Тема: Микроклимат помещений
Задание:
1. Изучить материал
2. Ответить на контрольные вопросы
Механизмы теплообмена между человеком и окружающей средой
Человек постоянно находится в состоянии обмена теплотой с окружающей средой. Наилучшее тепловое самочувствие человека будет тогда, когда тепловыделения организма человека полностью отдаются окружающей среде.
Превышение тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду приводит к нагреву организма и к повышению его температуры — человеку становится жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры — человеку становится холодно.
Средняя температура тела человека — 36,5°С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека.
Тепловыделения организма определяются прежде всего тяжестью и напряженностью выполняемой человеком работы, в основном величиной мышечной нагрузки.
Параметрами микроклимата, при которых выполняет работу человек и от которых зависит теплообмен между организмом человека и окружающей средой,
являются температура окружающей среды, скорость движения воздуха и влажность (относительная) воздуха. Чтобы понять, почему именно эти параметры определяют теплообмен человека с окружающей средой, рассмотрим механизмы, за счет которых теплота передается от одного предмета к другому (в частности, от человека к окружающей его среде и наоборот). Передача теплоты от человека к окружающей среде и наоборот осуществляется за счет теплопроводности, конвективного теплообмена, излучения, испарения и с выдыхаемым воздухом.
Передача теплоты осуществляется за счет теплопроводности (Qт). Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит от разности температур тел (в нашем случае — это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды.
Чтобы проиллюстрировать это, можно выполнить простейший экспе- римент.
Опустите в стакан с горячей водой термометр, а сам стакан поместите в емкость сначала с теплой, а затем с холодной водой. Наблюдайте за скоростью уменьшения показаний термометра в первом и во втором случае.
Понижение температуры в стакане при нахождении его в холодной воде будет происходить быстрее, чем интенсивность отдачи теплоты от горячей воды в стакане к теплой воде в емкости. Этот опыт иллюстрирует зависимость теплопередачи от разницы температур.
Т. к. температура тела человека относительно величины 36,5°С варьируется в небольшом диапазоне, то изменение отдачи теплоты от человека происходит в
основном за счет изменения температуры окружающей человека среды.
Если температура воздуха или окружающих человека предметов выше температуры 36,5°С. происходит не отдача теплоты от человека, а наоборот его нагрев. Поэтому при нахождении человека у нагревательных приборов или горячего производственного оборудования теплота от них передается человеку, и происходит нагрев тела.
Одежда человека обладает теплоизолирующими свойствами: чем более теплая одежда, тем меньше теплоты отдается от человека окружающей среде.
Таким образом, регулировать теплообмен человека с окружающей средой можно за счет температуры окружающей среды и выбора одежды с различными теплоизолирующими свойствами.
Передача теплоты осуществляется также за счет конвективного теплообмена (Qк). Что это такое? Воздух, находящийся вблизи теплого предмета, нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность и, как более легкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух окружающей среды.
Явление обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного воздуха называется естественной конвекцией.
Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более теплых слоев воздуха у предмета на более холодные ускоряется. В этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше, и, как мы уже выяснили раньше, интенсивность отдачи тепла от предмета окружающему воздуху возрастет. Это явление называется вынужденной конвекцией.
Чтобы проиллюстрировать это явление, можно предложить простейший эксперимент.
В стакан с горячей водой опустить термометр и наблюдать за его по- казаниями в двух случаях — при нахождении стакана в неподвижном воздухе и при его обдуве с помощью вентилятора.
Во втором случае показания термометра будут уменьшаться быстрее.
Это означает, что интенсивность отдачи теплоты при обдуве (вынужденной конвекции воздуха) выше. Другим примером, иллюстрирующим явление вынужденной конвекции, является то, что при одинаковой температуре воздуха в ветреную погоду человек воспринимает климатические условия как более холодные, т. к. отдача тепла от его организма более интенсивная.
Таким образом, регулировать теплообмен между человеком и окружающей средой можно изменением скорости движения воздуха.
Еще одним механизмом передачи теплоты от человека окружающей среде является испарение. Если человек потеет, на его коже появляются капельки воды, которые испаряются, и вода из жидкого состояния переходит в парообразное.
Этот процесс сопровождается затратами энергии (Qи
результате охлаждением организма.
) на испарение и в
От чего же зависит интенсивность испарения, а следовательно, и величина отдачи тепла от организма окружающей среде?
Во-первых, от температуры окружающей среды — чем выше температура, тем выше интенсивность испарения; во-вторых, от влажности воздуха — чем выше влажность, тем меньше интенсивность испарения. Для каждой температуры воздуха характерно максимальное количество воды, которое может находиться в единице объема воздуха в парообразном состоянии.
ГІроиллюстрировать это явление поможет простейший эксперимент. Налить в небольшую бутылку воды, опустить в нее термометр, обернуть бутылку мокрой тряпкой и поставить ее на солнце. Следить за показаниями термометра.
Температура воды в бутылке начнет понижаться.
Если бутылка не будет завернута в мокрую тряпку, температура будет повышаться. Это говорит о том, что тепловая энергия расходуется на испарение воды из тряпки.
Этим простейшим приемом можно пользоваться в том случае, если в жаркую погоду захочется попить охлажденной воды. Охлаждением за счет испарения объясняется также то, что в жаркую солнечную погоду не реко- мендуется поливать растения, особенно чувствительные к температуре.
За счет интенсивного испарения вегетативные части растений могут ох- ладиться до недопустимых температур.
Обычно влажность воздуха измеряют величиной относительной влажности, выраженной в процентах. Например, относительная влажность 70 % означает, что в воздухе воды в парообразном состоянии находится 70 % от максимально возможного количества. Относительная влажность 100 % означает, что воздух насыщен водяными парами и в такой среде испарение происходить не может.
Таким образом, относительная влажность — это отношение массы
водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, к массе водяного пара, содержащегося в насыщенном водяными парами воздухе (предельной массе водяного пара, которая может содержаться в воздухе при данной температуре).
Интенсивность испарения возрастает при увеличении скорости движения воздуха. Это объясняется теми же причинами, что и увеличение теплообмена при вынужденной конвекции. Слои воздуха, находящиеся вблизи тела человека и насыщенные водяными парами, за счет движения воздуха удаляются и заменяются более сухими порциями воздуха, при этом возрастает интенсивность испарения.
Следующим механизмом отдачи теплоты от человека окружающей среде является теплота выдыхаемого воздуха. В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легкие человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. Таким образом, теплота выводится из организма человека с выдыхаемым воздухом.
Другим механизмом теплообмена между человеком и окружающими
предметами является излучение. Тепловая энергия, превращаясь на
поверхности горячего тела в лучистую (электромагнитную волну) — инфракрасное излучение, передается на другую — холодную — поверхность, где вновь превращается в тепловую. Лучистый поток тем больше, чем больше раз- ница температур человека и окружающих предметов. Причем лучистый поток может исходить от человека, если температура окружающих предметов ниже температуры человека и наоборот, если окружающие предметы более нагреты.
Таким образом, теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется за счет теплопроводности, конвективного теплообмена, испарения, выдыхания теплого воздуха, излучения.
Рисунок 4.2 Схема направления тепловых потоков:
Qв — выдыхание теплового воздуха; Ои - испарение; Оиз –излучение;
 |
Ок - конвективный теплообмен; От - теплопроводность
Направление тепловых потоков может быть от человека к окружающим человека воздуху и предметам и наоборот, в зависимости от того, что выше температура тела или окружающего воздуха.
Тепловыделения организма человека определяются прежде всего величиной мышечной нагрузки при деятельности человека, а теплоотдача — температурой окружающего воздуха и предметов, скоростью движения и относительной влажностью воздуха.