facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

ФІЗІОЛОГІЧНИЙ ТЕПЛОВИЙ КОМФОРТ ЛЮДИНИ ТА ЖИЛЕ СЕРЕДОВИЩЕ. ЯК ЙОГО РОЗПІЗНАВАТИ? ЯК ЙОГО УТРИМУВАТИ?

Автор Доклада: 
Стронський Л.М.
Награда: 
ФІЗІОЛОГІЧНИЙ ТЕПЛОВИЙ КОМФОРТ ЛЮДИНИ ТА ЖИЛЕ СЕРЕДОВИЩЕ. ЯК ЙОГО РОЗПІЗНАВАТИ? ЯК ЙОГО УТРИМУВАТИ?

ФІЗІОЛОГІЧНИЙ ТЕПЛОВИЙ КОМФОРТ ЛЮДИНИ ТА ЖИЛЕ СЕРЕДОВИЩЕ. ЯК ЙОГО РОЗПІЗНАВАТИ? ЯК ЙОГО УТРИМУВАТИ?

Стронський Лев Миколайович,  канд. т. наук,  с.н.с.
Національна Академія Наук України

П Р О Л О Г
В умовах швидкого протікання деградаційних процесів в довкіллі проблема фізіологічного теплокомфортного стану людини має, на моє переконання, фундаментальну значимість. Сучасна методологія оцінки одного із визначальних показників теплового клімату життєвого простору довкілля (віртуальної. тобто непередбачуваємої, теплокомфортної адекватності відносно дюдини) базується на безсистемних підходах самої «кліматології» як науки (кліматологія для кліматології, медицина для медицини, екологія для екології, енергетика для енергетики, …). Сутність безсистемних підходів в оцінці теплокомфортної адекватності жилого середовища полягає в визначенні останньої через суб’єктивне відчуття самою людиною при здійснюванні оцінки теплового «клімату» середовища по показанням традиційних термометрів (?). Така оцінка зумовлює її неоднозначність.
Щоб не створювати неоднозначність у спілкуванні читача з доповіддю, наведу моє однозначне тлумачення понять системність та безсистемність, вперш за все, в науковому контексті.
Природа являє собою (згідно з 1-им фундаментальним законом термодинаміки) гіперсистему незмінниого інтегрального енергонаповнення, яку репрезентує множина систем (субсистем), що завжди взаємодіють енергетично вільно і безумовно. Іншими словами, Природа – це сукупність енергетично взаємодіючих систем. Всякі процеси (зміни в часі) в кожній системі є багатомірними – вони залежать як від внутрішніх умов протікання процесів енергетичних перетворень в кожній із них, так і від енергетичної взаємодії з безпосередньо оточуючими системами (з урахуванням динаміки та інтенсивності взаємодії). Разом з тим, сьогодні дослідження процесів енергетичних перетворень в системі проводять без урахування динаміки їх протікання і без реального впливу взаємодії з іншими системами:
а) дослідну систему (субсистему) вирізають за допомогою умовної просторово-об’ємної поверхні (яка умовно її ізолює від впливу енергетичної взаємодії з іншими контактуючими системами), а на «граничній поверхні» розділу систем задають т.з. «граничні термодинамічні умови»);
в) дослідження проводять в усталеному режимі;
с) дослідження проводять виключно в одному із форматів енергетичних перетворень – радіаційному, теплопровідному або конвекційному.
Фізіологічний аспект теплового комфорту людини
Енергетична взаємодія «людина (теплокровний організм)?довкілля» (в дальнішому «Л?Д») протікає у двох базових форматах:
в енергетично-фізіологічному (е/ф), який у взаємодії «Л?Д» направлений на утримання енергетичної рівноваги (та відновлення порушеної) – утримання фізіологічного теплового комфорту (ФТКЛ);
в енергетично-інформаційному (через т.з. «паралельний світ»), за допомогою якого людина може збурювати процеси енергетичних перетворень за межами організму (в довкіллі, зокрема у інших людей) або отримувати інформаційні кодові команди для збурювання енергетичних процесів в своєму мозку (це велика окрема тема).
Системне моделювання енергетичної взаємодії «обєкт?довкілля» (дальнішому «О?Д»), в т.ч. «Л?Д», в е/ф форматі здійснено вперше.автором і опубліковано в [1,7].
Примітка: 1. Позасистемне дослідження повної е/ф взаємодії «Л?Д» (окремо: радіаційної та окремо конвекційної на основі т.з. порціальної калориметрії з наступним накладанням ефектів окремих форматів (його називають суперпозицією) вперше виконав М.К.Вітте [2].
2. Теплокровний організм, зокрема організм людини, є надскладною енергетичною системою біологічного формату з високим рівнем негентропійної структурованості та алгоритмізації протікання внутрішніх процесів енергоперетворень. До цього часу немає однозначної відповіді, яким чином після «5-и мільярдних років» еволюційного розвитку людини до рівня пітекантропа, приблизно через 80 тисяч років, з’явився сучасний homo sapiens з мозком, діюча частина якого (при повній масі в 1,2…2 кг) не перевищує 5%.

3. Життя людини є змаганням зрівноважити компенсаційну негентропію (NК) з ентропією (S) на певному термодинамічному рівні [3]. Всі процеси, пов’язані з життям, є процесами енергетичних перетворень і підпорядковані раціональним (природним) законам термодинаміки.
4. Джерелом для утримання життя людини в сонячній систем (забезпечення NК) є сонячна радіація (NCP) – електромагнітне випромінювання Сонця (спектр довжини хвиль – 0,25…20 мкм.). Сонце – це космічний ядерний реактор, який існуює вже понад п’ять мільярдів років і який (згідно існуючим прогнозам) ще стільки проіснує pro futurum.

В енергетичній основі утримування життя людини лежить раціональний (природний) термодинамічний цикл сонячно-водневої енергетики з вивільненням із харчу акумульованої (первинної) NСР в якості NК (див. рис.1).

Обмін харчових речовин забезпечує отримування базового носія NК – молекулярного водню. Залишковий потік негентропії (<10%) у вигляді теплової енергії (див. рис.2) після виконання життєнеобхідної роботи деградує до температурного рівня 37,1 оС (умовного нуля для організму людини). Залишкова N* теплової енергії при температурі 37,1 оС в умовах Землі вже нездатна виконуваати роботу через відсутність ?t. Назвемо її реліктовою (залишковою) з позначенням через (нижній індекс означає «у людини»). Вона повина розпорошитися в оточуючому середовищі (о.с.). Потік репрезентує метаболізм людини (життєдіяльність), який в умовах ФТКЛ повинен переходити в о.с.. Оскільки при ФТКЛ оптимальний рівень температури внутрішніх органів (в.о.) життєзабезпечення є фіксованим (для людини – 7,1оС), то, для утримання балансу енергетичної взаємодії «Л?Д» при цій температурі в.о., в мозку працює ментально (неусвідомлено) система нетичного програмного забезпечення утримання температури в.о. на рівні 7,1оС (СУТВО). Це пов’язано, вперш за все, із залежністю проходження потоку в о.с.: як від фізичного навантаження людини (див. таблицю), так і від термодинамічного стану о.с. (радіаційної температури , конвекційної температури , швидкості руху повітря та відносної повітря ) [4,5]. На рис.2 наведена базова структурна модель енергетичної взаємодії «Л?Д», на якій символічно показана цільова функція СУТВО по утриманню температури в.о. на рівні 37,1 оС.


Енергетично-фізіологічна взаємодія «Л?Д»
Розкриємо алгоритм фуекціонування СУТВО, для чого скористаємося рис.3, на якому позначено:
– середня температура поверхні людини (з урахуванням одягу);
ДХДК– допустимий холодний дискомфорт;
квазіФТК – фізіологічний тепловий комфорт;
ДГДК – допустимий гарячий дискомфорт;
? – показник інтегральної адекватності о.с. фізіологічному тепловому комфорту людини (термодинамічні показники при оцінці адекватності: );
– відносна вологість повітря в жилому середовищі.
Примітка: Теплокровний організм, зокрема людини, в термодинамічноу аспекті є надскладною системою енергетичних перетворень біологічного виду, в якій роль проміжного носія виконує харч рослинного (первинного) та тваринного (вторинного) походження. Із харчу, після його хемічних перетворень, вивільнюється молекулярний водень, який при зустрічі з киснем (що надходить через дихальну систему), попадає в клітинні водневі паливні елементи (ВПЕ). В ВПЕ, в процесі синтезу Н2О, вивільнюється у вигляді е/е, яка утримуює процеси життя.
Алгоритм функціонування СУТВО в процесі енергетичної взаємодії «Л?Д» наступний.
Точка С (рис.3) відповідає стану квазіФТК людини, в якому утримання температури в.о. на рівні 37,1оС забезпечується переходом потоку з поверхні тіла в о.с. при відсутній напруженості СУТВО (шляхом радіаційної і конвекційної віддачі теплової енергії в о.с.).

Рис.3 Епюрна модель функціонування СУТВО в залежності від віртуального інтегрального показника адекватності ФТКЛ.

При зростанні показника ? (або зростанні фізичного навантаження людини) на ділянці С?D) СУТВО вступає в «1?-у фазу» свого функціонального напруження (боротьби за збереження температури в.о. на рівні 37,1оС при перегріві) – формує відповідне зростання температури (значення останньої пов’язане з перерозподілом температурних перепадів ?t на окремих ділянках руху потоку – в.о. ? о.с.. Зростання відбувається через зниження термічного імпедансу (динамічного термічного опору) на ділянці руху потоку «поверхня тіла?о.с.» шляхом зростання пульсу і, як наслідок, зростання інтенсивності кровообігу (через зростання тепломасопереносу при відповідному зниженні перепаду ?t). Баланс енергетичної взаємодії «Л?Д» на ділянці С?D забезпечується виключно радіаційно-конвекційною енерговіддачею з поверхні організму (з урахуванням одягу) при достатньо широкому діапазоні співвідношень значень температур і та швидкості руху повітря в рекомендованих границях 0…0,3 м/с. Відносна вологість повітря на ділянці С?D, практично, не впливає на енергообмін, оскільки виділення поту на поверхню тіла є мінімальним при, практично, неконтрольованій відносній вологості повітря, а температура (легко одягненої людини: труси, штани, сорочка) не перевищує 35,5 оС при збереженні температуриа в.о. на рівні 37,1оС. Функціонування СУТВО (в 1?-й фазі) відбувається при мінімальній напруженості.
Переміщення показника вліво від точки С (ділянка В?С), що має місце при зниженні фізичного навантаження людини або зниженні температур і о.с., веде до послаблення потоку . СУТВО функціонує в тій же (по напруженості) 1?-й фазі (але вже боротьби з переохолодженням за збереження температури в.о. 37,1оС) – формує зниження частоти пульсу і інтенсивності кровообігу, що зумовлює зростанню термічного імпедансу на шляху переходу потоку від в.о. до поверхні тіла. Тому, на ділянці В?С температура буде знижуватися. Напруженість функціонування СУТВО буде, практично, відсутня. Такий стан буде зберігатися аж до точки В, коли температура досягне проміжного критичного значення – 27…28оС. Таким чином, ділянка В?С відноситься також до стану квазіФТК.
При переміщенні показника вправо від точки D (D?E) СУТВО вступає в 2?-у фазу напруженості (боротьби з перегрівом) – формує потовиділення на поверхні тіла. У 2?-й фазі напруженості СУТВО вже відіграє в енергообміні «Л?Д» суттєву роль відносна вологість повітря та швидкість його руху у поверхні організму (наявність та низький рівень зумовлюють зростання інтенсивності випаровування потовиділення, в процесі якого утворювана пара поглинає певну частину потоку , та відводу парів в о.с.). Так відбуватиметься аж до точки Е, коли відвід «надлишкового» потоку в о.с. шляхом випаровування поту вже вичерпає свою можливість. Стан людини на ділянці D?Е фізіологічно переносимий. Однак він пов'язаний з підвищеною напруженістю функціонування СУТВО, що зумовлює зниження продуктивності і якості виконуваної людиною роботи – чим ближче до точки Е, тим частіші збої в роботі людини. Цей стан відноситься до стану ДГДК – допустимого гарячого дискомфорту.
При енергетичній взаємодії «Л?Д» на ділянці B?С?D людина не відчуває теплового дискомфорту. СУТВО перебуває в мінімальній напруженості, а продуктивність та якість виконуваної людиною роботи є максимальними. Енергетична взаємодія «Л?Д» з утриманням темперптури в.о. на рівні 37,1оС, на ділянці B?С?D повністю забезпечується радіаційно-конвекційним енергообміном. При енергообміні в межах ділянки B?D людина не відчуває теплового дискомфорту, тому стан людини на цій ділянці відноситься до фізіологічного квазіФТК.
При подальшому переміщенні вправо від точки Е (Е?) буде відбуватися прямий нагрів оранізму людини згідно з законами класичної термодинаміки аж до летального кінця.
При переміщенні показника ? вліво від точки В (В?А) інтенсивність потоку знижується – тіло людини починає охолоджуватися. СУТВО вступає в 2?-у фазу напруженості (боротьби з переохолодженням) – формує дрож (хаотичну роботу м’язів), яка генерує додатковий потік з ціллю утримання температури в.о. на рівні 37,1оС (недопущення прямого переохолодження організму). Точка А є точкою граничної можливості зберегти таким чином температуру в.о. на рівні 37,1оС. Стан людини на ділянці А?В є фізіологічно переносимим, однак він, аналогічно ділянці D?E при нагріві, пов'язаний з підвищеною напруженостю функціонування СУТВО та аналогічними наслідками в роботі. Цей стан відноситься до стану ДХДК – допустимого холодного дискомфорту.
Подальше зниження показника ? вліво від точки А (?А) буде зумовлювати пряме охолодження тіла згідно з законами класичної термодинаміки аж до летального кінця.
Математична модель фізіологічно-енергетичної взаємодії «Л?Д»
Автором вперше створений метод системного математичного моделювання енергетичної взаємодії «О ?Д», зокрема «Л?Д» [1,4]. Об’єктами апробації метода були:
а) енергообмін сонячного колектора (власної моделі) «ТСК-1АСС-1С?Д);
б) енергообмін «Л?Д» (у консультативній співпраці з провідними фізіологами).
Математична модель температури поверхні людини (в стаціонарному режимі взаємодії з урахуванням термічного опору одягу) в жилому приміщенні (на вулиці) )має вигляд –

Примітка: Кожний об’єкт, в залежності від його габаритних розмірів і геометрії, характеризується своїми значеннями коефіцієнтів температурного перетворення К. Це пов’язано з тим, що коефіцієнт визначають за допомогою критеріальних рівнянь, які, в свою чергу, пов’язані з розмірами і геометрією об’єкта, а коефіцієнт визначають відповідно до закону радіаційного енергообміну Стефана-Больцмана, з яким пов’язна ступінь чорноти його поверхні та коефіцієнт взаємного опромінення. Із цього витікає, що коефіціенти К в наведеній вище математичній моделі енергетичної взаємодії «О?Д» будуть різними для різних об’єктів. Так, для людини і традиційного термометра, за допомогою якого сьогодні оцінюють тепловий мікроклімат жилого середовища, коефіціенти К будуть різними –

Моделювання фізіологічно-енергетичної взаємодії «Л?Д» лежить в основі створеного автором розпізнавача адекватності жилого середовища фізіологічному тепловому комфорту людини (РФТКЛ). Діючий лабораторний зразок РФТКЛ показаний на рис.4.

Примітка: Математична модель (1) репрезентує енергетичну взаємодію любого матеріального об’єкта з оточуючим його середовищем, зокрема людини, традиційного термометра, сонячного колектора тощо [1].

Розпізнавач фізіологічного теплового комфорту людини (РФТКЛ)
РФТКЛ (див. рис.4) був створений аналітично вперше (в консультативній співпраці з провідними фізіологами – М.К.Вітте, Г.Х.Шахбазян, Ф.М. Шлейфман і ліг в основу кандидатської дисертації автора) не тільки для розпізнавання (оцінки) теплокомфортної адекватності жилого приміщення, але також і в якості датчика систем керування обігрівом-охолодженням жилого середовища.
Примітка: Фірма Br?el & Kj?r (Данія) також проводила дослідження енергетичної вазаємодії «Л?Д» (див. фрагмент на рис.4). В їх основі лежали експериментально- фізіологічні підходи – суб’єктивне відчуття людиною теплового комфорту. Датський датчик використовують винятково в технічних засобах (дорогих– кілька десятків тисяч $) для оцінки проектних рішень жилого приміщення в теплокомфортному аспекті. Оцінка адекватності ФТКЛ неоднозначна, оскільки теплокомфортний стан на ділянці В?D (рис.3) людиною невідчутний.
Чотири діючі зразки РФТКЛ пройшли випробування в натурних умовах зимово-весняного перехідного обігрівального періоду (1970-1971 р.р.) – вони були інстальовані в окремих квартирах 100-квартирного будину (Київ, вул. Гончара, 15 – два на 1-у поверсі і два на 5-у, з північної і південної сторони будинку). Усереднений розпізнавальний сигнал надходив в тепловий пункт будинку, де керував подачею обігрівальної води в будинок із системи централізованого обігріву.
Сумарна економія обігрівальної теплоти склала 23,1%.
Дані опитування жильців усіх квартир будинку наступні:
– жильці 70 квартир не відчули змін у тепловому мікрокліматі;
– жильці 19 квартир відчули деяке покращення:
– жильці 11 квартир відчули незначне погіршення.
Незначне погіршення теплового мікроклімату в окремих квартирах було передбачуване. Це пов’язано з відсутністю незалежних будинкових обігрівальних субсистем, орієнтованих по географічним сторонам.
Примітка: 1. Спектр застосування РФТКЛ надзвичайно широкий.
2. Для впровадження необхідно розробити дизайн і технічну докеумен6тацію з урахуванням поточних досягнень електронної та електротехнічної промисловості. Подана пропозиція це реалізувати в рамках європейської програми РП7, однак, через проблему визначення обов’язкових європейких партнерів (та інших проблеми), вона, як я очікую, залишиться поза увагою.

Р Е З Ю М Е
Застосування РФТКЛ в теплонасосній установці нового покоління (ТНУНП – один із багатьох аспектів можливого масштабного застосування, який, на моє переконання, дає наступні вигоди:
А. Утримує повноцінну динамічну (практично, безінерційну) адекватність ФТКЛ жилого приміщення (за умови достатньої достатньої тепло-холодопродуктивності ТНУНП). Практична безінерційність утримання теплового клімату жилого середовища забезпечується спеціальними прийомами надчутливого маркетингу змін останнього та його відновлення.
В. Знижує витрати обігрівальної теплоти.
С. Враховуючи інтенсивне зростання віртуальності варіації клімату жилого середовища в контексті глобального потепління та неоднозначне визначення показника «теплового комфорту» (ТК) за допомогою традиційних термометрів, необхідно відмітити, на мою думку, дуже важливу особливість сучасного забезпечення ТК – включення в діапазон його тлумачення всі три реальні формати: ДХК. квазіФТК та ДГДК. В той же час, утримання ТК в інтервалі варіації інтегрального показника ? на ділянці В?Е (рис.3), тобто у форматі квазіФТК, не вимагає вираховування (нормування) відносної вологості повітря . А здійснення останнього для пересічного побутового жилого середовища є, практично, нереальним внаслідок великої технічної складності і високої вартості. Застосування РФТКЛ в ТНУНП дозволяє утримувати тепловий мікроклімат у стані квазіФТК (в достатньо широкому діапазоні варіації показника ) без нормування . Це дуже важливо, вперш за все, для людей напруженої інтелектуальної діяльності (водіїв транспортних засобів, диспетчерів, творчих працівників тощо) в межах варіації ТК середовища на ділянці В?D (рис.3), оскільки в тому випадку не тільки відпадає потреба в нормуванні відносноїу вологості повітря , але і підвищується якість виконуваної роботи.
D. Використані при створенні РФТКЛ термодинамічні підходи у визначенні глибинного тлумачення ФТК теплокровного організму (зокрема людини – ФТКЛ), є на моє переконання, основою для створення раціональної (природної) теплокомфортної кліматології, яка дасть тлумачення поняття «температура в жилому приміщенні» (?), оскільки традиційні термометри нездатні однозначно її визначати.
Е. Оскільки РФТКЛ пов'язаний з кількісною оцінкою інтегрального (складного) показника ФТКЛ, то необхідне відповідне забезпечення його метрологічної відповідності. Однак, це окрема (достатньо обширна) тема, яка не може бути розгляна в рамках цієї доповіді.

Література:

  • 1. Стронський Л М. ПІЗНАВАЙ СВІТ ЧЕРЕЗ СИСТЕМНЕ МОДЕЛЮВАННЯ // Київ: – вид-во «ЛОГОС». – 2009.
  • 2. Витте Н. К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение // Киев: Госмед-издат УССР. –1956.
  • 3. Стронський Л.М. Ентропія розвитку людської спільноти різко зростає. Чому? Куди рухатися далі? // Зб. Матеріалів IV-ої Міжнародної науково-практичної конференції «Прблеми конструкції та розвитку форм самоорганізації людських спільнот» (Київ–Лондон),– квітень 2011 (e-mail: office@icp-ua.com).
  • 4. Стронський Л.М. КУДИ РУХАТИСЯ ДАЛІ ? Із роздумів про деградацію довкілля // Київ: – Видавничий дім «Києво-Могилянська академія».– 2008.
  • 5. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений // М.: Стройиздат. –1981.
  • 6. Стронський Л.М. Раціональна енергетика. Розпізнавач фізіологічного теплового комфорту людини // Київ, – ж. ЕЛЕКТРОпанорама – №10. 2011.
  • 7. Стронский Л.М. Разработка и исследование датчика теплового баланса для контроля и регулирования теплового режима обитаемой среды // Дисссртация на соискание ученой степени канд. техн. наук. – Киев, – Київський політехнічний ін-т, – 1973.
  • 8. Стронський Л.М. Раціональна енергетика. Ч.1 Коментарі до деяких понять // ж. ЕЛЕКТРОпанорама. – Київ, – №9, –2010.
10
Ваша оценка: Нет Средняя: 10 (1 голос)

Научная работа заслуживает

Научная работа заслуживает самой высокой оценки. Автор прекрасно изложил и проиллюстрировал довольно сложную тему.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.