人体与环境的热交换

M表示新陈代谢速率, I是太阳直射辐射,D是太阳散射辐射,尺是太阳反射辐A是大气长波辐 射,£是地面长波散射,Ekm是从人身体表面发射的长波辐射,Qh是显热湍 流通量,Qsw是由于出汗损失的潜热揣流通量,Qu是水汽扩散造成的潜热湍流 通量,Qrc是揣流呼吸热通量(显热的和潜热的)。\r 典型热平衡公式可以表示如下:S=M- (士MO 土尺士(:士匸阳士^:士Ercs (4.1)\r 其中S为体内蓄积热;M是代谢产热量;W是做功产热最;R是辐射热 交换量;C是对流热交换量;^是呼吸道对流热交换量;£:是皮肤蒸发热交 换量;£:?是呼吸道蒸发热交换量。“ ”号代表净获热量;“一”号代表净散 热量。\r 在一般状态下如静止状态,W、C^、很小,可忽略不计,或可从估 计或测定的M值中减去。因此可把上述公式简化为:\r S=M士尺士C士E (4* 2)。最终结果是,如果S>0,人体净获得热量,体温就会增加,就会感到暖 或热;若S<0,人体净失去热量,体温就会降低,就会感到凉或冷。\r 通过体热与环境热交换的简化公式表明,人体与周围环境的热交换过程 主要包括代谢产热、辐射热交换、对流热交换、皮肤蒸发热交换。其中,辐 射热交换、对流热交换、皮肤蒸发热交换与环境的气象条件关系较大,而代 I谢产热与环境的气象条件关系较弱,但仍有一定关系。下面分別给予介绍:\r (1)代谢产热,尽管该要素主要与人体活动和基础代谢有关,但当环境 的气象条件出现极端情况时候,人们会产生一系列生理反应,调整代谢产热 的多寡,如出现高温时,人们就会减少活动,从而降低产热a,如出现低温 时,人们就会身体打颤,从而增加产热量。\r (2)辐射热交换,当周围物体表面温度低于人体体表温度时,人体体表 就不断以辐射热的方式向周围物体表面散热,相反如果周围物体表而温度高\r i于人体体表温度时,人体体表就不断以辐射热的方式从周围物体表而吸热, 两者温差越大,人体体表面积越大,那么通过辐射作用散发(吸收)的热量 I就越多。\r (3)对流热交换,人体的皮肤如一个黏附空气层的实体,在空气静止时, 该空气层估计厚度约为4?8 mm,当风速为2 m\/s时,空气层厚度可缩小到 1mm。人体就是通过这个空气层实现传导和对流换热,其中对流换热的作用 远大于纯粹的传导换热。对人体而言,对流主要取决于人体表面温度、人体 形状、表面特征和大小、气温和吹向体表的空气速度。其中人体表面温度与 气温的温差决定了机体是否获热或吸热,而吹向体表的空气速度及温差的大 小对对流热交换起重要的作用。\r (4)皮肤蒸发热交换,蒸发散热指人体表面的水分由液态转化为气态, 人体表面的水蒸气由气态转为液体时候出现吸热,而实际中人体表面的水蒸\r -气由气态转为液体时候出现吸热非常少见,常见于髙温水蒸气烫伤事故,因 此日常中我们主要把皮肤蒸发热交换看做是皮肤蒸发散热。而皮肤蒸发散热 量主要取决于人体蒸发面积、蒸发水量、体表温度及该温度下饱和水蒸气分 压、空气中水蒸气分压和风速。人体蒸发散热有两种形式:即不感蒸发和发 汗,人体即使处于低温环境中,没有汗液分泌时,皮肤和呼吸道都不断有水分渗出而被蒸发掉,这种水分蒸发称为不感蒸发,其中皮肤的水分蒸发又称 为不显汗。发汗是指汗腺分泌汗液的活动,发汗是可以意识到的明显的汗液 分泌,因此,汗液的蒸发又称为可感蒸发。\r 人在高温环境下,体温是否能保持正常,取决于产热和散热过程的平衡。而这种平衡的是人体体温调节机构通过许多器官系统协同活动而实现的。体 温调节机构包括体温调节中枢、外周和中枢温度感受器。在外界环境气温发生变化时,如外界气温升高,将刺激人体的外周和中 枢温度感受器产生神经冲动,并将神经冲动沿神经系统传递到体温调节中枢, 体温调节中枢接到祌经冲动后,产热中枢受到抑制而散热中枢兴奋,而使产 热和散热达到动态平衡。如果环境温度高于皮肤平均温度,这个时候机体通过辐射、对流方式是 吸热效应,只能通过皮肤蒸发散热达到平衡,因此如果环境温度高于皮肤平 均温度(一般人安静时平均皮肤温度为33°C),人体非常容易出现热蓄积,从 而导致人休处于热应激状态。有研究报道,在不同的环境气温下,人在安静 和中等强度劳动时候,通过热辐射、对流交换的热量是不同的。\r

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