Метеорологические условия и теплообмен человека

Нормальная жизнедеятельность организма и высокая работоспособность возможны лишь в том случае, если без значительного напряжения терморегуляции в организме сохраняется тепловое равновесие, т. е. соответствие между продукцией тепла и его отдачей во внешнюю среду. Ухудшение условий отдачи тепла ведет к его накоплению в организме и к перегреву, а иногда и к тепловому удару. Избыточная потеря тепла вызывает охлаждение, простудные заболевания и отморожения. Человек приспосабливается к тепловым условиям внешней среды активно, используя одежду, жилище, отопление, и пассивно посредством процессов терморегуляции, приводящих в соответствие теплопродукцию и теплоотдачу организма.

Теплопродукция организма увеличивается с усилением мышечных движений. В состоянии покоя она равняется 210—300 кДж (50—70 ккал) в час, а при тяжелой физической работе достигает 1200—2000 кДж (300— 500 ккал) и более.

Отдача тепла организмом зависит от тепловых условий окружающей среды, которые определяются температурой, влажностью, скоростью движения воздуха и лучистой энергией. Все эти метеорологические факторы в своей совокупности влияют на теплообмен организма.

Обычно широко применяют термин микроклимат. Микроклимат обусловлен комплексом факторов, влияющих на теплообмен человека, т. е. температурой, влажностью, скоростью движения воздуха и температурой окружающих предметов (радиационная температура). Можно говорить о микроклимате города, какой-либо улицы, больничной палаты, операционной, цеха и т. п. Чтобы понять влияние того или иного микроклимата на теплообмен организма, рассмотрим, какими путями происходит отдача тепла.

В нормальных условиях (при комнатной температуре +18°С) человек теряет около 85% тепла через кожу и 15% тепла уходит на нагревание принимаемой пищи, питья, вдыхаемого воздуха и на испарение воды в легких. Из 85% тепла, отдаваемого через кожу, примерно 30% теряется проведением, 45% — излучением и 10% — за счет испарения влаги с поверхности кожи. Эти соотношения значительно меняются в зависимости от условий микроклимата.

Путем проведения тело теряет тепло на нагревание окружающего воздуха (конвекция). Потеря тепла конвекцией прямо пропорциональна разности между температурой кожи и температурой воздуха, чем больше разность, тем больше теплоотдача конвекцией. Если же температура воздуха возрастает, то потеря тепла конвекцией уменьшается, а при температуре +35—36°С совсем прекращается.

Рассмотрим, от чего зависит потеря тепла излучением. Как известно, каждое физическое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля (—273°С), испускает тепловые лучи. Количество излучаемого тепла возрастает с повышением температуры тела. В результате человек излучает больше лучистого тепла, чем получает от окружающих его стен, если их температура ниже +35°С, и в итоге теряет тепло. Таким образом, потеря тепла излучением повышается с увеличением разности между температурой тела человека и радиационной температурой. В условиях открытой атмосферы потеря тепла излучением зависит от интенсивности солнечной радиации, температуры почвы, стен зданий.

Потеря тепла испарением зависит от количества влаги (пота), испаряющейся с поверхности тела. При испарении 1 т пота организм теряет около 0,6 ккал тепла. При комнатной температуре с поверхности кожи человека испаряется около 0,5 л влаги в сутки, с которыми отдается примерно 1225 кДж (300 ккал) тепла. С повышением температуры воздуха и стен потеря тепла излучением и конвекцией уменьшается, человек потеет и резко увеличивается теплопотеря испарением. Если температура окружающей среды выше температуры тела, то единственно возможной является потеря тепла за счет испарения. В особо трудных условиях (при тяжелой работе и высокой температуре окружающей среды) количество выделяемого пота достигает 6—10 л в день, при испарении которого организм может потерять около 15000—25000 кДж (3600—6000 ккал) тепла.

Движение воздуха усиливает потерю тепла конвекцией и испарением и, следовательно, при высокой температуре внешней среды является благоприятным фактором. Вследствие этого в жаркую погоду обмахивание, обдувание вентилятором и т. п. улучшают самочувствие, а безветрие, ухудшая теплоотдачу, способствует перегреву. При низкой температуре окружающей среды движение воздуха, увеличивающее теплоотдачу конвекцией, следует рассматривать как неблагоприятный фактор. Оно усиливает опасность отморожения и простуды. Даже при высокой температуре среды, если одежда человека влажная или кожа его покрыта потом, сильное движение воздуха (сквозняк), резко увеличивая потерю тепла испарением, может привести к простудному заболеванию.

Температура и влажность воздуха. Атмосферный воздух лишь в малой степени нагревается при прохождении через него солнечных лучей. Воздух нагревается главным образом от почвы за счет поглощенного ею тепла. Вот почему минимальной температура воздуха бывает перед восходом солнца, а максимальной—между 13— 15 ч, когда поверхность почвы нагрета больше всего. Нагретые приземные слои воздуха поднимаются вверх, постепенно охлаждаясь. Вследствие этого с увеличением высоты над уровнем моря температура воздуха понижается в среднем на 0,6°С на каждые 100 м подъема.

Температура воздуха изменяется в значительных пределах в зависимости от широты местности, достигая максимума (+50—63°С) в экваториальной Африке и минимума (—94°С) в Антарктике. От экватора к полюсам дневные колебания температуры воздуха уменьшаются, а годовые увеличиваются. Близость к морям, аккумулирующим тепло, смягчает климат, делает его более теплым, уменьшает суточные и сезонные колебания температуры. На континентах по мере удаления от берегов морей и океанов сезонные и суточные колебания температуры воздуха возрастают.

С поверхности водоемов, почвы и растений постоянно испаряются водяные пары, обусловливающие влажность воздуха. Количество водяных паров (в г), содержащихся в 1 м³ воздуха, называют абсолютной влажностью воздуха. Максимальная влажность— это количество водяных паров (в г), необходимое для полного насыщения 1 м³ воздуха влагой при определенной температуре. С повышением температуры воздуха максимальная влажность увеличивается. Относительная влажность — отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах. Относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяными парами.

Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует. Направление и силу ветра учитывают при строительстве и планировке населенных мест. Поскольку направление ветра часто меняется, необходимо знать господствующие в данной местности ветры. Для этого учитывают все направления ветров в течение года и по этим данным строят график, получивший название розы ветров. Таким образом, роза ветров представляет собой графическое изображение повторяемости ветров. По рисунку розы ветров видно, что в данной местности господствующее направление ветра северо-западное, а наиболее редкие ветры — южные, восточные и юго-восточные. Следовательно, электростанцию или промышленный район наиболее целесообразно расположить на южной, восточной или юго-восточной окраине населенного пункта. Тогда большинство дней в году промышленные выбросы будут относиться в сторону от населенного пункта.

Роза ветров с северо-западным направлением господствующего ветра. Частота ветров: С—25, СВ—32, В—12, ЮВ—19, ЮЗ—19, 3—28, СЗ— 60.