Хората като отопление - ето колко телесна топлина генерирате!

Част 1 от тази малка поредица от статии, в която ние разглеждаме хората като отопление, показа как телата ни генерират топлина. Днес става въпрос за количествено определяне колко точно телесна топлина всъщност произвежда човек. Отговорът на това след това ни води до въпроса дали телесната топлина, отделяна от тялото, е подходяща за отопление на помещения. Бъди любопитен!

Едно нещо предварително: Вълнуващият трактат „Човекът като термична система (измерващ и регулиращ механизъм на работната температура, отделяне на топлина, запазване на енергията, промяна на теглото, комфорт)“ от проф. Инж. Е. Спехт от Института по механика на флуидите и термодинамика към Ото-фон-Герике -Universität Magdeburg, който можете да намерите онлайн като PDF файл, служи като фактическа основа за голяма част от следващата статия.

Фактори, които влияят върху количеството телесна топлина, което хората генерират за отопление

Проф. Спехт пише, че два фактора биха определили значително колко телесна топлина трябва да се отделя от тялото ни биологично:

тежестта на физическата активност и
размера на телесната област, който се получава от размера на тялото

Например човек с нормална височина (тегло: 75 килограма (кг)), който седи спокойно при температура на околната среда над 16 градуса по Целзий (° C), излъчва топлинен поток от 120 вата (W).

Влияние на околната температура върху разсейването на топлината в тялото

Според професора топлинният поток под 16 ° C се увеличава донякъде с понижаване на температурата на околната среда. Интересно: Топлината, отделяна от тялото чрез радиация и конвекция, намалява с температурата на околната среда до стойност нула при 36 ° C. Причината за това е следната: след като средата достигне телесната температура, съгласно термодинамичния принцип на пренос на топлина от кал на топло, повече топлина не може да се разсейва в околната среда чрез лъчение и конвекция. Това означава: При температури, които са по-високи от телесната, топлината ще се отделя само с изпотяване.

Влияние на активността върху разсейването на топлината в тялото

Според проф. Спехт топлината, отделяна от човек, който извършва средно тежка работа, се удвоява приблизително в сравнение с човек, който седи тихо. Спехт оправдава това с факта, че мускулите генерират 80 процента отпадъчна топлина (вж. Част 1). По време на усилена работа топлинната мощност се увеличава до около 300 W. Обучените спортисти биха получили още по-високи стойности.

Изчислете специално генерирана телесна топлина

Топлинният поток Q на човешкото тяло може да бъде записан и изчислен по следната формула:

Q = k по A (? Кожа минус? Околна среда)

k = коефициент на топлопреминаване (наричан още k-стойност)
A = площ на тялото
?Кожа = температура на повърхността на кожата
?Околна среда = температура на околната среда

Според формулата топлината, отделяна от хората, е пропорционална на повърхността им, което води до заключението, че отдадената топлина зависи от размера на тялото. Трябва да се знае, че повърхността на нормален човек е около два квадратни метра (m 2). Това означава, че високите хора отделят повече топлина и следователно също поемат повече енергия чрез храната, отколкото малките хора.

Формулата също така позволява заключението, че човек би отделял колкото повече топлина, толкова по-студена е средата му.

Според проф. Спехт хората компенсират този ефект, като съответно намаляват коефициента на топлопреминаване. Следователно така наречената k-стойност е мярка за топлоизолацията. Голият човек например има k-стойност около 10 вата на квадратен метър и Келвин (W/(m 2 K)). Според формулата това води до топлинен поток от 120 W за околна температура 26 ° C.

Според Спехт хората се чувстват най-комфортно средно при тази температура. При по-високи температури се потите повече. Под тази температура хората трябва да намалят своята k-стойност, за да противодействат на увеличеното разсейване на топлината. Това може да се постигне с вида на облеклото, което носите: с нормално облекло вие намалявате наполовина стойността k, докато с топло облекло я сваляте с две трети.

Нека последваме проф. Спехт малко по-нататък! Защото следващият учен се занимава с енергийния баланс на човешкото тяло.

Човешкият енергиен баланс - ето колко телесна топлина генерирате

За да определи количествено дневните нужди от енергия, Specht умножава топлинния поток от около 120 вата (нормален тип тяло: 75 кг, светлинна активност) по 24 часа (час). По този начин той получава количеството топлина, отделено през деня от около 2,9 киловатчаса (kWh). Изразено в килокалории (kcal), това би било 2500 kcal, които тялото консумира и които трябва да бъдат доставени отново чрез храна. С всеки килограм повече или по-малко, консумацията на енергия се променя с около 30 kcal, обяснява проф. Спехт.

Изгаряне и съхранение на енергия - причини за отслабване и напълняване

И вече сме в процес на отслабване и напълняване! Защото, тъй като тялото абсолютно се нуждае от 2500 ккал за изгаряне и по този начин, за да поддържа температурата си, то трябва да покрие разликата между необходимата и доставената енергия от запасеното количество енергия. Това съответства на запазването на енергията, което е природен закон и се нарича 1-ви закон на термодинамиката.

Проф. Спехт пише, че законът гласи, че разликата между входната и изходната енергия трябва да бъде равна на увеличаването или намаляването на съхранената енергия - която тя съхранява под формата на мастни накладки. Според това мазнината е вещество с изключително високо енергийно съдържание и има топлина на горене от около 8000 kcal на килограм. С други думи: при нулева диета, т.е.без енергиен прием, тялото разгражда 300 грама мазнини за един ден. Между другото, според Спехт, това е максималната загуба на тегло, която може да бъде постигната за един ден - повече не е възможно по чисто физически причини (пестене на енергия).

От друга страна, според запазването на енергията, колкото повече енергия се консумира, се съхранява с повишена консумация на енергия - не е изненадващо: като мазнина. Всеки, който постоянно консумира повече енергия от 2500 ккал на ден, ще сложи мазнини, докато се достигне ново състояние на равновесие. Такъв е случаят, когато, съгласно формулата по-горе, повърхността на тялото се е увеличила, така че доставената енергия може да се разсейва обратно в околната среда. Ако например човек консумира средно 3000 kcal на ден (т.е. плюс една пета), новото състояние на равновесие ще бъде постигнато, дори ако телесната повърхност се увеличи с една пета. Професорът твърди, че ако имате наднормено тегло, трябва да се разсейва повече телесна топлина, което изисква съответна циркулация на кръвта, за да може топлината от тялото да се транспортира до повърхността на кожата. В резултат на това сърцето е стресирано повече от нормално и е причина за сърдечно-съдови проблеми и други оплаквания, свързани с наднорменото тегло.

Ефективност на отоплението човек

По-нататък проф. Спехт пише, че ефективността на изгаряне на човешкото отопление е 100 процента, тъй като човешкото тяло използва напълно доставената енергия.
Основната телесна нужда от топлина на индивида може да се промени леко поради индивидуалното топлинно усещане на човека. Така че хората биха имали,

които силно отопляват стаите си
или които редовно се обличат топло и по този начин се изолират по-добре,

по-малки топлинни загуби и следователно се изисква по-малко вложена енергия. И обратно, тези,

което е по-студена среда
предпочитан и по-малко облечен,

ще се нуждае от съответно повече енергия.

С зареждането на видеоклипа приемате политиката за поверителност на YouTube.
Научете повече