Потоотделение

При повышенной температуре окружающего воздуха потоотделение является единственным регулятором теплоотдачи человеческого тела. Поскольку в составе пота соли (NaCl, KC1) составляют всего около 0,8% по весу, упругость паров пота почти равна упругости паров воды. Поэтому тепло, отводимое через потоотделение, можно определять из формулы:

Q<4=0,57qF(E-e), (55)

где 0,57 — количество тепла, поглощаемое при испарении 1 г воды, ккал; q — коэффициент парообразования, зависящий от скорости движения окружающего воздуха υ: q=18+15 υ г/час с каждого м2 поверхности испарения и на каждый мм разности насыщенной и действительной упругости паров окружающего воздуха; Е — давление насыщенных водяных паров при температуре человеческого тела, мм рт. ст.; е — давление паров воды в окружающем воздухе.

Упругость паров воды быстро растет с возрастанием температуры воздуха, что, при условии его сухости, создает благоприятные условия теплоотдачи при повышенной температуре. Так например, при температуре воздуха 34° (давление паров — 40 мм рт. ст.), его 50%-й влажности и скорости движения 2 м/сек испарение пота с поверхности тела в 1,5 м2 должно составить 1440 г, чего достаточно для отвода 820 ккал тепла. Человеческий организм способен выделить количества пота, приближающиеся к указанной величине, при условии восполнения потерь влаги. Наблюдения над подземными рабочими угольных шахт показали, что в условиях повышенной температуры (порядка 30°) они выделяют от 1 до 3 л пота в час и выпивают нa одну смену 4,5 л воды и больше.

Однако не весь выделившийся пот расходуется производительно: часть пота стекает или снимается (вытирается) человеком, не успев испариться, часть впитывается в одежду; при высокой влажности окружающего воздуха испарение пота вообще прекращается.

Необходимо, кроме того, учитывать, что при большом потоотделении, человек вместе с потом выделяет и соли, необходимые для нормальной работы организма. Недостаток солей в крови приводит к быстрому утомлению, сонливости, головокружениям и даже к судорогам. Для предупреждения этих явлений полезно прибавлять к питьевой воде поваренной соли по 2 г на литр воды и хлористого калия по 0,2 г/л.

При температуре рудничного воздуха и горных пород ниже температуры человеческого тела и влажности ниже насыщающей, общая теплоотдача представляет собой сумму теплопотерь при дыхании (Q₁), лучеиспускании (Q₂), проводимостью (Q₃) и при потоотделении (Q₄). У горноспасателя, работающего в изолирующем противогазе с регенерацией воздуха на базе химического поглотителя с гидратом окиси кальция [Ca(OH)₂], вдыхаемый воздух бывает нагрет до 38—40° при 100% влажности, даже при нормальной (20—25°) температуре окружающего воздуха.

При работе в пероксидном противогазе или в гопкалитовом фильтрующем противогазе вдыхаемый воздух хотя и бывает нагрет до более высокой температуры, но зато попадает в легкие почти сухим и поэтому принимает деятельное участие в охлаждении тела (за счет испарения воды в легких). В этом отношении применение поглотителей, работающих с большим выделением тепла, но связывающих влагу вдыхаемого воздуха, выгоднее, чем использование поглотителей, выделяющих меньше тепла, но не поглощающих или выделяющих воду.

Так, наиример, при температуре вдыхаемого воздуха в противогазе с известковым поглотителем 37° охлаждающий эффект вдыхаемого воздуха равен нулю. При температуре же вдыхаемого воздуха в пероксидном противогазе 45° и полной осушке вдыхаемого воздуха количество отданного тепла будет:

здесь V — вентиляция легких при работе средней напряженности, м3/час; m₁ — влагосодержание при температуре 37°, г\м3; С_р — теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ккал\м3·град; t₁ и t₂ — соответственно температура вдыхаемого воздуха и тела.

Приведенный расчет показывает, что с точки зрения условий работы горноспасателя внедрение изолирующих противогазов с химически связанным кислородом (на базе перекисей щелочных металлов) является фактором благоприятным.

С целью показать значение различных факторов теплообмена ниже приведен приблизительный расчет теплового баланса для горноспасателя, производящего работу средней напряженности (12 500 кгм/час) в изолирующем противогазе с ХПИ в качестве поглотителя углекислого газа и в легкой хлопчатобумажной спецодежде. Условия его работы принимаем такими:

температура окружающих пород —30°;
температура воздуха —27°;
температура поверхности тела горноспасателя — 36°;
температура подкостюмного пространства и верхней одежды — 29°;
скорость движения воздуха в подкестюмном пространстве — 1 м/сек;
влажность воздуха — 80%;
температура вдыхаемого воздуха (внутри противогаза) —35° при 100%-ой влажности:
коэффициент излучения пород (стенок) выработки —3;
коэффициент излучения хлопчатобумажной ткани — 3,58;
вентиляция легких — 1,8 м3/час (30 л/мин);
поверхности излучения, охлаждения и испарения — 1,5 м3.

Известно, что тепловой эквивалент работы равен 1/4274 ккал/кгм, коэффициент полезного действия человека, выполняющего работу, составляет в среднем около 0,175; следовательно, на каждый кгм произведенной работы должно выделяться 1/427:0,175 = 0,0134 ккал тепла; кроме того, основной обмен (т. е. поддержание одних только процессов жизнедеятельности) связан с выделением 70 ккал тепла в час. Таким образом, общее тепловыделение составит:

0,0134·12 500+70 = 237,5 ккал/час.

Поскольку, благодаря наличию ХПИ, вдыхаемый в противогазе воздух имеет стопроцентную влажность, теплоотдача при дыхании может происходить только за счет теплоемкости вдыхаемого воздуха (теплоемкостью водяного пара можно пренебречь)

Теплоотдача излучением будет:

Теплоотдача проводимостью:

Наличие спецодежды не только вызывает повышение температуры и уменьшение скорости движения воздуха в подкостюмном пространстве, но и затруднение испарения пота; если принять поверхность эффективного испарения равной 0,7 всей поверхности тела, то потеря тепла испарением составит:

Общее тепловыделение ккал/час.

Таким образом, в данном случае в общем тепловыделении доля теплоотдачи дыханием в изолирующем противогазе с ХПИ составляет всего 0,5%, теплоотдача излучением—2,3%, проводимостью—37,2% и потоотделением — 60%. Эта общая теплоотдача все же меньше той, которая необходима для выполнения работы 12,500 кгм.час:

Теплоемкость человеческого тела весом 70 кг в интервале температур 37—39° составляет около 100 ккал. Процесс повышения температуры тела с 37 до 39° можно допустить в экстренных случаях. Следовательно, при описанных выше условиях горноспасатель может производить работу без непосредственной опасности теплового удара в течение

100 /40=2,5 часов,

после чего ему немедленно следует прекращать работу.

Опыты по изучению самочувствия и состояния здоровья горноспасателей в тепловой камере филиала Центральной научно-исследовательской лаборатории ВГСЧ в Макеевке привели к подобным же выводам. Если обратиться к таблице допустимого времени работы горноспасателей при высоких температуре и влажности, рекомендованной Уставом ВГСЧ, то для температуры 30° и влажности 90% эта таблица дает нормально допустимое время работы 120 минут и максимально допустимое— 150 минут.