Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła
Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła
przewodzenie
- zachodzi przy bezpośrednim zetknięciu się ciał o ró\
nych temperaturach
Mikroklimat
Mikroklimat
- szybkość zale\
na od wielkości pola kontaktu oraz ró\
nicy temperatur
Komfort cieplny
Komfort cieplny
konwekcja (unoszenie)
- wymaga obecności ośrodka gazowego lub ciekłego oraz grawitacji
- szybkość zale\
na od kształtu i orientacji ciała w przestrzeni
promieniowanie
- nie wymaga pośrednictwa materii
- zale\
y od zdolności powierzchni do pochłaniania, rozpraszania i odbijania fal
elektromagnetycznych określonej długości
Marcin Kuliński
[e-mail]
http://ergonomia.ioz.pwr.wroc.pl
Transfer ciepła w organizmach \
ywych Przepływ ciepła między ciałem a otoczeniem
Transfer ciepła w organizmach \
ywych Przepływ ciepła między ciałem a otoczeniem
organizmy zmiennocieplne wnętrze ciała skóra otoczenie
- temperatura ciała zale\
y od tempa przepływu ciepła poprzez przewodzenie,
konwekcjÄ™ i promieniowanie oraz od poziomu metabolizmu
- brak mechanizmów termoregulacyjnych
organizmy stałocieplne
- otoczenie nie wywiera wpływu na temperaturę ciała homeotermia
- mechanizmy termoregulacyjne, pozwalające sterować ilościami ciepła
oddawanego do otoczenia oraz ciepła wytwarzanego przez organizm
(endogennego)
regulacja
Mechanizmy termoregulacyjne człowieka Klasyfikacja mechanizmów termoregulacyjnych
Mechanizmy termoregulacyjne człowieka Klasyfikacja mechanizmów termoregulacyjnych
mechanizmy
termoregulacyjne
ośrodek termoregulacji w podwzgórzu
układ krwionośny
regulacja chemiczna regulacja fizyczna
zmiana ilości ciepła zmiana ilości ciepła
gruczoły potowe
wytwarzanego w ustroju wymienianego
z otoczeniem
dr\
enie mięśniowe
brunatna tkanka tłuszczowa
regulacja czynna regulacja bierna
wydzielanie wewnętrzny transport
i odparowywanie potu ciepła,
stopień ukrwienia skóry
1
Wpływ otoczenia na sprawność człowieka Definicje mikroklimatu
Wpływ otoczenia na sprawność człowieka Definicje mikroklimatu
zbyt ciepło:
Całokształt zmian fizycznych czynników meteorologicznych w badanym,
uczucie wyczerpania i senności
ograniczonym miejscu.
znaczny spadek wydajności pracy
wydłu\
ony czas reakcji i zmniejszona spostrzegawczość Warunki klimatyczne panujące na stanowisku roboczym lub w pomieszczeniu
przemysłowym.
wzrost liczby popełnianych błędów oraz wypadkowości
Zespół elementów klimatologicznych charakterystyczny dla małej części
zbyt zimno: środowiska przyrodniczego (np. kępy traw, korony drzew), bardzo zmienny i
nietrwały.
uczucie niepokoju, zdenerwowania
spadek koncentracji
Klimat charakterystyczny dla małej części środowiska, której odrębność jest
spadek wydajności pracy fizycznej wynikiem specyfiki układu czynników ją tworzących.
gorsze wyniki pracy umysłowej
Główne parametry mikroklimatu Temperatura efektywna  Houghten i Yaglou, 1923 r.
Główne parametry mikroklimatu Temperatura efektywna  Houghten i Yaglou, 1923 r.
temperatura powietrza
temperatura promieniowania cieplnego otoczenia
wilgotność powietrza
prędkość ruchu powietrza
ciśnienie atmosferyczne
WBGT  Wet Bulb Globe Temperature WCI  Wind Chill Index
WBGT  Wet Bulb Globe Temperature WCI  Wind Chill Index
WCI = 13.12 + 0.6215 t  11.37 v0.16 + 0.3965 t × v0.16
Wnętrza: Tereny otwarte:
WBGT = 0.7 tw + 0.3 tg WBGT = 0.7 tw + 0.2 tg + 0.1 ta
gdzie:
t  temperatura powietrza [°C]
v  prędkość ruchu powietrza [km/h]
gdzie:
tw  temperatura wskazywana przez termometr wilgotny wentylowany naturalnie
tg  temperatura wskazywana przez termometr globusowy
ta  temperatura powietrza
2
Bilans cieplny organizmu Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu
Bilans cieplny organizmu Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu
poziom ciepło
"Q = M ą C ą R  E rodzaj aktywności metabolizmu wydzielane
[met] [kcal/h]
odpoczynek w pozycji le\
Ä…cej 0.8 70
gdzie:
odpoczynek w pozycji siedzÄ…cej 1.0 90
"Q  przyrost ilości ciepła w organizmie
relaks w pozycji stojącej lub aktywność w pozycji
1.2 110
siedzÄ…cej (np. praca biurowa)
M  ciepło wytworzone w przemianach metabolicznych
aktywność w pozycji stojącej (np. zakupy,
1.6 145
C  ciepło przyjęte lub oddane przez konwekcję i przewodzenie łącznie
przemysł lekki)
R  ciepło przyjęte lub oddane przez promieniowanie średnio intensywna aktywność (np. prace
2.0 180
domowe)
E  ciepło oddane przez odparowanie potu i wody
intensywna aktywność (np. przemysł metalowy) 3.0 270
bardzo intensywna aktywność (np. roboty
4.0  6.0 360  540
budowlane)
Wpływ bilansu cieplnego na funkcjonowanie Pojęcie komfortu cieplnego
Wpływ bilansu cieplnego na funkcjonowanie Pojęcie komfortu cieplnego
organizmu
organizmu
bilans dodatni:
 Komfort cieplny jest definiowany jako najkorzystniejsze warunki mikroklimatu
zwiększone obcią\
enie układu sercowo-naczyniowego
pomieszczenia, w których człowiek czuje się dobrze, a gospodarka cieplna jego
(częstość uderzeń serca, ciśnienie krwi)
organizmu przebiega najekonomiczniej.
( Bezpieczeństwo pracy i ergonomia , CIOP)
redukcja aktywności mięśniowej
 wyłączenie układu trawienia
 Komfort cieplny jest to taki stan umysłu, który wyra\
a zadowolenie z panujÄ…cych
odwodnienie
warunków termicznych.
(norma ISO 7730)
bilans ujemny:
zrównowa\
ony bilans cieplny
odczuwalne obni\
enie temperatury skóry
odpowiednia temperatura wnętrza ciała
zwiększenie tempa metabolizmu
odpowiednia temperatura skóry
utrata elastyczności i siły mięśni
brak aktywności gruczołów potowych
spowolnienie przewodzenia bodz
ców nerwowych
brak uczucia dyskomfortu
specyficzne zmiany behawioralne
Wskaz
niki PMV i PPD  norma ISO 7730 Odzie\
i jej izolacyjność termiczna
Wskaz
niki PMV i PPD  norma ISO 7730 Odzie\
i jej izolacyjność termiczna
konieczne wielkości:
izolacyjność
poziom metabolizmu rodzaj odzie\
y cieplna
[clo]
praca zewnętrzna
skąpy kostium kąpielowy dwuczęściowy 0.01
izolacyjność termiczna odzie\
y
szorty i koszulka sportowa 0.1
stosunek powierzchni ciała okrytej odzie\
Ä… do powierzchni nieokrytej
krótkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem, cienka
temperatura powietrza
0.2
bielizna
średnia temperatura promieniowania
długie cienkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem,
0.5
prędkość ruchu powietrza cienka bielizna
wilgotność względna powietrza kostium damski lub lekki garnitur męski 0.8
typowy garnitur męski 1.0
wartości optymalne: garnitur z kamizelką, ciepła bielizna z długimi rękawami
1.5
i nogawkami
PMV (Predicted Mean Vote)  od -0.5 do +0.5
ocieplany kombinezon roboczy do prac zimowych 2.2
PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied)  10% lub mniej
ubranie polarne 3-4
3