人体与羊毛衫环境的热交换概述

           可以用热平衡方程式来描述人与羊毛衫环境的热交换，即M—W=C+R+Esk+Cres+S式中，M是人体通过新陈代谢作用将食物转化为能量的速率，简称新陈代谢率。人体摄取食物就是为了获得能量。食物本身也具有一定的温度，即食物本身携带着一定的热量，但是这部分热量是相当小的，因此在研究人体与羊毛衫环境的热交换中，不考虑这部分热量的进人。另外，也不考虑人体排泄物所带走的热量。这里主要是指食物通过氧化作用所能释放出的能量。因此，在热平衡方程式中，M始终是正值。w是人体所完成的机械功。人体对外界做机械功，例如，人走上楼梯，身体的势能增加了，这部分增加的势能是由新陈代谢所产生的能量转换而来的，因此w取正值，即从M中减去。反之，如果人体从外界获得机械功，例如，人走下楼梯，人体原先具有的一部分势能将通过复杂的生理过程转化为进人人体内的热量，此时，W要取负值。C是人体通过对流的形式与羊毛衫环境的热交换。当人体表面温度高于周围空气温度时，发生对流散热，C项为正值。反之，人体通过对流从周围空气获得热量，C项为负值。R是人体通过辐射的形式与羊毛衫环境的热交换。当人体表面温度高于羊毛衫环境壁面(如墙面、地面、天花板等)的温度时，热量会以辐射能的形式传给羊毛衫环境壁面，R为正值，是人体系统的热损失。反之，当羊毛衫环境壁面的温度高于人体表面温度时，热量由羊毛衫环境壁面辐射给人体，R为负值，成为人体系统的得热项。两者温度相等时，辐射仍在进行，但人体辐射失热与辐射得热相等，R为零。人从羊毛衫环境吸入空气，经过呼吸道到达肺泡，完成氧气与二氧化碳的交换后再呼出体外。在这一生理过程中发生了两种热交换过程：一种是由于吸人和呼出的空气温度发生的变化，例如，吸入18℃的空气，呼出36℃的空气，那就要从人体带走热量，这就是人体的呼吸对流热损失；另一种是由于吸人和呼出的空气湿度发生的变化，通常是呼出的空气中含有更多的水蒸气，这部分增加的水蒸气来自于人体，要带走相应的汽化潜热，这就是人体的呼吸蒸发热损失正麓。。另外，人体的皮肤表面不断地向周围空气蒸发水分，人体出汗时，汗液在人体皮肤表面蒸发，这两种情况都会从人体带走汽化潜热。热平衡方程式左侧的产热量(M—w)若大于右侧的失热量，导致人体内热量的积蓄，则等式右侧的S为正值，称为蓄热。反之，人体不断散失热量，S为负值，称为热债。如果人体的产热量等于失热量，则S为零，从动态平衡的角度看，人体正处于热平衡状态。如果人体处于热不平衡状态，例如，得热量大于散热量，多余的热量将在体内积蓄，导致体温上升。当然，只要蓄热率不是很大，经过一段较长的时间，由于人体自身的调节机能及体温上升造成C等的增加，可以使S重新变为零，即达到新的热平衡状态。在短时期内，由于人体本身具有较大的热容量，加上人体体温调节系统的调节功能(如控制血流量和出汗量等)，可以保证人体在热不平衡状态下只有很小的体温变化。人体与羊毛衫环境之间还存在着热传导。当人体通过周围空气由对流形式散热的同时，在紧贴人体皮肤或羊毛衫表面的地方发生的是热量通过空气层的传导，与人体表面接触的空气被加热并且由于密度变小而上升，形成自然对流。这一传导问题已综合到对流换热问题中去了。另外，当人体与固体壁面接触时，会产生传导换热。例如，站立着的人的脚底与地面接触，坐着的人的臀部与椅面接触，躺着的人的背部与床面接触等。在正常工作时，人总是站立或坐着的，这样人体与地板或椅面的接触面积很小。并且人一般都穿着鞋和羊毛衫，所接触的固体壁面通常又是木板或其他材料，所有这些材料一般都是导热性能很低的。由于这两个原因，所发生的导热交换量是很小的。因此，在研究人体与羊毛衫环境的热交换时通常都略去了热传导问题。在特殊情况下，例如，人体必须接触面积较大的冷、热表面，是空气的24倍，这时候传导散热是不能忽略的，可以单独计算这项热损失，然后再归入热平衡方程式中。