ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
В теле человека происходит процесс горения, и высвобождающаяся в ходе него энергия отчасти выделяется в виде теплоты, другая же ее часть идет на выполнение полезной физической работы.
Физиологи определяют энергопродукцию тела человека расходом кислорода. Взрослый человек в состоянии покоя расходует при так называемых нормальных условиях обмена веществ кислород в количестве 0,42 10~5 м3/с. Если теплоту, высвобождающуюся при сгорании кислорода, принять равной 21-103 Дж/м3, то расход энергии будет составлять 88 Вт [1]. При выполнении мускульной работы потребление кислорода возрастает во много раз по сравнению с состоянием покоя. В среднем человек в течение короткого периода может расходовать в 12 раз больше кислорода, чем в состоянии покоя, т. е. 0,5-10*4 м3/с, что соответствует 1060 Вт.
В ходе обмена веществ коэффициент полезного действия так называемой полезной работы, согласно данным Лалинта [1], а также Уинслоу и Харрингтона [178], составляет 20%, значит, КПД организма человека больше КПД среднего паровоза, равного 14%. Обмен веществ происходит при постоянной температуре 37±0,5°С. В этом заключается основное различие между простым горением (температура которого непостоянна) и обменом веществ.
В отношении средней работоспособности имеются лишь приблизительные данные. Согласно последним, расход кислорода у среднего молодого человека при систематической работе равен 0,17 • 10~4 м3/с, что соответствует 350 Вт. Если вычесть отсюда значение, соответствующее основному обмену веществ, т. е. 88 Вт, то получится 262 Вт. Потребность в энергии для выполнения полезной работы на практике определяют по расходу кислорода, при этом из замеренного значения расхода вычитают расход кислорода в состоянии покоя (т. е. расход, приходящийся на основной обмен веществ). В специальной литературе можно найти таблицы этих величин.
В зависимости от интенсивности работу делят на три категории:
а) легкой называют такую работу, в ходе которой полный расход кислорода не превышает вдвое расхода, характерного для состояния покоя, т. е. меньше 0,85- 10~5 м3/с, или 175 Вт (например, сидячая работа);
б) при выполнении работы средней тяжести расход кислорода в 2—4 раза больше значения, соответствующего состоянию покоя, т. е. он составляет 0,85—1,7-Ю-5 м3/с (175—350 Вт), откуда потребность в энергии для выполнения мышечной работы равна 88—264 Вт (немеханизированная домашняя и ручная кустарная работа);
в) при выполнении тяжелой работы полный расход кислорода в 4—8 раз превышает расход в состоянии покоя, т. е. он составляет 1.7—3,4-10“5 м3/с. Если из полного расхода энергии 350—700 Вт вычесть значение, характерное для основного обмена веществ, получится 264—615 Вт. К этой категории можно отнести большинство видов работ, выполняемых в тяжелой промышленности и сельском хозяйстве.
Для четкого понимания способов тепловыделения и теплообмена тела человека необходимо знать некоторые основные понятия, которым ранее не уделяли достаточного внимания.
Метаболизм, или метаболическая теплота. Ее численное значение физиологи определяют расходом кислорода, однако на практике обычно пользуются таблицами тепловых эквивалентов, составленными на основе измерений этого расхода.
Поверхность Дюбуа. Это поверхность тела, учитываемая при определении тепловыделения или тепловосприятия человека и выражаемая зависимостью (3.90).
Часто бывает необходимо наряду с поверхностью Дюбуа знать площадь поверхности отдельных частей тела человека, в связи с чем мы приведем две группы показателей.
По данным Уинслоу и Харрингтона [178], поверхность тела человека распределяется следующим образом: голова 7%, верхние конечности 21%, туловище 31%, нижние конечности 41%. Фубини и Ронки дают точные данные относительно площади поверхности тела среднего человека (масса 70 кг, рост 170 см), м2:
Относительная скорость в неподвижном воздухе — средняя скорость человеческого тела при выполнении движения в воздухе, находящемся в состоянии покоя. Она играет роль прежде всего в конвективном тепловыделении.
Коэффициент полезного действия механической работы, выполняемой человеком. Энергия процесса окисления, происходящего в теле человека, согласно теории Фангера, расходуется на внешнюю механическую работу W и обеспечивает внутреннюю потребность в теплоте Н. Таким образом, метаболическая теплота также может быть разделена на две части:
В специальной литературе имеются таблицы, в которых приведены значения внутренней, или метаболической, теплоты, коэффициента полезного действия механической работы и относительной скорости в неподвижном воздухе, соответствующие различным видам деятельности человека. Полученные Фангером данные, применяемые в настоящее время во многих странах, приведены в табл. 12.1.
