[ingegnerismo]

Bilancio termico del corpo umano

La relazione che esprime un bilancio energetico del corpo umano può essere rappresentata come segue:

\[S=M-L-(E_d+E_L)\pm (R_L+R_S)\pm C\pm H\pm R\]

Le grandezze riportate nella relazione sono:

• \(S\) = variazione di energia all’interno del corpo umano (potenza termica accumulata o ceduta dal corpo) [W/m2];
• \(M\) = metabolismo: quantità di energia prodotta, a seguito dei processi chimico-fisici, all’interno del corpo umano [W/m2]. La produzione di energia per effetto del metabolismo aumenta con il livello di attività svolta. L’unità di misura del metabolismo è il met. Ad 1 met corrisponde circa la quantità di calore generata per unità di superficie del corpo di un soggetto in condizioni di riposo e in assenza di alimentazione da almeno 12 – 16 ore. Il valore di 1 met corrisponde a 58 [W/m2]. Il metabolismo basale (energia necessaria a mantenere in temperatura il corpo) costituisce circa il 90% dell’intero metabolismo, mentre in condizioni di notevole moto il metabolismo può assumere valori pari a 10 met.
• \(L\) = energia relativa all’attività svolta (lavoro meccanico scambiato dal corpo con l’esterno nell’unità di tempo) [W/m2];
• \(E_d\) = calore smaltito per diffusione del sudore sulla pelle [W/m2];
• \(E_L\) = calore latente di evaporazione del sudore sulla pelle [W/m2]; la cessione di potenza termica per evaporazione avviene in tre modi: a livello dell’epidermide (sudorazione), dei tessuti e a livello polmonare; il processo più significativo è la sudorazione: complessivamente una persona può produrre fino a 1 litro di liquido per ora, a cui corrisponde una potenza termica di circa 675 [W/m2];
• \(R_L\) = calore latente di evaporazione relativo alla respirazione [W/m2] che corrisponde alla energia persa per far evaporare parte dell’acqua contenuta nell’aria umida;
• \(R_S\) = calore sensibile conseguente alla respirazione [W/m2]; il corpo umano, per effetto dei processi respiratori, cede all’ambiente calore, in quanto l’aria espirata è più calda di quella inspirata. In particolare un soggetto, ad ogni atto respiratorio, introduce nel corpo aria nelle condizioni di temperatura ed umidità relativa dell’ambiente ed espira aria ad una temperatura di circa 34°C ed in condizioni sature; in ambienti con temperatura dell’aria pari a 20°C, la potenza termica ceduta, a seconda del livello di attività, varia tra 2 e 5 [W/m2] e può essere trascurata nell’equazione del bilancio termico;
• \(C\) = calore scambiato per conduzione [W/m2]; lo scambio di calore per conduzione avviene per contatto del corpo umano con oggetti solidi a temperatura diversa, sia in modo diretto sia attraverso i vestiti;
• \(H\) = calore scambiato per convezione [W/m2]; lo scambio di calore per convezione avviene tra la superficie corporea a diretto contatto con l’aria ambiente oppure ricoperta dal vestiario e l’aria. Lo scambio può avvenire in convezione naturale o forzata ed è regolato dal coefficiente di convezione K . La resistenza termica dei vestiti varia con il tipo di abbigliamento e viene valutata attraverso un’unità di misura convenzionale detta clo (1 clo = 0,155 °C m2/W);
• \(R\) = calore scambiato per irraggiamento [W/m2]; lo scambio termico per irraggiamento avviene tra la superficie del corpo umano, nuda o vestita, e le superfici circostanti.