Скорость потери тепла кондукцией. Рассчет кондукционных тепловых потерь
Воздействие воды нейтральной температуры вызывает потерю тепла, но не превышает теплопродукции. Следовательно, в этом случае будет иметь место небольшое изменение в накоплении тепла в организме. При воздействии воды, температура которой ниже нейтральной, возникает дефицит тепла. Приемлемым способом определения величины дефицита тепла является прямая калориметрия.
Вместе с тем можно попытаться определить дефицит тепла по изменению температуры в различных частях тела с последующим умножением на массу соответствующего участка и удельную теплоемкость тела. Этот метод содержит ряд допущений и тем самым является в некоторой степени сомнительным.
Истинное изменение скорости теплопотери во времени не линейно, а скорее всего носит экспоненциальный характер. Как снижение температуры кожи при воздействии холодной воды, которое по существу является экспоненциальным (снижение температуры в основном в первые несколько минут), так и скорость теплопотерь, определенная в водяном калориметре, имеют наибольшее значение в начале экспозиции, а затем со временем замедляются.
В 1975 г. Craig, Dvorak обнаружили, что когда испытуемые находились в воде при 24 °С, то они теряли в среднем около 180 ккал за 1 ч экспозиции, причем 40% от этой величины — в первые 10 мин, а 60% —в течение первых 20 мин. Высокая начальная скорость охлаждения отражает потери тепла поверхностными тканями тела. Так как их температура приближается к температуре воды, то скорость теплопотерь снижается, потому что температурная разница между кожей и окружающей ее водой достигает небольших значений.
Многими исследователями было показано, что при температуре воды 24—34 °С после начального периода охлаждения наступает псевдоустойчивое состояние, при котором величины вазоконстрикции, температуры кожи и ректальной температуры почти постоянны, и между продукцией и потерей тепла существует кажущееся равновесие (баланс). Именно в условиях этого псевдоустойчивого состояния были измерены величины общей теплопроводности тела.
Формула для расчета общей теплопроводности тела во время охлаждения в воде имеет следующий вид:
k= M-Hres + S/(Тс — TSk) Ab, где к — теплопроводность ткани, ккал/(м2*ч*°С); М — метаболическая теплопродукция, ккал/ч; Hres — респираторные теплопотери, ккал/ч; S — накопление тепла в теле, ккал; Тс — температура ядра; Аь — площадь поверхности тела, м2. Диапазон найденных величин показан на рис. 78. Обратите внимание, что температура воды в ванне при обследовании мужчин без признаков ожирения была равна 26—36 °С, за исключением одного случая, когда она составила 18 °С.
Величины к для мужчин, страдающих ожирением, были определены при температуре воды в ванне 10—20 °С.
Значения общей теплопроводности тела в нейтральной или теплой воде составляют 15—35 ккал/(м2*ч*°С), в более прохладной воде, -вызывающей вазоконстрикцию, находятся в интервале 5—15 ккал/(м2*ч*°С). Взяв типичное значение к при температуре воды 30 °С, равное 7,5 ккал/(м2*ч*°С), можно следующим образом рассчитать теплопотери: если температура кожи равна 30,6 °С, ядра 37 °С, то температурная разница составит 6,4 °С. Принимая площадь поверхности тела равной 1,8 м2, получим следующее значение теплопотерь 7,5x64x1 8 = = 86,4 ккал/ч (1.00 Вт).