Категории:
ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника
Энергозатраты человека при различной физической деятельности
| Вид физической деятельности | Qэт/S, Вт/м2 | η | νв, м/с*1 |
| Покой: лежа полулежа сидя стоя | 41,0 47,0 58,0 70,0 | ||
| Ходьба по ровной местности | |||
| Скорость, км/ч 3,2 4,0 4,8 | 116,0 140,0 151,0 | 0,9 1,1 1,3 |
Окончание табл. 17.5
| 5,6 6,4 8,0 | 187,0 221,0 338,0 | 1,6 1,8 2,2 | ||
| Ходьба по наклонной местности | ||||
| Скорость, км/ч | 140,0 174,0 233,0 355,0 | 0,07 0,10 0,11 0,10 | 0,6 0,9 1,3 1,8 | |
 1,6
3,2 При α*2 = 5 град
4,8
6,4
| ||||
 1,6
3,2 При α = 15 град
4,8
| 169,0 268,0 407,0 | 0,15 0,19 0,19 | 0,4 0,9 1,3 | |
 1,6
3,2 При α = 25 град
| 210,0 390,0 | 0,20 0,21 | 0,4 0,9 | |
*1Подвижность воздуха, вызванная движениями человека.
*2Уклон местности.
Теплопродукция человека может быть определена экспериментально методом непрямой калориметрии по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, измеренного путем анализа выдыхаемого воздуха. В этом случае расчет теплопродукции человека включает:
1) определение дыхательного коэффициента в зависимости от еды окисляемой в организме пищи: дыхательный коэффициент при окислении углеводов равен 1, белков – 0,85, жиров – 0,7, смешанной пищи – 0,82.
2) расчет теплотворной способности окисляемой в организме пищи. Для этого определяют тепловой эквивалент литра поглощенного кислорода. Производят пересчет теплотворной способности пищи на объем кислорода, поглощенного органом за определенное время. Определяют образование теплоты за весь период работы.
Расчет теплопотерь человека
Теплопотери радиацией (излучением) зависят от температуры одежды и окружающих поверхностей, площади этих поверхностей и др.
По уравнению Стефана–Больцмана:
Qрад = αрад· Sрад(t1– t2), (17.2)
где αрад – коэффициент теплоотдачи радиацией, Вт/м2 °С); Sрад – площадь поверхности тела, участвующая в радиационном теплообмене, м2 ;t1,t2 –температуры поверхности соответственно тела (одежды) человека и окружающих предметов, °С (табл. 17.6)
Теплоотдача конвекцией определяется по уравнению Ньютона:
Qконв = αконв· Sрад(t1- tв), (17.3)
где Qконв – теплоотдача конвекцией, Вт; αконв–коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2·°С); S – площадь поверхности тела, м2; tв – температура воздуха, °С.
Значение Qконв зависит от формы тела и скорости движения воздуха. Для практических расчетов этой величины следует использовать табл. 17.7.
Таблица 17.6
Коэффициент излучения
| Ft1, 0С | αрад, кал/(см2 · мин · °С) при t2, °С | |||||||||||||
| –60 | –50 | –40 | –30 | –20 | –10 | |||||||||
| 4,0 | 4,2 | 4,4 | 4,6 | 5,0 | 5,2 | 5,8 | 6,4 | 6,8 | 7,2 | 7,6 | 7,9 | 8,3 | 8,8 | |
| 4,4 | 4,5 | 4,8 | 5,1 | 5,4 | 5,8 | 6,3 | 6,7 | 7,1 | 7,5 | 7,9 | 8,3 | 8,7 | 9,2 | |
| 4,7 | 4,9 | 5,2 | 5,5 | 5,8 | 6.2 | 6,7 | 7,1 | 7,4 | 7,8 | 8,3 | 8,7 | 9,1 | 9,6 | |
| 5,1 | 5,2 | 5,5 | 5,9 | 6,2 | 6,6 | 7,1 | 7,5 | 7,8 | 8,2 | 8,7 | 8,1 | 9,5 | 10,0 | |
| 5,4 | 5,6 | 5,9 | 6,2 | 6,6 | 7,0 | 7,5 | 7,9 | 8,3 | 8,6 | 9,1 | 9,6 | 10,1 | 10,6 |
Примечание. Температуры поверхности: t1 – тела (одежды); t2 – окружающих предметов.
Таблица 17.7
Скорость воздуха и коэффициент теплоотдачи конвекцией
| νв, м/с | αк | νв, м/с | αк | ||
| ккал/(град · м2) | Вт/м2 | ккал/(град · м2) | Вт/м2 | ||
| 0,0–0,5 | 9,6 | 7,0 | 9,9–12,4 | 42,5 | 49,4 |
| 0,6–1,7 | 9,0 | 10,5 | 12,5–15,2 | 50,0 | 58,1 |
| 1,8–3,3 | 14,3 | 16,6 | 15,3–18,2 | 59,0 | 68,6 |
| 3,4–5,2 | 20,8 | 24,2 | 18,3–21,5 | 67,8 | 76,8 1 |
| 5,3–7,4 | 27,8 | 32,3 | 21,6–25,1 | 78,0 | 90,7 |
| 7,5–9,8 | 34,9 | 40,6 | 25,2–29,0 | 90,0 | 104,7 |
3. Теплоотдача кондукцией (проведением) определяется по закону Фурье. Человек теряет теплоту кондукцией с поверхности подошв, площадь которых составляет 3 % всей поверхности тела. В обычных условиях эти потери теплоты невелики и ими можно пренебречь.
При проектировании специальной одежды для работы в положении сидя, лежа потери теплоты кондукцией могут быть значительными.
4. Потери теплоты за счет испарения имеют большое значение при перегревании организма и при выполнении человеком физической работы.
Потери теплоты за счет испарения пота можно определить по формуле Витте:
Qисп = 17,3(εф - е)(0,5– √νв), (17.4)
где εф – максимально возможное парциальное давление водяного пара при температуре кожи, мм рт. ст.; е – парциальное давление водяного пара в воздухе (абсолютная влажность), мм рт. ст.; νв – скорость движения воздуха, м/с; (εф – е)– физиологический дефицит насыщения.
Для определения потери теплоты испарением при определенных условиях окружающей среды пользуются табл. 17.8.
Таблица 17.8
Парциальное давление водяных паров в воздухе
| t,0C | Рв.п, мм рт. ст. при относительной влажности воздуха, % | |||||||||||
| 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,2 | 2,5 | 2,8 | 3,0 | 3,2 | 3,7 | 4,1 | 4,6 | |
| 2,0 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,2 | 3,5 | 3,9 | 4,2 | 4,6 | 5,2 | 5,9 | 6,5 | |
| 2,7 | 3,2 | 3,6 | 4,1 | 4,6 | 5,0 | 5,4 | 5,9 | 6,3 | 7,2 | 8,2 | 9,2 | |
| 3,1 | 3,6 | 4,2 | 4,7 | 5,2 | 5,7 | 6,2 | 6,8 | 7,3 | 8,3 | 9,4 | 10,4 | |
| 3,5 | 4,1 | 4,7 | 5,4 | 6,0 | 6,6 | 7,0 | 7,6 | 8,2 | 9,4 | 10,8 | 11,2 | |
| 4,0 | 4,7 | 6,4 | 6,5 | 6,7 | 7,4 | 8,1 | 8,8 | 9,4 | 10,8 | 12,9 | 13,5 | |
| 4,5 | 5,2 | 6,0 | 6,7 | 7,5 | 8,2 | 9,0 | 9,8 | 10,5 | 12,0 | 12,0 | 15,0 | |
| 5,0 | 6,0 | 6,7 | 7,9 | 8,3 | 9,3 | 10,2 | 11,0 | 11,9 | 13,6 | 14,6 | 17,0 | |
| 5,8 | 6,8 | 7,3 | 8,5 | 9,8 | 10,8 | 11,7 | 12,8 | 13,8 | 15,7 | 17,3 | 19,6 | |
| 6,7 | 7,8 | 8,8 | 9,9 | 11,1 | 12,2 | 13,4 | 14,6 | 15,6 | 17,8 | 20,0 | 22,2 | |
| 7,5 | 8,7 | 10,0 | 11,1 | 12,2 | 13,4 | 15,0 | 16,2 | 17,5 | 20,0 | 22,0 | 25,0 | |
| 8,4 | 9,8 | 11,0 | 12,5 | 14,0 | 15,4 | 16,8 | 18,2 | 19,6 | 22,4 | 25,2 | 28,1 | |
| 9,4 | 11,0 | 12,6 | 14,3 | 15,8 | 17,4 | 18,8 | 20,2 | 22,0 | 28,4 | 31,5 | ||
| 10,6 | 12,3 | 14,2 | 15,8 | 17,6 | 19,4 | 21,3 | 23,0 | 24,7 | 28,4 | 31,6 | 35,3 | |
| 12,3 | 13,8 | 15,8 | 17,8 | 19,6 | 21,8 | 24,6 | 26,4 | 28,6 | 31,6 | 35,6 | 39,5 | |
| 13,3 | 16,5 | 17,7 | 20,0 | 22,1 | 24,3 | 26,6 | 28,9 | 32,0 | 35,4 | 40,0 | 44,2 | |
| 14,8 | 17,2 | 19,7 | 22,1 | 24,6 | 27,1 | 29,6 | 32,1 | 34,4 | 39,4 | 44,2 | 49,3 | |
| 16,4 | 19,1 | 22,3 | 24,9 | 27,4 | 30,2 | 32,9 | 35,6 | 38,2 | 44,6 | 49,6 | 54,7 | |
| 18,2 | 21,2 | 24,3 | 27,4 | 30,4 | 33,4 | 36,4 | 39,4 | 42,4 | 48,6 | 54,8 | 60,7 | |
| 20,1 | 23,4 | 26,9 | 30,4 | 33,7 | 37,1 | 40,3 | 43,5 | 47,0 | 53,9 | 60,8 | 67,4 | |
| 22,4 | 26,1 | 29,9 | 33,6 | 37,2 | 41,3 | 44,8 | 48,8 | 52,2 | 59,8 | 62,7 | 74,4 | |
| 24,2 | 26,8 | 33,1 | 37,2 | 41,3 | 45,4 | 49,6 | 53,6 | 57,7 | 66,2 | 74,4 | 82,7 | |
| 27,8 | 32,2 | 37,0 | 41,6 | 46,2 | 50,8 | 55,5 | 60,2 | 64,5 | 74,0 | 83,2 | 92,5 |
Интенсивность испарения влаги Iисп можно установить по табл. 17.9.
Таблица 17.9
Определение возможной интенсивности испарения влаги Iисп с поверхности тела человека (1,85 м2) в зависимости от физиологического дефицита насыщения (εф– е) и скорости движения воздуха
| εф– е мл.рт.ст. | Iисп, г/мин, при νв м/с | |||||||||
| 0,05 | 0,10 | 0,20 | 0,50 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | ||
| 1,2 | 1,88 | 1,92 | 2,25 | 2,88 | 3,60 | 4,50 | 5,22 | 6,00 | 6,50 | |
| 1,32 | 1,85 | 2,11 | 2,47 | 3,17 | 3,96 | 4,95 | 5,74 | 6,60 | 7,35 | |
| 1,44 | 2,02 | 2,30 | 2,70 | 3,47 | 4,32 | 5,40 | 6,27 | 7,20 | 7,80 | |
| 1,56 | 2,10 | 2,50 | 2,92 | 3,75 | 4,68 | 5,85 | 6,79 | 7,80 | 8,45 | |
| 1,68 | 2,35 | 2,69 | 3,15 | 4,03 | 5,04 | 6,30 | 7,31 | 8,40 | 9,10 | |
| 1,80 | 2,52 | 2,88 | 3,37 | 4,32 | 5,40 | 6,75 | 7,83 | 9,00 | 9,75 |
Окончание табл. 17.9
| 1,90 | 2,69 | 3,08 | 3,59 | 4,62 | 5,76 | 7,30 | 8,35 | 9,60 | 10,40 | |
| 2,04 | 2,86 | 3,27 | 3,81 | 4,90 | 6,12 | 7,65 | 8,87 | 10,20 | 11,05 | |
| 2,16 | 3,02 | 3,45 | 4,04 | 5,20 | 6,50 | 8,10 | 9,39 | 10,80 | 11,70 | |
| 2,28 | 3,19 | 3,67 | 4,27 | 5,48 | 6,84 | 8,55 | 9,92 | 11,40 | 12,65 | |
| 2,40 | 3,36 | 3,84 | 4,50 | 5,76 | 7,20 | 9,00 | 10,44 | 12,00 | 13,00 | |
| 2,52 | 3,52 | .4,03 | 4,72 | 6,06 | 7,58 | 9,45 | 10,97 | 12,60 | 13,65 | |
| 2,64 | 3,96 | 4,22 | 4,95 | 6,35 | 7,82 | 9,90 | 11,50 | 13,20 | 14,30 | |
| 2,76 | 3,86 | 4,42 | 5,19 | 6,63 | 8,30 | 10,35 | 12,02 | 13,80 | 14,95 | |
| 2,88 | 4,03 | 4,61 | 5,30 | 6,83 | 8,76 | 10,80 | 12,54 | 14,40 | 15,60 | |
| 3,00 | 4,20 | 4,80 | 5,63 | 7,21 | 9,00 | 11,25 | 13,05 | 15,00 | 16,25 |
Примечание: Удельная теплота парообразования воды 2430 Дж/г (0,538 ккал/г) при 330С.
Расчет показателей теплового состояния человека. К показателям теплового состояния человека относятся температура тела, кожи, теплоощущение, тепловой поток, интенсивность потоотделения и др.
Температуру тела, °С, соответствующую комфортным теплоощущениям, при различных энергозатратах можно определить по формуле
tт = 36,61 ± 0,007 Qэт/S. (17.5)
Рассчитав температуру тела, необходимо оценить ее уровень (нормальный, повышенный, пониженный).
Температура кожи разных участков тела приведена в табл. 17.10: Средневзвешенная температура кожи
t = 0,988 tг(л) + 0,340 tтул + 0,134 tпл + 0,045 tк + 0,230 tбд + 0,125 tгол + 0,0644 tст (17.6)
дает представление о его тепловом состоянии.
Комфортное значение средневзвешенной температуры кожи можно определить по формуле
tкомф = 36,07 – 0,0354Qэт/S. (17.7)
Для определения по tc теплового состояния человека необходимо использовать табл. 17.11.
Тепловой поток позволяет оценить тепловое состояние. Он измеряется на тех же участках тела, что и температура кожи. Комфортный уровень теплового потока, соответствующий различной физической деятельности человека, определяют по формуле
q = 83,0 + 0,68(Qэт – 116),(17.8)
где q – энергозатраты, ккал.
Таблица 17.10
Температура, °С, кожи человека, оценивающего свои теплоощущения как комфортные
| Область тела –обозначение | Без одежды | В комнатной одежде* | В комбинезоне | В зимнем пальто |
| Голова (лоб) – г(л) | 34,9 | 33,8 | 34,5 | 34,8 |
| Туловище – т | 33,3 | 34,2 | 34,6 | 34,4 |
| Плечо – пл | 34,0 | 33,8 | 33,4 | 32,6 |
| Кисть (тыльная сторона) – к | 34,6 | 33,1 | 33,6 | 31,2 |
| Бедро – б | 32,0 | 33,0 | 33,4 | 31,4 |
| Голень – гол | 33,9 | 32,2 | 33,8 | 29,1 |
| Стопа (тыльная сторона) – ст | 33,3 | 31,0 | 31,6 | 27,5 |
*Включающие белье, сорочку, пиджак, брюки, носки и туфли.
Таблица 17.11
Средневзвешенная температура кожи, 0С, при теплоощущении человека в относительном покое
| Очень жарко | Жарко | Тепло | Комфортно | Прохладно | Холодно | Очень холодно |
| > 36 | 35,0±0,6 | 34,9 ±0,7 | 33,2 ±1,0 | 31,1 ±1,0 | 29,1 ± 1,0 | <28,1 |
| – | – | – | 34,3 ...32,1 | 32,3...29,5 | 29,4...26,4 | < 26,4 |
Для оценки теплоощущений человека необходимо использовать табл. 17.12.
Таблица 17.12
Последнее изменение этой страницы: 2017-09-13
lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...