Показатели теплового состояния человека
Пододёжный микроклимат
Механизм терморегуляции человека имеет ограниченные возможности, и для снижения теплопотерь организма человеку нужна одежда.
Между поверхностью кожи и наружной поверхностью одежды находится значительный слой воздуха, представляющий собой своеобразную климатическую зону, которая по своим параметрам значительно отличается от климата внешней среды и характеризуется более постоянной и изменяемой в сравнительно небольших пределах температурой, малой относительной влажностью и слабым движением воздуха.
Под термином пододёжный микроклимат следует понимать метеорологические условия воздушной прослойки, прилегающей к поверхности кожи и непосредственно влияющей на физиологическое состояние и здоровье человека.
Основными показателями микроклимата являются температура, влажность, содержание углекислоты.
С теплофизической точки зрения, комфортные атмосферные условия (комфортный микроклимат) – это такие комбинации температуры, скорости движения воздуха и его влажности, при которых человек может осуществлять нормальный тепловой баланс при условии, если температура тела нормальна и человек не потеет.
Однако при разных условиях жизни и труда целесообразно стремиться, например, к какой-либо определённой и одинаковой температуре, так как разные состояния организма требуют неодинаковой температуры пододёжного воздуха. Зона комфорта резко перемещается в ту или иную сторону. Так, человек, находящийся в покое, чувствует себя наиболее комфортно при температуре пододёжного воздуха, равной 30÷32°С, тогда как при тяжёлой физической работе зона комфорта опускается до +15°С и ниже.
Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода испаряться не может, поэтому непроницаемая для воздуха одежда (резиновая и т. п.) препятствует испарению пота; слой воздуха между одеждой и телом быстро насыщается парами и дальнейшее испарение пота прекращается.
Комфортному состоянию человека в состоянии покоя и при выполнении физической работы соответствуют различные влагопотери. Ниже приведены влагопотери организма человека по данным Г. Х. Шахбазяна (табл. 1).
Таблица 1
Влагопотери человека в условиях комфорта при выполнении работы разной тяжести
| Физическая нагрузка | Энергозатраты, Вт | Потери массы, г/час |
| Незначительная | до 104 | 50÷70 |
| Легкая | до 208 | 90÷140 |
| Средняя | до 348 | 150÷190 |
| Тяжелая | до 487 | 210÷240 |
Влагопотери тесно коррелируются с теплоощущениями человека и, в зависимости от функциональных сдвигов в организме позволяют судить о степени напряжения механизмов терморегуляции. Ниже указаны влагопотери организма человека, г/час, во взаимосвязи с теплоощущениями при относительном покое по данным В. И. Кричагина (табл. 2).
Таблица 2
Влагопотери организма человека, г/час, во взаимосвязи
с теплоощущениями при относительном покое
| Очень жарко | Жарко | Тепло | Комфорт | Прохладно | Холодно | Очень холодно |
| 500÷2000 (значительная часть пота стекает) | 250÷500 (значительная часть пота стекает) | 60÷250 (пот не стекает) | 50÷10 (пот не выделяется) | 40 (пот не выделяется) | Влагопотери как показатель теплоощущений нехарактерны | Влагопотери как показатель теплоощущений нехарактерны |
Микроклимат под одеждой зависит не только от теплового состояния человека и метеорологических параметров внешней среды, но и от свойств одежды: её конструкции, физико-химических свойств применяемых материалов и пакета материалов.
Например, паро- и воздухопроницаемые материалы, препятствуя прохождению влаги с поверхности тела человека в окружающую среду, способствуют увеличению влажности воздуха под одеждой.
Показатели микроклимата под одеждой в большой степени могут быть получены для сравнительной оценки различных видов одежды.
Только изучение физиологии организма в конкретной среде является тем научным подходом, который позволит правильно подойти к конструированию рациональной одежды.
Температура пододёжного воздуха
Температура пододёжного воздуха имеет большое значение для физиологических функций человека, его самочувствия и работоспособности. Для одетого человека одним из показателей соответствия одежды условиям её эксплуатации служит температура воздуха между поверхностью тела и первым слоем одежды (бельём).
Обнажённому человеку при температуре наружного воздуха +17,8÷19,0°С уже прохладно, при +14,5°С – холодно, а при +13,5°С – очень холодно. Разница в 1÷2°С непосредственно у кожи человека имеет исключительно большое значение /23/.
В этих условиях особенно велика роль одежды. Хотя бельё является наиболее тонким и теплопроводным слоем, температура кожи человека, одетого только в бельё, выше, чем у раздетого человека. Эта разница особенно выявляется при более низких температурах. Показатели температуры кожи обнажённых частей тела у одетого в бельё человека: температура лба на 0,1÷0,4°С, а шеи – на 0,1÷0,6°С выше средней температуры кожи человека.
Для людей, одетых в соответствии с сезоном, интервал комфортных температур наружного воздуха находится в пределах от 18°С до 24°С – для холодного сезона и от 24°С до 28°С – для жаркого, а температура кожи и пододёжного воздуха – в пределах от 32°С до 34°С.
Влажность воздуха под одеждой
В понятие комфортных условий входит также влажность пододёжного воздуха, причём она приобретает решающее значение тогда, когда начинается усиленное потоотделение.
Влага непрерывно выделяется через кожу в виде водяных паров. Происходит так называемая перспирация. Таким путём выделяется от 600 до 1000 г. водяного пара в сутки. Капельно-жидкая влага выделяется потовыми железами. В условиях теплового комфорта относительная влажность воздуха под одеждой составляет 35÷60% между кожей и первым слоем одежды.
В последнее время установлена тесная зависимость между влажностью и температурой пододёжного микроклимата и внешних условий. Установлено, что самочувствие человека остаётся хорошим, если каждое повышение влажности на 10% сопровождается одновременным снижением температуры воздуха на 2°С.
При низких температурах воздуха и влажности 52÷57% влажность пододёжного воздуха остаётся постоянно низкой (14÷19%).
Исследования, проведенные АМН СССР, ЦНИИШП и другими институтами страны, выявили некоторые закономерности в распределении влажности в слоях одежды и её величинах. Было установлено, что процесс перемещения влаги внутри слоев одежды связан способностью материалов взаимодействовать с влагой, т. е. обусловлен гигроскопическими свойствами материалов. Воздушные прослойки в одежде препятствуют перемещению влаги, а наличие в пакете одежды малопроницаемых или непроницаемых слоев способствует накоплению влаги в прилегающих к этому материалу слоях пакета.
Перемещение влаги в пакете одежды происходит в направлении понижения влажности и зависимости от перепада температуры, связанного с различной степенью нагрева слоев пакета одежды. В общем случае влажность в пододёжном воздухе распределяется в отношении, обратном его температуре.
Наибольший интерес представляет динамика влажности воздуха под одеждой, по которой можно судить о способности одежды (за счёт материалов и конструкции) передавать влагу с поверхности тела в окружающую среду. Из двух видов одежды тот будет в большей степени соответствовать гигиеническим требованиям, в пододёжном пространстве которого скорость нарастания влажности воздуха будет меньшей.
Помимо поддержания температуры и влажности воздуха около тела на определённом уровне, одежда должна сохранять кожу сухой, так как комфорт, который создаёт одежда, будет тем полнее, чем лучше она способствует удалению эпидермического пота.
Если в условиях нагревающейся среды, когда единственным способом сохранения теплового баланса является теплоотдача испарением, наблюдается недостаточное отведение влаги, происходит перегревание организма, а скопление влаги на коже и в одежде человека (особенно при запылённости воздуха) приводит к механическому раздражению кожных покровов.
Связь ощущения комфорта с влажностью кожи объясняется, видно, тем, что влажность препятствует дыханию через кожу. В условиях высоких температур (38÷40°С) дыхание через кожу значительно возрастает, достигая в ряде случаев, особенно при выполнении тяжёлой физической работы, 10% лёгочного газообмена.
В условиях холода увеличение влажности воздуха под одеждой может свидетельствовать как о несоответствии теплозащитных свойств одежды условиям её эксплуатации, так и о недостаточной влагопроводности одежды. И в том, и в другом случае происходит увлажнение одежды и последующее снижение её теплозащитных функций.
Газообмен
В пододёжный воздух через кожу человека непрерывно поступают различные продукты его жизнедеятельности, одним из которых является углекислота, образующаяся в процессе кожного дыхания. Источником образования углекислоты является не только поверхность кожи человека, но иногда и сама одежда, преимущественно из синтетических материалов.
Вследствие вентиляции пододёжного пространства содержание углекислоты может быть лишь немногим выше содержания её в атмосферном воздухе.
При недостаточной вентиляции под одеждой увеличивается влажность воздуха и содержание углекислоты в ней. Таким образом, содержание углекислоты в пододёжном пространстве служит показателем степени его загрязнения продуктами кожного дыхания и вентиляции. Накопление углекислоты под одеждой впервые отметил ещё в 1875 году А. И. Якобий. В комнате, где содержание углекислоты в воздухе колебалось от 0,8% до 1% под пальто и жилетом оказалось от 1,5% до 2,3%.
Количество углекислоты, выделяющейся через кожу, колеблется в пределах от 2 г до 32 г в сутки. При повышении температуры воздуха от 20°С до 38,4°С количество кислоты увеличивается. У взрослого человека при температуре воздуха от 24°С до 25°С в покое выделяется 255 мг углекислоты в час. При работе количество выделяемой углекислоты возрастает до 365 мг в час. При повышении температуры воздуха до 40°С в покое содержание углекислоты составляет 625 мг в час, а при физической работе – до 945 мг в час.
Под многослойной одеждой, обладающей в целом меньшей воздухопроницаемостью, чем её отдельные слои, содержание углекислоты выше, чем под однослойной. Так, по данным Ю. В. Вадковской, содержание углекислоты под хлопчатобумажной сорочкой на 0,15% больше, чем в атмосферном воздухе; если поверх этой сорочки надеты пиджак и демисезонное пальто – на 0,23%; если же надето зимнее пальто – на 0,37% больше, чем в атмосферном воздухе.
По данным Ширбека, содержание СО2 под одеждой, превышающее 0,8%, вызывает плохое самочувствие человека.
Выделение углекислоты через кожу увеличивается при физической работе.
Применительно к этим случаям особенно важно, чтобы конструкция одежды и её материалы способствовали вентиляции пододёжного пространства.
Кроме указанных факторов, на пододёжный микроклимат определённое значение оказывает повышенная скорость движения воздуха. Этот фактор приобретает решающее значение при низкой температуре внешней среды. Так, при температуре наружного воздуха 10°С и скорости движения воздуха v = 6 м/с температура кожи понижается до таких же величин, как при температуре воздуха –25°С при скорости движения воздуха v = 1 м/с.