +aрад)* S* (tод-tв) (1.6)

Q= aобщ.*S* (tод-tв) (1.7)

 

Кондукционный теплообмен - теплоотдача от поверхности тела человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляеться проведением (кондукцией). Потери тепла кондукцией в соответствии с законом Фурье:

 

Qконд (t1-t2) Sτ (1.8)

где - Qконд количество тепла, прошедшего через стенки с площадью S, м2 в течении времени τ, Вт;

λ- коэффициент теплопроводности пакета материалов одежды, Вт/(м2*0С);

t1- температура внутренней стороны пакета материалов одежды, 0С;

t2-температура наружной (холодной) стороны пакета материалов одежды, 0С;

δ - толщина пакета материалов одежды, м;

S- площадь поверхности тела, соприкасающейся с твердым предметом

Отдача тепла кондукцией тем больше, чем ниже температура предмета, с которым соприкасается человек, чем больше поверхность соприкосновения, тем меньше толщина пакета материалов одежды.

Для правильного выбора теплозащитной одежды необходимо в первую очередь определить суммарную величину основных потерь тела Qосн. пренебрегая Qконд в силу того что площадь соприкосновения мала и условно считая,что внешняя тепловая нагрузка Qт.н =0, формула (1.1) принимает вид:

Теплоотдача испарением- ванным 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, находящейся в состоянии относительного физического покоя, теряет влагу путем диффузии (неощутимой перспирации) с поверхности кожи и верхних дыхательных путей.

Потери тепла путем испарения диффузионной влаги с поверхности кожи Qисп.д Вт, можно выразить уравнением:


Qисп.д =3,06*10-3*S(256tk-3360-pa) (1.10)

 

где tk - температура кожи, 0С;

pa- парациальное давление пара в окружающем воздухе, Па.

Потери тепла, при испарении влаги с верхних дыхательных путей Q исп.дых Вт, можно выразить уравнением:

исп.дых =0,0173* Qэ.т*(Pвыд-Pв) (1.11)

 

где Qисп.дых - энерготраты человека;

Pвыд -давление насыщенного водяного пара при температуре выдыхаемого воздуха (tвыд), кПа;

Pвыд -давление водяного пара в атмосфере, кПа;

Потери тепла при испарении пота- потоотделение представляет собой один из наиболее мощных механизмов терморегуляции, играющих важную роль в условиях перегревания организма и при выполнении человеком физической работы.

Максимально возможная величина теплопотерь при испарении пота Вт, может быть определена по уравнению:

исп.п=10,2 (pнас.к- pa)(0,5+√ν) (1.12)

 

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

pa - давление водяного пара в воздухе,

ν - скорость движения ветра,м/с;

потери тепла испарением пота в комфортных условиях Qисп.п, Вт, применительно к различному уровню энерготрат может быть определена по уравнению:


Qисп.п=0,36 S(Qисп.п/S-58) (1.13)

 

Общие теплопотери испарением влаги Qисп.д и Qисп.п - диффузионной пота), Вт, можно определить:

 

Qисп.к = 8,816+0,39* Qэ.т - Qисп.дых (1.14)

 

Теплоотдача при дыхании - Потери тепла вследствии нагревания вдыхаемого воздуха Qисп.н Вт, можно определить:

исп.н =0,0014 Qэ.т (tвыд-tв) (1.15)

 

где tвыд - температура выдыхаемого воздуха, 0С, вычисляемая по формуле:

 

tвыд=29+0,2* tв (1.16)

 

Для комфортного уровня теплоощущения изменение теплосодержания Δ Qт.с Для принемаеться равным нулю (не происходит накопление или дефицит тепла) Формула (1.9) принемает вид:

 

Qосн = Qконв +Qрад =+Qэ.т-N- Qисп.дых-Qисп.к-Qдых.н (1.17)

 

Ход работы:

Исходные данные:

Величина основного обмена в соответствии с исходными данными равна Qо= = 39,5 Вт/м2. В таблице 1.1 представлены результаты расчетов показателей теплопродукции и теплоотдачи человека для исследуемых видов физической деятельности.


Таблица 1.1- Расчет показателей теплопродукции и теплоотдачи человека для различных видов физической деятельности

Виды деятельность Энерготраты, Qэт Термический коэффициент, η
Уборка помещения 116-198 0-0,1
Гимнастика 174-233 0-0,1
Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч   0,1
Теннис   0-0,1
Обычная лабораторная работа    

 

Значение площади поверхности тела человека равно S=1,89м2

Теплопродукция тела человека, Qт.п. для различных видов физической деятельности вычисляют по формуле 1.3

т.п =Q э.т -η * (Qэ.т -Qо)

1. Уборка помещения

т.п = 150-0,1(150-39,5)=

 

2. Гимнастика

т.п =200-0,1(200-39,5)=

 

3. Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч

т.п =355-0,1(355-39,5)=

 

4. Теннис

т.п =267-0,1(267-39,5)=

5.
Обычная лабораторная работа

т.п =93-0(93-39,5)=

 

Потери тепла, при испарении влаги с поверхности дыхательных путей Qисп.дых, Вт рассчитывают по формуле 1.11

 

Qисп.дых =0,0173* Qэ.т*(Pвыд-Pв)

1. Уборка помещения

исп.дых =0,0173*150()=

 

2. Гимнастика

исп.дых =0,0173*200()=

 

3. Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч

исп.дых =0,0173*355()=

 

4. Теннис

исп.дых =0,0173*267()=

 

5. Обычная лабораторная работа

исп.дых =0,0173*93()=


Общие теплопотери испарением влаги Qисп.д и Qисп.п - диффузионной пота), Вт, можно определить по формуле 1.14

 

Qисп.к = 8,816+0,39* Qэ.т - Qисп.дых

1,89

 

1. Уборка помещения

исп.к = 8,816+0,39* 150 - =

1,89

 

2. Гимнастика

 

Qисп.к = 8,816+0,39* 200 - =

1,89

 

3. Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч

исп.к = 8,816+0,39* 355 - =

1,89

 

4. Теннис

исп.к = 8,816+0,39* 267 - =

1,89

 

5. Обычная лабораторная работа

 


Qисп.к = 8,816+0,39* 93 - =

1,89

 

Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха Qисп.н Вт, можно определить по формуле 1.15

исп.н =0,0014 Qэ.т (tвыд-tв)

1. Уборка помещения

исп.н =0,0014*150 ()=

 

2. Гимнастика

исп.н =0,0014*200 ()=

 

3. Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч

исп.н =0,0014*355 ()=

 

4. Теннис

исп.н =0,0014*267 ()=

 

5. Обычная лабораторная работа

исп.н =0,0014*93 ()=

 


Для комфортного уровня теплоощущения изменение теплосодержания Δ Qт.с принимается равным нулю и Qосн вычисляется по формуле:

осн = Qконв +Qрад =Qэ.т-N- Qисп.дых-Qисп.к-Qдых.н

 

1. Уборка помещения

Qосн =

2. Гимнастика

Qосн =

3. Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч

Qосн =

4. Теннис

Qосн =

5. Обычная лабораторная работа

Qосн =

Результаты расчетов представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Расчет теплопродукции человека при различных видах физической деятельности

Вид физической деятельности человека Уборка помещения Гимнастика Ходьба по наклонной местности под углом 50, скоростью 6,4 км/ч Теннис Обычная лабораторная работа
Основной обмен Qо, Вт/м2 39,5
Термический коэффициент полезного действия η 0-0,1 0-0,1 0,1 0-0,1  
Энерготраты Qэ.т, Вт 116-198 174-233      
Теплопродукция человека Qтп, Вт          
Потери тепла при испарении влаги с верхних дыхательных путей Qисп.дых, Вт          
Общие потери испарением влаги Qисп.к, Вт          
Потери тепла в следствии нагревания выдыхаемого воздуха Qисп.н, Вт          
Рационно-конвективные (общие) теплопотери Qосн, Вт          

 

Выводы: В ходе лабораторной работы № 2 былиизучены и проанализированы показатели, характеризующие теплопродукцию и теплоотдачу человека, такие как основной обмен, термический коэффициент полезного действия, энерготраты, теплопродукция человека, потери тепла при испарении влаги с верхних дыхательных путей, общие потери испарением влаги, потери тепла в следствие нагревания выдыхаемого воздуха и общие теплопотери.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.022 сек.)