Теплообмен между человеком и окружающей средой

 

Содержание:

Введение

Раздел 1. Теплообмен между человеком и окружающей средой.

Вопрос 5: Теплопродукция человека. Основной обмен.

Раздел  2 . Показатели и критерии теплового состояния человека.

Вопрос 15: Потоотделение.

Раздел  3  . Оценка теплового состояния человека.

Вопрос 25: Измерение  температуры воздуха под одеждой.

Раздел  4 . Свойства текстильных материалов.

Вопрос 35: Теплозащитные  свойства.

Раздел  5. Система  «человек – одежда – производственная среда ».

Вопрос 45: Защитные свойства текстильных материалов и их маркировка.

Раздел  6. Требования к одежде различного назначения.

Вопрос 55: Требования к спортивной одежде

Раздел  7. Задачи.

Задача  № 1 Расчет теплопродукции человека

Задача  №2  Расчет теплопотерь человека

Задача  № 3. Рассчитать комфортный уровень теплоотдачи испарением

Заключение

Список литературы

Введение

Главная задача курса (Гигиена  одежды) – изучения основных гигиенически требований одежды на основе представлений  о физиологии теплообмена между  человеком и внешней средой, рассмотрение физиологических показателей, определяющих в соответствии гигиеническим требованиям, и основных гигиенических принципов проектирования одежды разного назначения, а так же современных методов физиолога – гигиенической оценки одежды. Создание одежды, удовлетворяющей гигиеническим требованиям, обеспечивающей тепловой баланс человека и защиту его от вредных производственных факторов, - сложная задача особенно применительно к нагревающей среде, когда единственной возможностью уменьшению термической нагрузки на организм является испарение потом, а загрязнение внешней среды требует использование материалов и конструкции, препятствующих этому процессу в целях предотвращения неблагоприятного эффекта свойства материалов, ухудшение влагообмена человека с окружающей средой, могу быть компенсированы, например, рациональной конструкцией одежды способствующей вентиляции под одежного пространства, а недостатки конструкции(с позиции поддержание температурного гомеостаза организма) – использование специальных систем (охлаждающих или обогревающих). Исходя из сказанного, отвечающей гигиеническим требованиям возможно лишь в результате использования достижений в различных областях науки и производства (медицине, химии, теплофизики, математическом моделирование, материаловедении, конструировании и технологии швейных изделий, механизации и автоматизации швейных предприятий и т. д).

Назначение одежды состоит  в том, чтобы предупредить неблагоприятное  воздействие на человека помимо метеорологических  и других факторов среды (химического, геологического, пылевого и т.д.) Для достижения защитного эффекта одежда должна изготовляться с учетом комплекса гигиенических требований, т.е. требований к материалам и конструкциями,  реализация которых необходима для создания работоспособности и здоровья человека.

В настоящее время  накоплен большой материал по гигиенической  оценки одежды: разработаны методы и критерии физиолога – гигиенической  оценки одежды; установлена  взаимосвязь  между некоторыми техническими параметрами  материала одежды и одежды в целом; исследовано влияние различной по материалам и конструкции одежды на организм человека; созданы математически модели теплообмена и терморегуляции человека. Эти данные являются основой для проектирования одежды разного назначения.

Раздел 1. Теплообмен между человеком и окружающей средой.

Вопрос 5: Теплопродукция человека. Основной обмен.

Тепловой  баланс достигается координацией процессов, направленных на выработку тепла  в организме (теплопродукции ) и его  выведение — теплоотдачу. Он осуществляется аппаратом химической и физической терморегуляции человека, а также путем приспособительных действий человека, направленных на создание оптимального микроклимата, и использования одежды («поведенческая» терморегуляция).

Тепловой  баланс в общем виде может быть описан уравнением:

  Q_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.

Где Q_т.п. - теплопродукция человека; Q_т.н. - внешняя тепловая нагрузка (например, вследствие солнечной радиации);  Q_{рад —} потери тепла радиацией; - потери тепла конвекцией; - потери тепла кондукцией; потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи;  - потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей; - потери тепла испарением выделяемого пота; - потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха;  - изменение теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме).

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

Теплообразование  в большей степени зависит  от физиологических реакций, теплоотдача — от физических факторов окружающей среды, одежды. Физиологические реакции регулируют передачу тепла от внутренних тканей тела человека  и поверхности кожи.

Теплообразование  в большей степени зависит  от физиологических реакций, теплоотдача  — от физических факторов окружающей среды, одежды. Физиологические реакции  регулируют передачу тепла от внутренних тканей тела человека и поверхность кожи.

Теплообразование ( те5плопродукция человека) — выработка  тепоты в организме в результате энергетических превращений в живых  клетках; она связана с непрерывно совершающимся биохимическим синтезом белков и других органических соединений, с осмотической работой (переносом ионов), с механической работой мышц ( сердечной мышщы, гладких мышщ различных органов, скелетной мускулатуры). В организме человека, находящегося в состоянии относительного физического покоя, 50% теплоты образуется в органах брюшной полости (главным образом в печени), 20% в скулетных мышщах и центральной нервной системе, 10% - при работе органов дыхания и кровообращения. При выполнении физической работы, а также при выраженном охлаждении человека в покое (дрожь) значительно  учеличивается доля образования теплоты в скелетных мышцах. Часть энергии, образующейся в организме при выполнении физической работы, расходуется на внешнюю работу. Оснавная же ее часть переходит в тепловую Q_т.п. (теплопродукцию).

Таким образом, энергия, выделяемая в организме в виде тепла (теплопродукция) и обеспечивающая поддержание постоянного уровня температуры тела, составляет при физической работе только часть энергозатрат Q_э.т.. В случае, когда вырабатываемая в организме человека энергия не расходуется на внешнюю механическую работу, она вся практически превращается в тепловую. Это наблюдается, например, у человека, находящегося в состоянии относительного физического покоя (лежа, сидя, стоя) и выполняющего  некоторые виды физической работы (такие, как ходьба по ровной местности ). Энергия, расходуемая на выполнение внешней работы N , может быть определена из уравнеия

N=η(Q_э.т.-Q_о),

где η — термический коэффициент полезного действия; - Q_о  величина основного обмена.

Расход энергии  в состоянии полного покоя  (при расслаблении мышщ, отсутствии внешних раздразжителей, натощак, в комфортных микроклиматических условиях), т.е. в условиях, обеспечивающих минимальную активность механизмов терморегуляции, принято называть основным обменом. Он характеризует то минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания основных жизненных процессов.

Основной  обмен у здорового человека колеблется в зависимости от возраста и пола.

Таким образом, для определения теплопродукции человека, выполняющего физическую работу, необходимо знать его общие энергозатраты Q_э.т. термический коэффициент полезного действия и основной обмен Q_о , т.е.

Q_т.п=Q_э.т.-η(Q_э.т.-Q_о).

Данные о  теплообразовании используются для  определения теплопотерь человека, величина которых является основной для расчета теплового сопротивления одежды, обеспечивающей сохранение теплового баланса организма в конкретных условиях ее эксплутации.

Раздел  2 . Показатели и критерии теплового состояния человека.

Вопрос 15: Потоотделение.

Потоотделение представляет собой один из наиболее мощных механизмов терморегуляции, играющих важную роль в условиях перегревания организма и при выполнении человеком физической работы.

Потоотдление  во многом определяется уровнем физической активности человека, метеорологическими условиями, термическим сопротивлением одежды. Максимально возможная величина теплопотерь при испарении пота Q_исп.п, Вт, может быть определена по уравнению:

Q_исп.п=10,2 (p_нас.к.-p_a)(0,5+v^½),

где p_нас.к — максимально возможное насыщение водяного пара при температуре кожи человека, мм.рт.ст. р_a — давление водяного пара в воздухе, мм.рт.ст. v  —  скорость движения ветра, м/с.

 

Разность  (p_нас.к.-p_a) называют физиологическим насыщением. Величина потоотделения при равных метеорологических параметрах и показателях физико-химических свойств одежды определяются величиной энерготрат.

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

Q_исп.п=0,36S (Q_т.п./S-58).

Общие теплопотери  испарением влаг (диффузионной и пота), Вт, могут буть определены также экспериментальным путём с использованием уравнения:

Q_исп.п=0,679 [(m-(m₁+∆m₀))/τ],

где m - первоначальная масса человека, кг; m₁ – масса человека по истечении опреденного времени, τ кг; ∆m₀ - изменение массы одежды, кг; - τ  - время, ч.

 

Раздел  3  . Оценка теплового состояния человека.

Вопрос 25: Измерение температуры воздуха  под одеждой.

Температуру воздуха под одеждой (между телом  и одеждой) и в ее слоях измеряют с помощью термопар и термометров сопротивления металических и полупроводниковых. Число и топографию точек измерения температуры воздуха под одеждой выбирают в зависимости от задач исследования. В условиях нагревающей срееды температуру воздуха под одеждой обычно измеряют в области спины и груди. В условиях охлаждения с целью определения теплозащитных функций различных предметов одежды целесообразно измерять температуру в области груди, спины, поясницы, плеча и бедра.

В условиях нагревающего микроклимота по температуре пододежного пространства можно судить о преимуществах и недостатках одежды той или иной конструкции, о правильности выбора материалов для ее изготовления. При сравнительном анализе температуры воздуха на различных участках под одеждой рабочих стекловаренной промышленности (при температуре воздуха в рабочей зоне 40 С, интенсивности лучистого тепла около 12,56 10⁴ Вт/м²) наблюдается снижение этого показателя при использовании костюмов с системой воздушного охлаждения по сравнению с показателем при использовании костюмов без нее. Это свидетельствует об уменьшении тепловой нагрузки на организм человека. Температура пододежного пространства является наглядным показателем при оценке эффективности применения конструктивных элементов, обеспечивающих вентиляцию этого пространства в одежде для защиты от пониженных температур. Например, наличие вентиляционных отверстий на боковвых участках куртки практически не отражается на средней температуре пододежного пространства в области туловища. Вентиляционные отверстия в нижней части куртки снижают температуру пододежного пространства на 4 С при скорости ветра 5 м/с.

 

Раздел  4 . Свойства текстильных материалов.

Вопрос 35: Теплозащитные свойства.

О теплозащитных  свойствах материалов судят по тепловому  сопротивлению R и коэффициенту теплопередачи К.

Коэффициент теплопередачи К определяет тепловой поток, проходящий через 1 м² полотна данной толщины, при разности температур на противоположных поверхностях полотна в 1°С,

 

где Q - мощность теплового  потока в ваттах, проходящего через  полотно;

F - площадь  полотна, м2;

t1 - t2 - разность  температур поверхностей полотна,  в⁰С. Тепловое сопротивление R - величина, обратная коэффициенту теплопередачи, R

где: в - толщина  текстильного изделия, м.

 

 

Коэффициент теплопередачи, а следовательно, й тепловое сопротивление  зависят от видов передачи тепла: теплопроводности самого вещества, теплопроводности воздуха в порах, конвенкций (перемещения) воздуха и теплоизлучения с поверхности  полотна.

Текстильные полотна  имеют пористую структуру, поэтому  их теплозащитные свойства в большой  степени зависят от их структуры (пористости), чем от теплопроводности самого волокна, из которого состоит  полотно. Теплопроводность спокойного воздуха меньше теплопроводности волокон, коэффициент теплопроводности, Вт/м град составляет: для воздуха - 0,02, шерсти 0,03, шелк 0,04, льна 0,04, хлопка 0,05, воды 0,6. Следовательно, теплоизоляционные свойства одежных материалов зависят от толщины слоя неподвижного воздуха, а следовательно, от наличия в них мелких пор. Сквозные поры не препятствуют перемещению воздуха и ухудшают теплоизолирующие свойства полотна.