Эквивалентно-физиологическая температура

Эквивалентно-физиологическая температура (PET) - температура воздуха, при которой для обычных комнатных условий тепловой баланс человеческого тела остается неизменным со значениями температуры внутренних органов и температуры кожи для данной ситуации (Константинов, 2014). За обычные комнатные принимается следующая совокупность условий:

- средняя радиационная температура, равная температуре воздуха (Tmrt=Ta),

- скорость ветра – 0,1 м/с,

- парциальное давление водяного пара – 12 гПа.

Это показатель, характеризующий комплексное воздействие на человека температуры, влажности воздуха, скорости ветра и учитывающий степень физиологической активности. Он рассчитывается на основе уравнения теплового баланса человека, характеризующего потоки тела, действующие на человека и коэффициентов, характеризующих параметры человека. Показатель выражается в градусах Цельсия.

Рис 3.1 Иллюстрация действия индекса РЕТ в сборнике Innova Air Tech Instruments A / S

Вычисление индекса PET состоит из следующих шагов:

1) расчёт термических параметров тела человека с помощью модели MEMI для рассматриваемых метеорологических параметров; (Höppe, 1999)

2) подстановка получившихся значений средневзвешенной температуры кожи и внутренней температуры и решение системы уравнений, состоящей из уравнения теплового баланса человека (3):

                                𝑀 + 𝑊 + 𝑅 + 𝐶 + 𝐸𝐷 + 𝐸_𝑅𝑒 + 𝐸_𝑆𝑤 + 𝑆 =0,                              (3)

Где M – скорость обмена веществ (внутренняя выработка энергии), W – теплоотдача при физической работе, R – радиационный баланс тела, C – конвективный поток тепла, ED – скрытый поток тепла, расходуемый на потоотделение, E_Re – сумма тепловых потоков для нагревания и увлажнения вдыхаемого воздуха, E_Sw – поток тепла, расходуемый на испарение пота, S - поток тепла, который сохраняется для нагревания или охлаждения масса тела.

У отдельных параметров в данном уравнении есть положительные знаки, если их результатом является выработка энергии для тела и отрицательные знаки в случае энергетической потери (M - всегда положительное, а W, ED и E_Sw всегда отрицательны). Единицей измерения всех потоков тепла является Ватт.

Индивидуальные потоки тепла в уравнении контролируются следующие метеорологическими параметрами:

- Температура воздуха: С, E_Re;

- Влажность воздуха: E_Re, E_D, E_Sw;

- Скорость ветра: E_Sw, С;

- Радиационная температура: R.

Дополнительные термо-физиологические параметры:

- Термостойкость одежды (CLO);

- Деятельность человека (Ватты) (Höppe, 1999).

Уравнение, описывающее поток тепла 𝐹_𝑆𝐶, направленный через слой одежды от кожи тела к поверхности одежды:

𝐹_𝑆𝐶  ( ) × (𝑇_𝑠𝑘 − 𝑇_𝑐𝑙)                                                (4)

Где I_cl - термостойкость одежды (К∙м²/Вт), T_cl - средневзвешенная температура поверхности одежды, T_sk - средняя температура кожи, для температуры воздуха T_a (v=0,1м/с, VP=12гПа, T_mrt=T_a).

Получившееся значение температуры воздуха эквивалентно PET.

Эквивалентно-физиологическая температура является наиболее подходящим индексом для оценки теплового комфорта в уличных условиях: в нем учтено полное уравнение теплового баланса, температура внутренних органов, интенсивность потоотделения, влажность кожи, а также метеорологические параметры. Данный индекс является универсальным, он может быть использован для всех типов климата и как для каждого индивидуума в отдельности, так и для среднестатистического человека. Также этот индекс широко применяют для оценок рекреационного потенциала и городского планирования в целом.

На рисунке 3.2. показана градации индекса РЕТ и уровней физиологического воздействия для среднестатистического мужчины, по характеристикам которого вычисляются значения индекса РЕТ по умолчанию.

Рис.4.2 Градации индекса РЕТ и уровней физиологического воздействия для среднестатистического европейского мужчины

В 2018 году медиками и математиками было проведено исследование, в результате которого оказалось, что именно этот индекс наиболее хорошо коррелирует со смертностью. (Shartova et.al, 2018)

Этот индекс был выбран, так как он хорошо характеризует комфортность среды в тёплый период года: в Арктическом регионе важно оценить вклад летних температур в общее потепление климата, и может выявить уровни теплового воздействия среды (теплового стресса), если они существуют.