Logo CIOP CIOPMapa serwisu English version
CIOPWsteczPoziom wyżejCIOP
MIKROKLIMAT
.. | Wymiana ciepła między człowiekiem a jego otoczeniem | Komfort cieplny | Środowisko gorące | Środowisko zimne | Środowiska termiczne niejednorodne i o parametrach zmiennych w czasie | Oferta CIOP-PIB | Piśmiennictwo

Wymiana ciepła między człowiekiem a jego otoczeniem


Między człowiekiem a środowiskiem zachodzi nieustanna wymiana ciepła. Odbywa się ona czterema drogami: przez przewodzenie, konwekcję, promieniowanie oraz odparowywanie potu. Tego rodzaju przepływy ciepła zależą od charakterystyk fizycznych otoczenia takich, jak: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, ciśnienie pary wodnej i prędkość ruchu powietrza. Ze względu na to, że do prawidłowego działania wszystkich funkcji organizmu jest konieczne utrzymanie stałej ciepłoty ciała (homeotermia), organizm człowieka dysponuje mechanizmami, które pozwalają na wytworzenie niezbędnej ilość ciepła lub też odprowadzenie jego nadmiaru. Mechanizmy te nie zawsze mogą podołać obciążeniom termicznym, na jakie narażony jest organizm ze strony środowiska. Konsekwencją takiego stanu może być wzrost temperatury wewnętrznej ciała lub jej spadek w stosunku do wartości średniej, która w stanie równowagi cieplnej organizmu wynosi 37 ± 0,5 oC.

Pierwszą reakcją człowieka na stymulacje termiczne jest behawioralne unikanie nadmiernych strat lub gromadzenia się ciepła wewnątrz ciała człowieka. Reakcje te polegają na doborze odzieży i klimatyzowaniu pomieszczeń. Gdy te działania nie są wystarczające w sposób odruchowy uruchamiane są reakcje fizjologiczne. Kontrola fizjologicznych zmian jest inicjowana przez odśrodkowe kanały nerwowe, zarówno somatyczne, jak i autonomiczne.

Ciepło jest produkowane we wszystkich tkankach organizmu, ale jest tracone do otoczenia tylko z tkanek, które kontaktują się z otoczeniem - głównie ze skóry, a w mniejszym stopniu także z dróg oddechowych. Przenoszenie ciepła wewnątrz ciała zachodzi z miejsc produkcji ciepła do pozostałych części ciała oraz z wnętrza ciała do skóry. Wewnątrz ciała ciepło jest transportowane dwoma sposobami: przez przewodnictwo tkankowe i konwekcyjnie przez krew.

Utrata ciepła z organizmu następuje kilkoma drogami. Pierwsza to przewodnictwo oraz  parowanie potu z powierzchni skóry do otaczającego powietrza i konwekcja z dróg oddechowych wspomagana konwekcją przepływu powietrza w płucach. Drugim kanałem utraty ciepła jest promieniowanie z gołej skóry, a w pewnym zakresie zachodzące też między warstwami odzieży. Ciepło tracone jest również przez wydalanie moczu i defekację, chociaż procesy te nie powodują ochładzania ciała, tak, jak dzieje się to w wyniku parowania potu lub przez wilgotną odzież.

W celu utrzymania stałej temperatury wewnętrznej w organizmie powinna być zachowywana równowaga między produkcją a utratą ciepła do otoczenia. Jeżeli suma energii wyprodukowanej i energii uzyskanej ze środowiska nie równoważą utraty energii wówczas nadwyżkowe ciepło jest gromadzone w organizmie lub tracone do środowiska. Ogólnie wyraża to równanie bilansu cieplnego:

M = E + R + C + K + W + S

gdzie M oznacza tempo metabolicznej produkcji ciepła; E jest szybkością utraty ciepła przez parowanie; R i C są szybkościami utraty ciepła odpowiednio przez promieniowanie i konwekcję; K to szybkość utraty ciepła przez przewodnictwo; W jest szybkością utraty energii jako pracy mechanicznej; S to szybkość akumulacji lub utraty ciepła w organizmie, która objawia się zmianami temperatury tkanek.
M ma zawsze dodatnią wartość, natomiast wyrażenia z prawej strony równania reprezentują wymianę energii ze środowiskiem i jej magazynowanie, więc mogą przyjmować zarówno ujemne, jak i dodatnie wartości. E, R, C, K i W mają dodatnie wartości, jeśli reprezentują utratę energii z organizmu, z kolei są ujemne, gdy przedstawiają gromadzenie energii. Gdy S = 0, organizm jest w równowadze cieplnej i temperatura wewnętrzna ani nie zwiększa się, ani nie zmniejsza się. Gdy organizm nie jest w stanie równowagi cieplnej, średnia temperatura tkanek zwiększa się wówczas, gdy S ma dodatnią wartość lub zmniejsza się, gdy S jest ujemne.

Warunek zachowania homeotermii narzuca konieczność ograniczenia czasu przebywania człowieka w gorącym lub zimnym środowisku. Wzrost tętna, maksymalny poziom produkcji potu oraz wzrost temperatury wewnętrznej ciała są czułymi wskaźnikami obciążenia cieplnego organizmu i wyznaczają granice tolerancji niekorzystnego wpływu na organizm człowieka gorącego środowiska i pracy wykonywanej w takich warunkach. Z kolei w środowisku zimnym czynnikami ograniczającymi ekspozycję człowieka są straty ciepła z organizmu, czego wynikiem może być zmniejszenie się temperatury wewnętrznej i lokalnych temperatur skóry, szczególnie w okolicach kończyn.

W środowisku neutralnym ilość ciepła, która jest wytwarzana przez przemianę w spoczynku lub podczas wykonywania określonej czynności, zostaje rozproszona w taki sposób, że temperatura wewnętrznej ciała utrzymuje się na stałym poziomie bez udziału niezależnego mechanizmu termoregulacji.

W rozważaniach dotyczących stabilności termicznej człowieka nie sposób pominąć rolę stosowanej odzieży. Ubranie zawsze stanowi barierę pomiędzy powierzchnią skóry a otoczeniem, która oddziałuje zarówno na wymianę ciepła przez konwekcję i promieniowanie, jak i na wymianę ciepła przez odparowywanie wydzielonego potu. Wpływ zastosowanej odzieży może mieć decydujące znaczenie w środowisku zimnym w procesie zachowania ciepła organizmu, może też być czynnikiem utrudniającym pracę w środowisku gorącym pomimo jej ochronnego działania np. przed działaniem promieniowania podczerwonego, czy czynników chemicznych. Trzeba podkreślić, że wpływ ubrania na wymianę ciepła jest bardzo złożony. Należy wprowadzić wiele uproszczeń uśredniających oraz pewne przybliżenia.

Symbol nauki
Strona głównaIndeks słówStrona BIPCIOP


Interesujące artukuły
więcej


Oferta CIOP-PIB
więcej




Linia

Copyright © Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
Wszelkie prawa do udostępnianych materiałów informacyjnych są zastrzeżone.
Kopiowanie w celu rozpowszechniania fragmentów lub całości materiałów jest zabronione. Udostępnione materiały można kopiować zarówno we fragmentach,
jak i w całości wyłącznie na użytek własny.

ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa, tel. (+48 22) 623 36 98, fax (+48 22) 623 36 93

Zapraszamy