Теплообмен между организмом и средой

Реферат

Характеристика микроклиматических условий в горячих цехах

. ГОРЯЧИЕ ЦЕХИ — производственные помещения, в которых микроклимат характеризуется значительным образованием и выделением тепла свыше 20 ккал/час на 1 м3 помещения. Например в черной металлургии в некоторых цехах удельное выделение тепла колеблется от 100 до 600 ккал/м3 -час и более. К горячим цехам относятся доменные, мартеновские, конверторные, электроплавильные, прокатные цехи в черной металлургии, литейные, кузнечно-прессовые, термические цехи на заводах машиностроения, цехи по выплавке и тепловой обработке цветных металлов, обжиговые цехи фарфоро-фаянсовых, керамических и кирпичных заводов, котельные отделения тепловых электростанций и др.

Тепло из различных источников поступает в цех большей частью в виде инфракрасногоизлучения, составляющего не менее 60% всего отдаваемого тепла. Поглощаясь ограждениями, оборудованием и нагревая их, оно становится причиной образования источников вторичного теплового излучения. Одновременно в результате конвекционных токов происходит и нагревание воздуха в цехе.

Микроклимат в горячем цеху характеризуется значительными перепадами отдельных компонентов, особенно температуры и скорости движения воздуха. Параметры – температура, скорость движения воздуха, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха – получили название параметров микроклимата.

Температура воздуха в названных цехах в зависимости от времени года, количества поступающего в помещения тепла и состояния санитарно-технических средств борьбы с излишним тепловыделением колеблется в широких пределах, достигая ле­том 30—40° С, а на отдельных рабочих местах (крановщики) и значительно больших величин.

В зависимости от характера тепловыделений производственный микроклимат горячего цеха условно разделяют на радиационный, конвекционный и смешанный (радиационно-конвекционный) .

Радиационный микроклимат — наиболее характерный для горячего цеха. При этом климате интенсивность облучения рабочих при выполнении некоторых кратковременных производственных операций достигает 10— 15 кал/см 2 -мин и более; характер воздействия лучистой энергии определяется интенсивностью и длительностью облучения, спектральным составом и площадью облучаемого участка тела. Так, напр., облучение до 1 кал/см2 -мин может переноситься неограниченное время, а в 1,5 кал/см2 -мин — в течение 3—5 мин. Дальнейшее повышение его интенсивности уменьшает время переносимости до нескольких десятков секунд, а затем и секунд.

23 стр., 11479 слов

Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений

... воздуха (м/с), тепловое (инфракрасное) излучение (Вт/м2), а также температура окружающих нагретых поверхностей (0С). Регламентируемые величины параметров производственного микроклимата установлены нормативным документом - Санитарными правилами и нормами 9-80-98 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений" ...

Конвекционный микроклимат цехов создается в результате нагрева воздуха от источников тепла, имеющих более высокую по сравнению с ним температуру.

Частой разновидностью производственного микроклимата является смешанный (радиационно-конвекционный) микроклимат, который характеризуется как инфракрасным излучением от первичных (печи, нагретый металл и др.) и вторичных источников излучения (строительные ограждения, оборудование), таки одновременно образующимися интенсивными конвекционными потоками воздуха, обусловливающими нагревание воздушной среды.

Теплообмен между организмом и средой

Тепловой обмен человеческого организма с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла в результате жизнедеятельности организма и отдачей или получением им тепла из внешней среды. Характер и интенсивность теплообмена между человеком и окружающей средой зависят от метеорологических условий среды, теплопродукции организма работающего, функционального состояния организма, передачи тепла от глубоколежащих тканей к коже. Отдача тепла организмом осуществляется путем конвекции, излучения и испарения.

Под конвекцией понимается непосредственная отдача тепла с поверхности человеческого тела менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи пропорциональна площади поверхности тела, разности температуры тела и окружающей среды и скорости движения воздуха.

По известному закону охлаждения Ньютона количество тепла, передаваемого посредством конвекции в единицу времени, определяется следующим уравнением:

Н = C·S (Т — Тв) больших калорий /м 2 / час. град, с,

где Н — теплоотдача в больших калориях в час; 5 — площадь поверхности в квадратных метрах; Т — температура тела; Тв — температура воздуха (в градусах Кельвина); С — коэффициент теплоотдачи (величина, не зависящая от этих температур, но зависящая от скорости движения воздуха).

По данным ряда авторов, теплоотдача конвекцией у людей в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях составляет 14,2— 33,1% общей теплоотдачи организма.

Отдача тепла излучением происходит в направлении поверхностей с более низкой температурой. Передача тепла ИК-излучением в производственных условиях является одним из наиболее мощных путей теплообмена человека с окружающей средой и составляет в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях 43,8—59,1% общей теплоотдачи.

Количество передаваемой этим путем тепловой энергии определяется законом Стефана — Больцмана. По этому закону удельная мощность излучения с повышением температуры излучающего тела увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры. Для характеристики теплообмена излучением между двумя излучающими поверхностями принято следующее уравнение:

E=C1C2·K·(Т14 — Т24),

где Е — теплоотдача в малых калориях; C1 и С2 — константы излучения поверхностей; К — константа = 1,38·10 -12 малых калорий в секунду; T1 и Т2 — температура поверхностей (в градусах Кельвина), между которыми происходит теплообмен излучением.

4 стр., 1698 слов

Теплообмен излучением. Теплоэнергетические установки

... отражения от внутренней поверхности оболочки излучение будет сохраняться в пределах зеркальной полости и частично поглощаться телом А. При таких условиях система полость Б – тело А не ... Цель работы - изучить особенности теплообмена излучением и теплоэнергетических установок. 1. Понятие теплового излучения Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии ...

Следовательно, чем выше температура источников тепловыделения, тем больше по сравнению с конвекцией удельное значение отдачи тепла излучением. Следует отметить, что в то время как интенсивность теплоотдачи конвекцией возрастает с повышением скорости движения воздуха, теплоотдача излучением не зависит от нее: воздух для инфракрасного излучения теплопрозрачен.

В ряде случаев в производственных условиях некоторое гигиеническое значение приобретает и передача тепла кондукцией, наблюдающаяся при соприкасании поверхности тела работающего с охлажденным или нагретым оборудованием,материалами.

Большое место в теплообмене между работающим и окружающей средой занимает отдача тепла испарением влаги с поверхности тела человека. При этом наиболее важное гигиеническое значение принадлежит так называемому физиологическому дефициту влажности, представляющему собой разность между максимальной влажностью при температуре кожи (не при температуре воздуха) и абсолютной влажностью воздуха. Эта величина характеризует возможность насыщения воздуха в данных условиях водяными парами при испарении влаги с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. Чем больше физиологический дефицит влажности!) тем больше испарение, тем выше теплоотдача этим путем. На испарение 1 г влаги требуется около 0,6 ккал. На долю испарения в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях приходится 21,7—29,1 всей теплоотдачи человека.

При высокой температуре воздуха и окружающих поверхностей теплоотдача испарением значительно возрастает, при низких температурах удельный вес ее ниже.

Наконец, на характер и величину теплообмена путем теплоотдачи с поверхности человеческого тела влияет также подвижность воздуха. Подвижный воздух благоприятствует отдаче тепла конвекцией вновь притекающим слоям воздуха более низкой температуры, ускоряется испарение влаги с поверхности тела.

Сложный процесс теплообмена в различной степени зависит от физических условий окружающей среды — от степени и сочетания нагретости, влажности и подвижности воздуха и нагретости окружающих поверхностей и, как будет показано в дальнейшем изложении, от состояния физиологических функций организма. В качестве примера анализа теплообмена при одном из таких сочетаний можно привести следующее. Допустим, что работа средней тяжести (потребление 0,5—1 л кислорода) производится в условиях высокой температуры воздуха (33—35°), инфракрасного излучения (1,5 кал|см 2 |мин), высокой относительной влажности (70%) и незначительной скорости движения воздуха (порядка 0,2—0,3 м/сек).

Невозможность отдать тепло излучением (температура производственного источника излучения значительно выше температуры поверхности тела человека), конвекцией и проведением (температура воздуха близка к температуре кожи и внутри организма) способствует накоплению тепла в организме. Незначительная часть тепла отдается лишь испарением пота с поверхности тела, поскольку содержание водяных паров в воздухе достигает всего 70% максимального. При 33—35° это 26,11 г/м 3 , максимальная же влажность при этой температуре 37,37 г/м3 . Следовательно, в воздух на рабочем месте может испариться всего 11,26 г/м3 и тем самым отнять 6,75 ккал. Подвижный воздух высокой температуры и небольшой скорости в приведенных условиях способствует лишь некоторому ускорению испарения пота.

4 стр., 1663 слов

Теплообмен человека с окружающей средой

... - 35 о С) окружающей среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей поверхности к человеку. Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении ...

Легче справился бы организм с тем же тепловым воздействием (нагретый воздух, нагретые окружающие поверхности) при меньшей влажности воздуха, хотя потоотделение связано со значительным напряжением ряда функций организма.

Наличие источников тепла и высокой влажности в окружающей среде при выполнении физически тяжелой работы даже при значительной подвижности воздуха затрудняет теплоотдачу организмом, предъявляет высокие требования к терморегуляции, а при нарушении ее приводит к возникновению патологических изменений в организме (см. ниже).

Такого же рода анализ позволит правильно оценить с гигиенической точки зрения и другие сочетания метеорологических условий, в частности, характеризующиеся в основном низкой температурой воздуха и окружающих поверхностей. Чрезмерно большая теплоотдача в этих условиях оказывается неблагоприятной для поддержания устойчивого теплового состояния организма и приводит в случае недостаточной терморегуляции к переохлаждению.

Таким образом, в производственных условиях, когда температура воздуха и окружающих поверхностей ниже температуры поверхности кожи, теплоотдача осуществляется преимущественно конвекцией и излучением. Если же температура воздуха и окружающих поверхностей такая же, как температура кожи, или выше ее, теплоотдача возможна лишь испарением влаги с поверхности тела и с верхних дыхательных путей, если воздух еще не насыщен водяными парами.

Гигиеническое значение отдельных видов отдачи (поглощения) тепла не исчерпывается количеством тепла, отдаваемого (воспринимаемого) организмом человека. Участие различных физиологических механизмов в процессе теплообмена приводит к тому, что при количественно одинаковой потере (или поступлении в организм) тепла, осуществляемой различными путями, реакции организма, лежащие в основе сложного координаторного процесса терморегуляции, различны и не всегда биологически равноценны для организма.

Таким образом :

— Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение человека полностью воспринимается окружающей средой. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. В противном случае – холодно.

— Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании.

  • Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.
  • Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.
  • Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей.
  • Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности работы, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.
  • Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха.

— Тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек-среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.

11 стр., 5362 слов

По физике «Влияние влажности воздуха и атмосферного давления ...

... человека и нарушает процесс теплообмена между человеческим организмом и окружающей средой. Большое значение имеет влажности воздуха, наряду с такими величинами, характеризующими состояние атмосферы, как давление, температура, ... воздуха, является гигрометр. В основе работы волосного гигрометра лежит свойство человеческого волоса изменять свою длину при влажности и укорачиваться при её уменьшении. На ...