Диаэкспертиза: Тепловой комфорт и здоровье

Роль такого комфорта обусловлена постоянным сопровождением непрерывно происходящих в организме биохимических процессов образования тепла. Даже в состоянии покоя возникает 3,35-6,25 кДж (0,8-1,5 ккал) на 1 кг массы тела за 1 час, что в сутки составляет от 7000 до 8000 кДж (1670-1915 ккал). В зависимости от характера и тяжести выполняемой работы, теплопродукция человека колеблется в широких пределах и при сильной физической нагрузке может достигать 2000 и более кДж за час. 

Однако если образующееся в организме тепло не будет отдаваться во внешнюю среду, то это приведёт к чрезмерному повышению температуры тела, которая вскоре может достичь критической величины (42-44 градусов Цельсия) и стать причиной денатурации белков, неизбежно приводящей к смерти. Поэтому не случайно одной из важнейших физиологических функций человека является поддержание изотермии — состояния, при котором количество тепла, образующегося в организме, должно быть примерно равно его теплоотдаче. 

Нормальная жизнедеятельность возможна лишь при поддержании стабильной температуры тела в очень небольшом интервале — от 35 до 37 градусов Цельсия. Как правило, большая или меньшая температура свидетельствует о наличии заболевания или другого неблагоприятного для здоровья отклонения. Но поддержание такого температурного интервала человеком, не имеющим теплозащитной одежды, возможно лишь в том случае, если окружающая температура будет находиться в пределах от + 15 до + 40 градусов. 

Особенности микроклимата 

Для поддержания необходимой комфортной температуры тела в процессе биологической эволюции сформировался эффективный механизм физиологической терморегуляции. В нём две основные составляющие — теплопродукция и теплоотдача. Возможность и полноценность теплоотдачи во многом зависит от таких гигиенических параметров внешней среды, как температура, влажность и скорость движения воздуха, а также температура поверхностей предметов в окружении человека. Совокупность этих показателей получила название «микроклимат». 

Большая часть теплоотдачи (более 90%) осуществляется с поверхности кожи человека, примерно 8-10% расходуется на нагревание выдыхаемого воздуха и процессы пищеварения. 

Главными путями теплоотдачи через кожу являются: тепловое (инфракрасное) излучение с поверхности кожи (40-50%), непосредственная контактная отдача тепла окружающему воздуху (конвекция) и предметам (кондукция) — 30-40%, испарение с кожи (10-20%). 

Все предметы, имеющие температуру выше абсолютного нуля, вследствие молекулярных процессов (вспомним известное из школьного курса физики «броуновское движение молекул»!) выделяют тепло путем инфракрасного излучения. Значительное количество тепла (до 50%) может выделять этим путём и человек. 

Но всё зависит от соотношения температур и кожи человека, и поверхностей предметов. Если температура последних ниже, чем температура тела, тогда человек способен терять часть тепла излучением, и чем ниже температура поверхностей предметов, тем больше теплоотдача излучением. И наоборот, если температура предметов выше температуры тела, отдача тепла излучением становится невозможной, способствуя перегреву тела. Многие ощущали неприятную забкость после выхода из тёплого душа в соседнее помещение, ощущение холода возникало из-за теплопотерь излучением на холодные кафельные стены. 

Теплоотдача конвекцией зависит от температуры воздуха в помещении. Подобно тому, как это происходит при потере тепла излучением, чем ниже температура воздуха, тем больше конвекционная отдача тепла с поверхности кожи. На эту теплопотерю влияет также скорость движения воздуха в помещении и его влажность. Вентиляторные устройства «подгоняют» к телу воздух, температура которого ниже температуры поверхности тела и убыстряют отдачу тепла с поверхности тела. Но если температура воздуха выше температуры поверхности тела, процесс этот малоэффективен, а то и вовсе прекращается. 

Несколько иной механизм потерь тепла путем испарения. Интенсивность испарения пота в основном зависит от относительной влажности и скорости движения воздуха. Если она будет равна 100%, то испарение пота станет невозможным. Эффективное испарение пота и хорошее тепловое самочувствие возможно лишь в случае, если образование пота не превышает 250 мл/час. 

В зависимости от особенностей микроклимата помещений и теплового самочувствия человека, различают микроклимат комфортный и дискомфортный (последний может быть перегревным или охлаждающим). 

В обычных условиях для здорового человека в повседневной одежде комфортными, обеспечивающими хорошее тепловое самочувствие показателями микроклимата считаются: 

температура воздуха: 17-25 градусов Цельсия; 

относительная влажность воздуха: 50-70%; 

скорость движения воздуха: 0,2-0,5 м/сек. 

При таком микроклимате большинство людей испытывают тепловой комфорт без выраженного напряжения физиологических механизмов приспособления. Однако даже относительно небольшое повышение температуры воздуха (до 26-29 градусов и более) некоторыми людьми, страдающими сердечно-сосудистыми, эндокринными заболеваниями, с явлениями кислородной недостаточности (гипоксии) может восприниматься как дискомфортное. 

Берегитесь крайностей! 

Внешняя температура также влияет на интенсивность обменных процессов в организме. При низких температурах они усиливаются, при высоких — первоначально снижаются (что само по себе плохо при различных обменных заболеваниях, например, сахарном диабете). По мере дальнейшего повышения температуры постепенно теряются компенсаторно-регуляторные возможности организма, нарушаются метаболические процессы, происходит распад белков. 

Температура воздуха оказывает влияние и на многие другие физиологические функции. В зависимости от особенностей микроклимата может увеличиваться (или уменьшаться) артериальное давление, частота сердечных сокращений, частота и глубина дыхания, скорость зрительно-моторных реакций, ухудшается различение цветовых оттенков, логическое мышление… 

При сильном перегреве могут возникнуть такие виды патологии: 

острый перегрев — температура тела повышается до 38 и более градусов Цельсия, потоотделение увеличивается до 200 и более мл/час, частота сердечных сокращений возрастает до 100 и более в минуту; отмечается сильное головокружение, нарушения зрительного восприятия, слабость, резкое снижение работоспособности; 

тепловой удар — возникает в условиях, когда резко снижена или вовсе невозможна отдача тепла испарением (при сочетании высокой влажности и высокой температуры воздуха); 

судорожная форма перегрева — появляется вследствие больших потерь минеральных солей при сильном испарении пота, что приводит к нарушению электролитного баланса и острой мышечной дистрофии; 

хронический перегрев — возникает из-за длительного пребывания (работы) в условиях сочетания температуры воздуха более 25-28 градусов, относительной влажности более 80% и низкой (менее 0,1-0,2 м/сек.) скорости движения воздуха; вызывает ухудшение течения сердечно-сосудистых, эндокринных, аллергических и многих других заболеваний, ослабляется природный иммунитет, снижается умственная и физическая работоспособность. 

Неблагоприятно влияет на здоровье и охлаждение. Оно может привести к острым простудно-воспалительным заболеваниям, ангине, невралгиям, мышечным болям, отиту, воспалению мочевого пузыря, заболеваниям почек, обострениям лёгочных и сосудистых заболеваний. 

Парадокс купания в море… 

Теплоотдача осуществляется несколькими путями, а интенсивность её зависит не только от температуры окружающего воздуха, а также и от других параметров микроклимата. Это позволяет, уменьшая или увеличивая тот или иной вид теплоотдачи, обеспечивать комфортное тепловое самочувствие человека даже тогда, когда один или два микроклиматических показателя выходят за пределы нормы. 

Например, если высокая температура воздуха затрудняет отдачу тепла конвекцией, то тепловой комфорт иногда удаётся обеспечить за счёт повышения скорости движения воздуха и снижения его влажности. 

С этой закономерностью связано понятие «эквивалентно-эффективная температура». Его суть в том, что одинаковое тепловое самочувствие может быть при различных сочетаниях показателей микроклимата. Допустим, мы хотим, чтобы самочувствие человека было таким, как при сочетании температуры воздуха 25,0 градуса, его относительной влажности 50% и скорости движения воздуха 0,5 м/сек. Оказывается, что примерно такое же самочувствие может быть и при температуре воздуха большей (31 градус) или меньшей (18,8 градуса). Для этого в первом случае надо увеличить теплоотдачу за счёт испарения, во втором — уменьшить её. 

Существуют справочные таблицы эквивалентно-эффективных температур, показывающие, при каких значениях температуры воздуха, его влажности и скорости движения могут быть обеспечены теплоощущения, соответствующие той или иной эквивалентной температуре. 

Влияние на теплоощущуния различных микроклиматических факторов иллюстрирует ниже и следующим примером. Многие знают, что, купаясь в море при температуре воды 23-25 градусов, человек не ощущает холода. Но такое ощущение нередко возникает при выходе из воды на пляж, где температура воздуха и песка может быть выше 30 градусов. Объясняется это парадоксальное, на первый взгляд, явление тем, что большое количество тепла теряется при высокой температуре сухого воздуха и ветре с влажной поверхности тела человека путем испарения. Зная это, человек, выходя на берег, может растереться сухим полотенцем. 

Чтобы оценить тепловое состояние человека, проще всего сравнить температуру поверхности кожи лба и кисти. В условиях теплового комфорта у здорового взрослого человека температура кожи лба составляет 32,5-33,5 градуса Цельсия, а кисти — 29-30 градусов. Поскольку поверхность руки охлаждается быстрее, чем кожи лба, при снижении внешней температуры воздуха рука охлаждается быстрее и разница температур возрастает. При повышении внешней температуры — уменьшается. 

О тепловом состоянии человека можно судить также по количеству влагопотерь с кожи. При тепловом комфорте оно находится в пределах 40-60 г/ч, при умеренном перегреве — 150-400 г/ч и очень сильном перегреве — 450 и более г/ч. 

Имеется зависимость между объективными показателями теплового состояния человека и его теплоощущениями.

Так, если последние оцениваются как «очень жарко», объективные показатели будут таковы: средневзвешенная температура тела более 36,6°, влагопотери — более 500 г/ч, кожа резко краснеет, происходит обильное потоотделение, резко снижается работоспособность. Если же теплоощущения оцениваются как «очень холодно», средневзвешенная температура кожи снижается до 28 градусов и менее, влагопотери испарением практически отсутствуют, кожа и слизистые оболочки приобретают синюшный оттенок, дрожание, озноб, затруднены производственные операции… 

Существует множество систем центрального и местного отопления, обеспечивающих кофортный микроклимат в холодные периоды года. Для отопления помещений различного назначения всё чаще применяются системы инфракрасного (лучистого, панельного) отопления. Суть их в том, что теплоноситель (трубы с горячей водой, электронагревательные устройства) монтируются внутри стен или полов, а воздух помещения нагревается инфракрасными лучами от нагретых поверхностей строительных конструкций. 

Летом, при пропускании через трубы холодной воды, такая система может быть использована для охлаждения воздуха в помещении. Сводятся к минимуму конвекционные токи нагретого воздуха, что уменьшает его пылевое и бактериальное загрязнение, облегчается уборка помещений. 

В последние годы для обогрева воздуха зимой и охлаждения его летом всё чаще применяются централизованные и локальные системы кондиционирования воздуха. Они позволяют обеспечивать комфортный микроклимат помещения вне зависимости от внешних температурных условий. 

Илья Никберг, член-корреспондент Российской академии естествознания 

Сидней (Австралия)

Оригинал статьи можно найти на Официальном сайте газеты ДиаНовости