Теплоотдача организмом человека. Организм человека, усваивая принятую пищу, превращает ее в органические вещества, идущие на поддержание жизнедеятельности. Окислительные процессы, непрерывно происходящие в клетках, тканях и органах человеческого тела, сопровождаются образованием тепла. Основная доля энергии, полученной от переработки пищи, тратится на механическую работу, связанную с образованием тепла, благодаря чему температура человеческого тела сохраняется на постоянном уровне (в среднем 36,5°). При температуре воздуха в помещении 15—20° человек в состоянии покоя или при выполнении легкой работы теряет в час около 80—100 ккал. Это тепло отдается конвекцией, излучением, испарением с поверхности кожи, а также через органы дыхания.
Высокая температура помещения (более 20°) отрицательно влияет на самочувствие человека, так как создает затруднения для отдачи тепла организмом, в связи с чем нарушается терморегуляция. Особенно отрицательно действует на самочувствие человека, занятого тяжелой физической работой, высокая температура в сочетании с излучением нагретых предметов. Длительное и интенсивное тепловое облучение человеческого организма нарушает его тепловой баланс и вредно действует на организм.
Иначе реагирует человек на понижение температуры окружающего воздуха: происходит усиление функций печени и активизация деятельности щитовидной железы, что способствует увеличению теплопродукции организма. Влажность воздуха также оказывает сильное влияние на терморегуляцию тела. Высокая относительная влажность неблагоприятно влияет на теплоотдачу человека при повышении температуры окружающего воздуха. Особенного .чувствительно, если относительная влажность воздуха превышает 75%, а температура равна или больше 30°. В этом случае теплоотдача человеческого тела происходит преимущественно за счет испарения.
Окружающая среда может обладать либо незначительным, либо слишком большим охлаждающим эффектом, а вследствие этого необходимое равновесие между теплообразованием и теплоотдачей может нарушиться. Если терморегуляционный аппарат окажется не в состоянии поддерживать температуру тела при этом постоянной, а она будет либо повышаться, либо понижаться, то это приведет к нарушению .нормальных функций. Способность организма к терморегуляции ограничена определенными пределами, ниже и выше которых она нарушается, и тело перестает сохранять постоянство температуры. Верхней границей теплорегуляции человека, находящегося в полном покое, по данным Маршака и Давыдова, является температура 30—31° при относительной влажности 85% или температура 40° при относительной влажности 30%. Эти границы резко снижаются при выполнении физической работы.
При высокой температуре помещения теплоотдача тела может быть повышена путем увеличения скорости движения окружающего воздуха (при этом возрастает теплоотдача конвекцией и испарением с поверхности кожных покровов) или уменьшения относительной влажности воздуха (до 30—50%).
Большое влияние оказывает на самочувствие человека температура внутренней поверхности наружных ограждений (рис.1). Так, например, при температуре внутренней поверхности стены 15° она поглощает от находящихся в комнате предметов (имеющих температуру 20°) 21 ккал/м2 час лучистой теплоты; от предметов с температурой 33° (кожа человека) — 81 ккал/м2 час и от поверхностей, нагретых до 60° (отопительных приборов), — 233 ккал/м2 час. При понижении температуры внутренней поверхности наружной стены до 10° теплоотдача излучением от вышеупомянутых тел на поверхность стены повысится и соответственно составит 38, 105 и 255 ккал/м2 час.
Комната, в которой температура внутренней поверхности наружных стен недостаточна, кажется холодной даже при нормальной температуре воздуха (18—20°). Наоборот, комната с температурой внутренней поверхности наружной стены порядка 14—15° будет казаться уютной и теплой при той же температуре внутреннего воздуха в помещении.
Изложенное выше наглядно показывает важность для самочувствия людей как параметров воздуха помещения, т. е. температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, так и температур внутренних поверхностей наружных ограждений. При определенных комбинациях температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха достигаются так называемые комфортные метеорологические условия.
Совместное действие систем отопления и вентиляции должно создавать соответствующие комбинации всех трех метеорологических факторов, при которых воздействие воздушной среды на организм отвечает наиболее благоприятным условиям его терморегуляции.
Эквивалентные и эффективно-эквивалентные температуры. На основании многочисленных физиологических наблюдений определены критерии, охватывающие совокупность воздействия многочисленных факторов на самочувствие людей. Эти критерии названы «эффективная» и «эквивалентно-эффективная» температуры.
Эффективная температура относится к практически неподвижному воздуху, а эквивалентно-эффективная — к воздуху, имеющему заметную скорость движения.
Эффективной температурой называется температура практически неподвижного воздуха, которая при 100% относительной его влажности создает ощущение человеком тепла и холода такое же, какое создает неподвижный воздух с другими значениями температуры и относительной влажности.
Эффективные температуры, обеспечивающие условия комфорта, т. е. наилучшего самочувствия организма, называются комфортными температурами.
Эквивалентно-эффективной температурой воздуха называется температура практически неподвижного воздуха при 100% его влажности, которая создает такое же ощущение человеком тепла и холода, какое создает воздух при других параметрах влажности, температуры и скорости его движения.
Системы отопления жилых и общественных зданий должны удовлетворять следующим гигиеническим требованиям:
а) в целях предупреждения пригорания органической пыли на поверхностях нагревательных приборов температура на них не должна превышать 70° (превышение указанной величины до 95° может быть допущено в течение незначительного числа дней в году);
б) необходимо наличие регулировки теплоотдачи нагревательных приборов, установленных в каждом помещении.
Для производственных помещений гигиенические требования несколько снижены (в них допускается некоторое превышение температуры на поверхностях нагревательных приборов).
Химический состав воздуха. В окружающей нас внешней среде воздух является основным фактором, необходимым для жизни и здоровья. Отсюда приобретает важность изучение физико-химического состава воздушной среды жилых и рабочих помещений как в гигиеническом, так и в санитарно-техническом отношениях.
Воздух представляет собой смесь различных газообразных веществ, среди которых в качестве постоянных составных частей находятся: кислород, азот, аргон, углекислота, пары воды, незначительные количества гелия и других газов.
Содержание углекислоты в атмосферном воздухе отличается постоянством и практически принимается при вентиляционных расчетах равным 0,04%.
Содержание водяных паров в воздухе находится в зависимости от температуры воздуха.
В составе наружного воздуха могут быть примеси пыли, главным образом неорганического происхождения.
Источники загрязнения воздуха. Основной вредностью воздуха жилых помещений является углекислота, выделяемая людьми в процессе дыхания. В меньшей степени источником загрязнения является пыль.
В состоянии покоя человек ежечасно вдыхает и выдыхает около 500 л воздуха, что составляет около 15 кг в сутки. Твердой и жидкой пищи человек потребляет всего около 3 кг в сутки. Отсюда становится очевидным, что воздух, потребляемый в столь значительном количестве организмом, должен быть, не менее доброкачественным, чем пища.
Выдыхаемый людьми воздух содержит в процентах по объему: кислорода— 15,4; азота — 79,2; аргона — 0,94; углекислоты — 4,46. Воздух помещения, в котором пребывают люди, загрязняется углекислотой, которого в выдыхаемом воздухе в 145 раз больше, чем в чистом. Одновременно в воздухе помещения уменьшается процентное содержание кислорода. В среднем человек выдыхает около 20 л углекислого газа в 1 час. Кроме того, процесс дыхания связан с выделением значительного количества водяных паров.
Таким образом в помещении происходит накопление продуктов дыхания людей, в основном углекислоты. Максимальные концентрации углекислоты в воздухе помещения (до 1%) не вызывают сами по себе отравлений. Наблюдения в каменноугольных копях при 4%-ном содержании С02, показали, что такое содержание углекислоты не вызывало особого вреда для здоровья. Проф. Хлопин указывает, что острое отравление наблюдается лишь при 15—20%-ном содержании углекислоты в воздухе.
Человеческий организм может приспособляться к пониженному содержанию кислорода в воздухе помещения. Учащенным дыханием, более глубокими вздохами, усиленной работой сердца человек может получить достаточное количество кислорода. Только понижение объемного содержания кислорода в воздухе с 21 до 12% становится опасным для организма. Резкое ухудшение самочувствия человека в помещении не может быть объяснено только увеличением содержания в воздухе углекислоты. Последняя является лишь мерилом пригодности воздуха как вдыхаемой среды. Углекислота даже при небольшом проценте содержания ее в воздухе сигнализирует о наличии других, всегда ей сопутствующих вредных примесей, как-то: аммиака, сероводорода и различных кислот, вследствие чего воздух становится непригодным для дыхания. Кроме того, определение процентного содержания углекислоты в воздухе помещения гораздо проще, чем других вредных примесей.
Гигиеническая норма содержания углекислоты в воздухе закрытых помещений составляет от 0,8 до 2 л на 1 м3 воздуха в зависимости от назначения помещения. . Гораздо большее значение имеет загрязнение воздуха выделяемыми в процессе производства газами, которые даже в небольших количествах делают воздух вредным для здоровья. В промышленных предприятиях технологические процессы сопровождаются выделением разнообразных ядовитых газов и паров, как-то: окиси углерода, сероводорода, аммиака, азотной кислоты и многих других.
Ряд производственных процессов сопровождается, выделением различной пыли, загрязняющей воздух рабочих помещений. Как органическая, так и неорганическая пыль вместе с воздухом проникает в дыхательные органы человека. При оценке влияния на верхние дыхательные пути человека действия пыли необходимо учитывать ее форму и концентрацию в воздухе.
Более крупные твердые частицы с острыми, режущими, зазубренными краями легче проникают в слизистую оболочку верхних дыхательных путей и сильнее травмируют ее, чем мягкие, круглые аморфные пылинки.
Основной задачей вентиляционной установки является удаление выделяющихся вредностей (ядовитых газов, паров и пыли) непосредственно от мест их выделения. Менее эффективным средством являются удаление загрязняемого воздуха при помощи общей вентиляции и подача чистого воздуха для разбавления выделяющихся вредностей.
В отдельных случаях при помощи определенных вентиляционных установок в помещениях поддерживается постоянство температуры, влажности и скорости воздуха вне зависимости от температуры наружного воздуха. Такая обработка воздуха носит название «кондиционирование воздуха». Вентиляция с кондиционированием воздуха имеет широкое распространение.
В настоящее время наша промышленность выпускает измерительную и регулирующую аппаратуру, которая дает возможность автоматически поддерживать в системах с кондиционированием воздуха необходимые параметры.
Психрометры. Для измерения относительной влажности воздуха применяются различные тины психрометров, которые бывают с вентилятором и без него. Психрометр без вентилятора состоит из двух одинаковых термометров, отличающихся тем, что шарик одного из них обернут тонкой материей (батистом и т. п.), конец которой опущен в сосуд с водой. Этот термометр поэтому получил название влажного или мокрого термометра в отличие от второго - сухого термометра.
Вследствие постоянного испарения воды с конца шарика влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем суше воздух, тем сильнее испаряется влага и тем, следовательно, больше будет разность между показаниями сухого и влажного термометров. .
При замерах следует психрометры защищать от тепловой радиации, исходящей от окружающих предметов или солнца.
Психрометр с вентилятором применяется в тех случаях, когда требуются более точные замеры с устранением влияния движения воздуха в помещении. В этом психрометре баллончики обоих термометров помещаются в цилиндры, через которые при помощи маленького вентилятора просачивается воздух со скоростью около 2,5 м/сек.
Кататермометры. Прибор, дающий возможность определить комплексное действие температуры, влажности и движения воздуха на человеческий организм, называется кататермометром. Этот прибор представляет собой спиртовой термометр с резервуаром цилиндрической формы имеющим полушаровое дно; длина резервуара 4 см, диаметр его 1,4 см и поверхность 20,5 см2. Капиллярная трубка длиной 20 см отградуирована через каждые 0,1° в пределах от 35 до 38°. Верхний конец капиллярной трубки имеет овальное расширение.
Кататермометр применяется в сухом и влажном виде. В последнем случае на его резервуар плотно надевается смоченный мешочек из хлопчатобумажной ткани. Сухой кататермометр определяет потерю тепла человеческим теплом путем конвекции и излучения, а влажный кататермометр — потерю тепла телом путем конвекции, излучения и испарения с поверхности. Разность показаний сухого и влажного кататермометров дает величину потерь тепла испарением с поверхности.
Если оба кататермометра нагреть до 38°, то при охлаждении они потеряют некоторое количество тепла. Это количество определяется при градуировке кататермометров. На каждом экземпляре обозначен его фактор F, т. е. число милликалорий, теряемых прибором при охлаждении его с 38 до 35° на 1 см2 поверхности.