Тепловое взаимодействие человека с окружающей средой

Метеорологические условия (микроклимат) в производствен­ном помещении характеризуются температурой t, относительной влажностью j и скоростью движения воздуха v.

Эти параметры, определяя процесс теплового взаимодействия человека с окружающей средой, характеризуют условия труда ра­ботающего.

В человеческом организме постоянно протекают биохимичес­кие обменные процессы, сопровождающиеся выделением тепла (в виде тепла в окружающую среду рассеивается около 95% высвобо­ждаемой энергии). Величина тепловыделений взрослого человека составляет примерно 80 Дж/с (69 ккал/ч) во время сна, 90 Дж/с (77 ккал/ч) при бодрствовании в покое, 300-500 Дж/с (258-430 ккал/ч) при работе в зависимости от степени ее тяжести.

Для человека необходимо, чтобы количество образующегося в организме тема всегда было равно теплоотдаче в окружающую среду, которая зависит от ее охлаждающей способности, характе­ризуемой метеорологическими условиями.

Тепло Q выделяемое человеком, отводится в окружающую среду благодаря конвекции воздуха у тела q_к, теплопроводнос­ти через одежду q_т, излучению q_и, испарению влаги, выво­димой на поверхность потовыми железами q_п, нагрева вдыхае­мого воздуха q_д:

Q = q_к +q_т + q_и + q_п + q_д

Регулирование тепловыделения для поддержания постоянной температуры (терморегуляция) в организме человека осуществля­ется тремя способами: биохимическим (изменением скорости об­менных экзотермических процессов), изменением интенсивности кровообращения и потовыделением.

В результате терморегуляции изменение параметров микро­климата вызывает изменение как общего количества выделяемой теплоты Q, так и соотношения между различными путями теплоотдачи q. При нормальных условиях во время легкой физической работы доля q_к + q_т составляет 30% всей теплоотдачи, q_и ~ 45%, q_п ~ 20% и q_д ~ 5%.

С повышением температуры окружающего воздуха кровеносные сосуды кожи рефлекторно расширяются, при этом усиливается приток крови к поверхности тела, температура кожного покрова повышается, теплоотдача конвекцией и излучением q_к + q_и увеличивается. Однако, при температуре 33-35°C отдача тепла указанными путями в основном прекращается и практически един­ственным путем отвода тепла является испарение пота q_п (на испарение 1 г. влаги затрачивается около 2.5 кДж (0.6 ккал) тепла).

При понижении температуры окружающего воздуха из-за суже­ния кровеносных сосудов кожи и уменьшения притока крови ее температура снижается, теплоотдача конвекцией и излучением уменьшается.

Теплоотдача во многом определяется и влажностью воздуха. Если при температуре 16-20°C влажность заметного влияния на организм не оказывает, то повышенная влажность (j > 85%) при более высоких температурах затрудняет теплоотдачу из-за сниже­ния испарения пота q_п. Сухой воздух (j < 20%) вызывает пе­ресыхание слизистых оболочек дыхательных путей, но при этом человек может в течение нескольких минут выдерживать темпера­туру 120-150°C, то есть значительно превышающую температуру свертывания белка крови (60°С). Наоборот, повышенная влажность при низкой температуре повышает теплоотдачу за счет значитель­ного увеличения теплопроводности воздуха q_т.

Движение воздуха также влияет на теплообмен человека с окружающей средой. При повышенной температуре (20-30°С) дви­жение воздуха способствует увеличению отдачи тепла организмом и улучшает его состояние, но оказывает неблагоприятное воздей­ствие при низкой температуре.

Пребывание человека в условиях высокой температуры и влажности ведет к нарушению теплового баланса (теплоотдача меньше теплообразования), накоплению в организме тепла - пере­греву.

Если теплоотдача больше, чем теплообразование, что осо­бенно характерно при действии низкой температуры, высокой влажности и наличии движения воздуха, то происходит переохлаж­дение организма.

Человеческий организм сохраняет жизнеспособность при тем­пературе от 25-27°C до 43°C.

В производственных помещениях необходимо создать и под­держивать метеорологические условия, которые устанавливая теп­ловой баланс человека и среды (соответствие тепловыделений ор­ганизма и охлаждающей способности среды), обеспечивали бы хо­рошее самочувствие работающих и оптимальные условия для высокой производительности труда. При этом прежде всего нужно учитывать степень тяжести работы, так как от этого зависит количество тепловыделений организма, а, следовательно, уро­вень теплового баланса.