3.1 Produkce tepla a tepelná rovnováha člověka

3.1 Produkce tepla a tepelná rovnováha člověka Úloha 3.1.1 Stanovte energetický výdej M pro zadanou osobu (oblečení + činnost) ve W/m 2 následujícími metodami: 1. klasifikací dle druhu činnosti tab. P6 2. klasifikací s využitím všech podkladů s časovým profilem dle P12 až P15 3. zatřiďte činnost do třídy práce dle tab. P7. a uveďte průměrný energetický výdej podle této třídy. 4. Vypočtěte plochu tělesného povrchu, určete celkový energetický výdej a energii vydanou za dobu vykonávání této aktivity. Hmotnost a výšku uvažujte podle sebe. Tab. 9 Poznej, kdo jsem a kolik vydám energie n = 1 až 5 n = 6 až 10 n = 11 až 15 n = 16 až 20 n = 21 až 25 n = 26 a větší Ráno začínám od 6 h. Do 8 h musím mít umyté schody a chodby, to už někteří přicházejí do práce. Pak začínám s kancelářemi, 2 h luxuji koberce. Pak si dám svačinovou pauzu, asi půl hodiny. Od 10 h jsou už prázdné zasedačky po ranních mítincích, takže ty mi zaberou další hodinu. Jsou tu taková parádní světla na stěnách, která musím umývat ze žebříku, naštěstí jich není moc, za půl hodiny jsem s nimi hotová. Tím moje práce končí. Do práce nastupuji v 18 h. Pustím televizi, občas kouknu na kamery. Od 20 h ale musím každé 3 hodiny na obchůzku, která mi zabere půl hodiny prostě projít areál kolem plotu a pozorovat, jestli v něm nejsou díry a v podniku vetřelci. Směna mi končí v 6 ráno. Vzhledem k tomu, že začínáme vařit od 7 hodin, musím být už v 6:30 h v práci. Musíme se převlékat do pracovního oděvu, což spolu s ranní kávou půl hodiny zabere. Skoro 2 hodiny nám pak zabere příprava zeleniny a masa, samé krájení a loupání. Když to hodíme do kotlů, můžem si dát svačinovou pauzu, jasně že ne dýl než půl hodiny. Nakonec chystáme nápoje, abychom ve 12:00 začali vydávat obědy, takže hodinu a půl ládujeme u pultu na talíře. Zbývající čas z naší 8 hodinové směny umýváme nádobí. Jistě, že máme myčky, ale skládat to do nich a pak zase uklízet do regálů musíme my. Jsem kontrolorem kvality, takže když ráno v 8:00 vcházím do budovy, trvá mi hodinu, než se dostanu do kanceláře. Promluvím s vrátným, projdu zásadní oddělení firmy, pohovořím s vedoucími oddělení o jejich problémech. Když sednu ke stolu, další hodinu vyřizuji poštu. Pak mi sekretářka přinese kávu a noviny. Do oběda, na který chodím přesně ve 12 h, mám práci v kanceláři. Pak zajdu do výroby, naštěstí je to pčes dvůr, tak jsem tam za čtvrt hodiny. Projdu montážní linku, zkontroluji výkazy směny. V 15 h jsem zase zpátky u sebe, kde až do 16:30 řeším formuláře a reporty dceřiných firem naší společnosti. Chodím do práce až na 9h, jak to vyhovuje šéfovi. Uvařím mu ranní čaj a jdu na poštu, je to naštěstí kousek, za 3/4 hodiny jsem zpátky a to koupím i noviny. Většinou přijdou i nějaké balíky, tak se to pronese. Pak začíná agenda na počítači. Zpracovávám a tisknu nějaké sestavy, které průběžně nosím šéfovi. V 10 h mu k novinám vařím kafe, na oběd nechodím, nosím si s sebou. Ve 14 hodin bývá menší, asi hodinová porada, nachystám drobné občerstvení, v průběhu píšu zápis. Taky zalévám květiny v kancelářích na celém patře, to oběhnu za 20 min. Až do 16 h, kdy mi práce končí, pak už jenom sedím u počítače. Ráno musím být v 7 h v práci, protože to už přijíždí balíková služba a já přebírám zásilky. Převzetí je hned, ale vybalování zboží, třídění a skládání do regálů, protože jsou to většinou menší náhradní díly, mi zabere 2 h. Po 9 už začínají chodit technici vyzvedávat nářadí a součástky. Takže pak 3 h pendluju mezi pultem, regály (na vyšší police musím ze žebříku) a počítačem, kde vedu evidenci. Když ve 12:15 zavřu, abych šel na oběd, mám už toho dost. Za půl hodiny jsem zase zpátky a mám otevřeno až do 15 h, ale to už není žádný nával, stačím u toho vyhodnotit, co nám dochází a ještě to objednat. V 15:30 jdu domů. 28

vzor Mám pestrou práci. Vedu menší pracovní četu ve výrobě. V 7 h se pouští stroje, půl hodiny předem musí být všichni v práci. Jak začne výroba, obejdu můj úsek, jestli všechno klape. Za půl hodinky to zvládnu, pak si sednu k počítači, jaké nám přicházejí objednávky na další den. Za hodinku to mám, pak zas obejdu linku. Pak přijíždí materiál, takže přeberu zboží a zaeviduju. Skladníci si ho vyzvednou za půl hodiny a pomáhám jim to nanosit do skladu, což je tak na 2 h. Pak jdu na oběd. Po obědě zase obejdu linku a pak už mám jen práci v kanceláři, kde jsem až do 16 h. Úloha technik ve výrobě 1. klasifikací dle druhu činnosti tab. P6 střední aktivita M = 165 W/m 2 2. Výpočet s časovým profilem (využití všech tabulek) Tab. 10 Tabulka časového rozložení energetického výdeje čas činnost odpovídá M E (MJ) 6:30 7:00 Příprava (převlékání) 7:00 7:30 Kontrola výroby Pomalá chůze po rovině 120 0,389 7:30 8:30 Vyřizování objednávek sekretářka 80 0,518 8:30 9:00 Kontrola výroby Pomalá chůze po rovině 120 0,389 9:00 9:30 Přejímka zboží Chůze s břemenem 10 kg 125 0,405 9:30 11:30 Naskladňování materiálu BM vstoje Práce rukou Práce oběma pažemi Lehká práce trupem - celkem 44 25 30 85 125 306 11:30 12:00 oběd x x 12:00 12:30 Kontrola výroby Pomalá chůze po rovině 120 0,389 12:30 16:00 Kancelářské práce sekretářka 80 1,81 Celková doba práce 9,5 h Vydaná energie 7,87 MJ Průměrný M 128 W/m 2 3. Odpovídající třída práce dle P7 - IIb (106 až 130 W/m 2 ) 3,97 4. Tělesný povrch podle parametrů osoby (hmotnost a výška) A D = = 0,425 0,725 0,425 0,725 2 0,2m h = 0,2 80 1,75 1,93m Spotřeba energie za stanovenou dobu.. 146.1,93.9,5.3600 9,6 Výsledek Energetický výdej činí 128 W/m 2. Za 4 h vykonávání této práce osoba vydá 9,6 MJ energie. 29

Úloha 3.1.2 Pracovník opravuje horkou pec. Jeho práce vyžaduje M = 160+n (W/m 2 ), prostředí však odebírá tělu teplo pouze 50 W. Určete dobu, po kterou může práci vykonávat, aby jeho tělesná teplota stoupla nejvíce o 1,5 K, přičemž tepelná kapacita těla je 3,5 kj/kg.k. Pracovník váží 85+0,5n (kg) a měří 176 cm. {M = 180 W/m 2 ; A = 1,8 m 2 ; Q = 234 W; E = 446 kj; τ = 32 min} Úloha 3.1.3 Určete, kolik vodní páry odevzdá člověk ve stavu tepelné rovnováhy do okolí při M = 90+2n, je-li teplota vzduchu 24-0,11.n ( C) a relativní vlhkosti 45 %. Vypařováním z pokožky se (bez vlivu oděvu) odvádí 3,05. 10 256. 3360 / Kde t s je střední teplota kůže 35,7 0,0275. Průtok vzduchu plícemi 1,43. 10. kg/s Latentní teplo ve vydechovaném vzduchu 14,9. 10. 5880 Podíl citelného a vázaného tepla dýcháním z celkové produkce {M = 150 W/m 2 ; t s = 31,6 C; p d = 2100 Pa; q w1 = 8,0 W/m 2 ; V =0,77 m 3 /h; q w2 = 8,4 W/m 2, x = 11 %} Úloha 3.1.4 Určete, kolik tepla vydá člověk konvekcí v klidném prostředí s rychlostí vzduchu v 1 = 0,05+0,01n (m/s) a kolik v prostředí s rychlostí v 2 = 0,7 + 0,01n (m/s), je-li teplota vzduchu t a = 21+0,1n ( C) a střední radiační teplota t r = 19 C. Tepelný odpor oděvu je pro dvouvrstvý oděv R = 0,11 m 2 K/W. Součinitel přestupu tepla konvekcí je vyšší z hodnot pro volnou a nucenou konvekci 2,38 12,1 Zvětšení tělesného povrchu oděvem 1,05 0,645. Teplota povrchu oděvu je dána implicitně vztahem (T termodynamická teplota v K) 35,7 0,028. 3,96. 10 30

Úloha 3.1.5 Pracovník s hmotností 85 kg opravuje za redukovaného provozu pec s teplotou vzduchu 45 C. Výsledkem jeho tepelné bilance je tepelný tok akumulující se v těle o hodnotě 250+n (W). Určete, - jak dlouho může být v horkém prostředí, je-li přípustné zvýšení tělesné teploty 1,8 K. - jak se doba expozice prodlouží, když oblek nahradí mokrým zábalem, který obsahuje 5 kg vody o počáteční teplotě 20 C. Q = 250 W, m p = 85 kg, t v = 45 C, t = 1,8 K, m vz = 5 kg, t vz = 20 C Energie akumulovaná člověkem po dobu zvyšování teploty o 1,8 K. Tepelná kapacita je uvažována, jako by byl člověk pouze z vody. E m. c. t 85 4200 1,8 642 600 J τ E Q 642 600 s 2570,4s 43 min 250 Energie akumulovaná člověkem po nahrazení části obleku mokrým zábalem...... 85.4200.1,8 5.4200. 35 20 2,26. 10. 5 12,3 M J 12,3. 10 250 13,6 Výsledek Za přípustného zvýšení teploty 1,8 K může pracovník zůstat v horkém prostředí 43 minut. S mokrým zábalem se prodlouží přípustná doba pobytu o 13,6-0,72 = 12,8 hod. Úloha 3.1.6 Určete, kolik tepla vydá/přijme sáláním člověk s povrchovou teplotou oděvu t k = 26+0,1n C v místnosti, kde teplota obklopujících stěn je t p = 24+0,6n C. Určete pro případy, že oděv je tmavý a matný (A = 0,9) a lesklý a světlý (A = 0,2). Určete množství potu, které musí být vydáno za hodinu, aby všechen sálavý tepelný tok byl odveden do prostředí (uvažujte, že okolní vzduch umožňuje volné odpařování potu). Rozměr místnosti L =5+0,1n, B = 10 m, H = 3 m. Povrchová úprava omítka, A = 0,9. Pro sdílení tepla sáláním můžeme použít zjednodušení, kdy těleso o povrchu S 1 je umístěno v prostoru s plochou S 2. 100 100 1 1 1 1 č Plochu člověka určíme z plochy tělesného povrhu s tím, že tvarem těla si některé části stíní, takže S 1 = 0,8.A Du. Plocha S 2 je dána povrchem místnosti. 31

Množství potu určíme z rovnice. Úloha 3.1.7 Určete, zda je z hlediska aktuálních předpisů (P8, P11) přípustné namáhání teplem, při kterém se v těle pracovníka o hmotnosti 65+n (kg) a výšce 1,7 + 0,1n (m) akumuluje teplo tak, že za 1 hodinu stoupla jeho tělesná teplota o 1,4 K. Vypočtěte množství akumulovaného tepla v těle v kj/m 2. Určete množství potu nutné pro eliminaci této tepelné zátěže těla. Určete, o kolik stupňů by se ohřála voda o objemu 10 l, kdyby se do ní mělo teplo naakumulované v lidském těle uložit (můžete si představit jako vodou chlazený oblek). Tepelnou kapacitu těla uvažujte 3700 J/kg.K. 32