Йога туммо: физиологическое обоснование

[Pike]

Гораздо ближе к теме учебники по расчету одежды. Я такую статью прочитал и там какая-то неопределенность с конвекцией в газовой среде. Я понять не смог. Ни одна формула в текст не попала, наверно даны были графикой.

Ком это для вас, тут с формулами.
http://www.erudition.ru/referat/ref/id.34021_1.html.
Ком, что вы хотите здесь ученные бьются над задачей: недопущение переохлаждения наших спортсменов во время тренировок и в процессе соревнований. Мерзнут, понимаешь, нехорошие люди, во время тренировок, отсюда плохие результаты, на той же олимпиаде. А вы со своими вопросами, тут глобальные проблемы решаются.

[Kom]

Спасибо, Pike. Благодаря Вам нашел еще один вариант статьи, которую я читал:
http://www.vuzlib.net/beta3/html/1/26795/26803/
И в ней очень интересные поправки:
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно определить приближенно как αк=λ/δ, где λ, – коэффициент теплопроводности газа пограничного слоя, Вт/ (м ·°С); δ –толщина пограничного слоя омывающего газа.Удерживаемый на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до 4...8 мм при скорости движения воздуха w = 0) препятствует отдаче теплоты конвекцией.
Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха φ, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

А вот условия эксперимента: в разреженном воздухе, соответствующем высоте 7500 м над уровнем моря, Т=-60.

При такой температуре влажность минимальна, воздух разряжен. Поэтому применение коэф.теплоотдачи 4 вт... совершенно незаконно, так как в этой же статье: где αк – коэффициент теплоотдачи конвекций; при нормальных параметрах микроклимата αк= 4,06 Вт/ (м •°С);
Т.е. потери конвекцией в статье Ринада намного завышены.

С излучением сложнее. Если просто подставить температуры в формулы, то отдача тепла даже повышается. Но нет уверенности, что эти формулы будут для этих условий справедливы. Нет уверенности, что стены комнаты имели температуру -60. Они просто не успели бы за время эксперимента настолько промерзнуть. Остается только гадать.

[dimas]

... ставим опыты на себе, и на уровне субъективных ощущений давно уже осознали неэффективность дрожательного термогенеза в сравнении с интенсификацией недрожательного термогенеза через переоткрытую нами практику туммо...

Вряд ли Вам удастся (во всяком случае, не в этой аудитории), уважаемый Ринад Султанович, построить "обоснование" эффективности/неэффективности на сведении всего мышечного термогенеза к холодовой дрожи, равно как не удастся весь эффект от гормонального разобщения окислительного фосфорилирования (в котором, кстати, активнее митохондрий мышечных клеток участвуют, пожалуй, лишь митохондрии клетки бурого жира) приписать к заслугам внутриальвеолярного горения, якобы активизируемого во время демонстрации фокуса-покуса на морозе.

[dimas]

... 13% это очень сильно завышенное значение. Теплоемкость газа маленькая. Потери где-то 15 ккал. час...

Вы попробуйте, ув. Kom, учитывать не только и не столько теплопотери на обогрев вдыхаемого воздуха, сколько теплопотери во время выдоха, когда буквально из "ядра" происходит теплоотведение с выдыхаемой влагой. Я уже писал и могу напомнить о феномене "арктической жажды". Так вот, полярный исследователь Нансен, кроме всего прочего прославился изобретением печки особой конструкции, которая позволяла во время приготовления пищи растапливать лед и снег, тем самым добывать воду, а местные аборигены делают то же самое при помощи другой "чудо-печки" (мышц своего тела) - растапливают снег в нательном мешке из тюленьих кишок. Холодный воздух слишком сух, что неприемлемо для нормального функционирования альвеол и мерцательного эпителия верхних дыхательных путей, поэтому вместо обычных для средних широт потерь жидкости на увлажнение вдыхаемого воздуха, происходят втрое большие потери влаги.
Теплопотери испарением происходят как с поверхности тела, так и через верхние дыхательные пути. Если человек одет (как вариант - накрыт простынью), теплопотери испарением с поверхности тела снижаются и доля легких в этом процессе составляет порядка 30% - для средних широт и 40% - для северных широт (прошу не путать с общими теплопотерями, т.е. рассматриваем только теплопотери испарением).

[Kom]

dimas, потеря влаги из легких и с поверхности тела, это разные вещи.
При испарении с тела, тело реально охлаждается. При потере теплой влаги через легкие реально тело не охлаждается(?). Просто уменьшается вес тела и идут потери на нагревание вдыхаемого воздуха. Если мы, например, отрежем телу ногу, то температура тела не уменьшится, хотя формально теплопотери будут, если продолжать считать ногу(воду) частью тела.
Или при распаде СССР можно считать, что потеряли Украину, а можно считать, что Россия в границах РСФСР осталась при своих.
Это, правда, если считать выделение воды в легких типа выплюнуть, что может быть и не совсем так. :(
А напомните нам что мы хотим подсчитать и зачем. А мы физикой увлеклись в ущерб смыслу.

[dimas]

...потеря влаги из легких и с поверхности тела, это разные вещи...

Речь идет совсем о других разных потерях, а именно - потери тепла при вдохе (на нагрев вдыхаемого воздуха) и при выдохе (отвод тепла с влагой из "ядра") это разные потери, аналогия с отрезанной ногой не очень подходит, больше подходит аналогия с поддувалом и дымоходом печи, т.е. теплопотери на нагрев поступающего воздуха это ничто по сравнению с теплопотерями с уходящим дымом.
Иными словами выражаясь, речь идет все о тех же 10-13% теплопотерь, которые происходят не только за счет нагрева вдыхаемого воздуха, но и за счет потерь горячей влаги и которые(теплопотери) на самом деле на морозе даже несколько большие, нежели при нормальной температуре. Если Вы помните, то отвод тепла от тела идет тремя путями - конвекцией (обдувание воздухом), испарением влаги (с поверхности тела и через дыхательные пути) и излучением. Так вот, если рассматривать только испарение влаги, то надеюсь понятно, что теплоотдача таким путем идет тем активнее, чем больше разница во влажности (вымороженный воздух - сух, по этой причине он активно смачивается слизистой оболочкой верхних дыхательных путей и с каждым выдохом человек кроме воздуха теряет некоторое количество нагретой жидкости).
Уважаемые коллеги садятся на коврик, накрываются простынью (защищаются от обдувания воздухом), совершают задержки дыхания (сиречь реже выдыхают и меньше теряют горячей влаги в единицу времени), согреваются дополнительно сокращая абдоминальную группу мышц, а так же от тонического напряжения остальных мышц, активизации бурого жира и внутренних органов (гормон-зависимоге разобщенное фосфориллирование).
Это все в совокупности позволяет им проводить мистерии с простынями, как только производимого тепла и мер по его сохранению перестат хватать - начинается холодовая дрожь, коврик сворачивается, фокус-покус не удался.

[Ринад С. Минвалеев]

Уважаемый Kom,
Вы вроде бы, наконец, освоили расчетную теплофизику. Так предложите Ваши оценки теплопотерь обнаженного человека в условиях холода
Уважаемый dimas,
все замечательно, только попробуйте повторить этот фокус-покус, хоть с простынями, хоть без них, на ветру или под водопадом, и через пять минут начнется сильнейшая холодовая дрожь, которую Вы уже признаете по тексту предыдущего сообщения бесполезной

[Kom]

теплопотери на нагрев поступающего воздуха это ничто по сравнению с теплопотерями с уходящим дымом.

Как владелец четырех печек подтверждаю, что потери с дымом это ничто. Т.е. их нет. Есть потери дров. Т.е. они не зависят от температуры печки. Горячий дым - это не потери тепла дома. Потери - это потери на нагрев воздуха взамен ушедшего через поддувало.
Пописать - это не потери тепла. Предположим я пописал даже на 5 литров. Ну и что? Температура тела изменилась? С чего? Но остывать начну чуть быстрее ведь масса уменьшилась.
Испарений на морозе, я думаю, практически нет. Сосуды ссужены до предела.
А потери на испарения влаги из легких придется добавить. Вот только как их оценить?

коврик сворачивается, фокус-покус не удался.

Т.е. в горах на солнышке туммить сможет практически любой.
А на равнине в безветренную погоду любой, имеющий подкожный жирок и метаболизм выше среднего?

[dimas]

...уже признаете по тексту предыдущего сообщения бесполезной.

Уважаемый Ринад Султанович, иногда бывает полезным перепрочесть всю ветку от самого начала, дабы восстановить для себя канву обсуждения.

...Горячий дым - это не потери тепла дома...

Каковым, в таком случае, является предназначение заслонки на дымоходе?

... Вот только как их оценить?...

Для средних широт суточные потери влаги через верхние дыхательные пути грубо составляют пол-литра, для северных - полтора.

[Kom]

Каковым, в таком случае, является предназначение заслонки на дымоходе?

Давайте на аналогиях.
Горячий дым соответствует непереваренной пище или упущенной выгоде. Т.е. потенциально он греет, но его потери это не потери реального тепла. Нагретая печка это уже оприходованное тепло за которое надо отчитываться. Вот тут и нужна заслонка. От потери горячего дыма она не спасает, закроешь раньше - угоришь, но от потери теплого воздуха из дома через поддувало-трубу она спасает. А в открытых каминах просто обязательна. Там диаметр трубы не меньше 25 см - любое тепло моментально улетучится.

для северных - полтора.

Нет причин сомневаться, но цифры поражают. Сколько же они пьют?
Выяснил - 2,5 литра. Потери 100г воды в час вообще-то в балансе надо учитывать. Это уже не нагрев вдыхаемого воздуха.
А вот с влажностью теперь непонятки. В континентальном климате на открытом воздухе при сильных морозах влага просто вымерзает и воздух становится сухим.
В закрытой барокамере при охлаждении влажность быстро увеличивается до 100% в точке росы. Но влажность также может искусственно устанавливаться при обмене воздуха и поддерживаться в нужных пределах. Если имитируется высокогорье, то воздух должен быть сухим.

[dimas]

ОК, давайте на аналогиях. Нагляднее всего будет аналогия с тонкостенной печкой типа "буржуйка". Если не прикрыть заслонку на дымоходе, львиная доля тепла, выделяемого при горении, будет вылетать с дымом в трубу (последняя в таких случаях накаляется до красна), прикрыв заслонку мы моментально получаем эффект увеличения теплоотдачи внутрь помещения. Аналогичным образом происходит и в организме - энергетические субстраты окисляются в клеточных митохондриях производя тепло, последнее принудительно отводитcя кровотоком внутрь ядра, так в нем поддерживается постоянная температура, если же тепло принудительно из ядра отводить (выдыхать горячую влагу), оно будет соответственно охлаждаться. Собственно так мы охлаждаемся в жару в парилке, например, именно для увеличения теплоотдачи учащается дыхание, точно так же мы, хотя и вынужденно, охлаждаемся и на морозе. Одним из морфофункциональных изменений в организме коренных жителей северных широт является именно снижение испарения влаги со слизистой респираторного тракта.

...Нет причин сомневаться, но цифры поражают. Сколько же они пьют?...

У них, если гость заходит в чум, даже не спрашивают будет ли тот пить чай (считается дурным тоном при постоянной полярной жажде), это само собой разумеется, чай пьют часто и целыми чайниками.

[Kom]

прикрыв заслонку мы моментально получаем эффект увеличения теплоотдачи внутрь помещения.

Угорим мы моментально или задохнемся, если прекратим дышать. Но если умеренно, то согласен. Тут многозначность слова "прикрыл" добавляет ненужной дискуссии.

Собственно так мы охлаждаемся в жару в парилке, например, именно для увеличения теплоотдачи учащается дыхание

Не заметил, но проверю. Вдыхаем-то воздух намного горячее, чем ядро, так что эффект от учащенного дыхания сомнительный.

[dimas]

...Угорим мы моментально или задохнемся, если прекратим дышать...

Лично пользую канадский вариант "буржуйки" (Bullerian), там даже если до конца закрыть обе заслонки (поддувало и дымоход) тяга через технологические отверстия все-равно остается и немалая, во всяком случае я еще не угорел ни разу.

...эффект от учащенного дыхания сомнительный.

Дык, если никакого другого эффекта (излучение и конвекция) в условиях сауны не остается, приходится довольствоваться последним (оттого-то мы в парилке и не можем просидеть очень долго), а во влажной парной мы и этот эффект не используем - выделяемая влага не испаряется и стекает ручейками по телу.
На самом деле эффект не такой уж и сомнительный, судите сами - испаряя с поверхности тела или со слизистой оболочки верхних дыхательных путей 2 мл воды, по грубым подсчетам, мы отводим от тела одну килокалорию тепла.

[Ринад С. Минвалеев]

Уважаемый dimas,
относительно Вашего заявления:

испаряя с поверхности тела или со слизистой оболочки верхних дыхательных путей 2 мл воды, по грубым подсчетам, мы отводим от тела одну килокалорию тепла.

Не совсем так, а точнее, совсем не так 8) . Удельная теплота парообразования воды (538.9 ккал/кг) действительно дает такой результат "грубого подсчета" при... температуре кипения воды в 100 град. Хохма, однако, состоит в том, что тепломассообмен при непосредственном контакте газа (воздуха) с жидкостью (пот) обеспечивает испарение жидкости без подвода тепла извне (адиабатный процесс). Теплота, затрачиваемая на испарение, отбирается от газа - происходит взаимокомпенсация теплоты парообразования (скрытой и явной теплоты). Подробнее см.: Андреев Е.А. Механизм тепломассообмена газа с жидкостью. Л.: Энергоатомиздат, 1990 (с. 64). Именно так, например, испаряется вода в аквариуме 8), и осуществляется так называемая неощутимая перспирация.

[oleg_]

В +20 я не верю или докажите.

Не верите во что ? Что в опытах Ринада кожа не охлаждается ниже 20С или что при более низкой температуре будет холодно, а значит некомфортно. Ринад утверждает, что им было комфортно. А я мерял температуру стоп термометром . В комнате, не на улице, но при падении температуры стоп до 15С было ощущение что ноги мерзнут.

Гораздо ближе к теме учебники по расчету одежды.

Не думаю. Мы рассматриваем опыты без одежды. Учет одежды - это совсем другая история.

только напомню, что излучение не самая большая величина в нашем случае

Хочется напомнить, что в нашем случае это 300 ватт, т.е. около 30%. Это очень существенно.

Существенно, но не на первом месте. В случае человека есть еще теплота, отдаваемую испарением с поверхности кожи. А она достаточно велика при большой метаболической теплоте. Еще раз напомню, что у нас человек не лежит на диване, а продуцирует очень большое количество тепла.

Для излучения - да, но в формуле у Ринада разность. А вычитается поглощение. И вот поглощение должно очень сильно зависеть от спектра. А как вообще поглощение считать идеи есть?

Разность учитывает не воздух, а скорее ограждения , имеющие температуру воздуха. Сам воздух тоже излучает, но несильно, одно- и двухатомные газы можно не учитывать вообще, все определится наличием трехатомных - воды и углекислого газа , а на улице и при морозе это тоже немного . Так что можно даже убрать вычитаемое из разницы, только эта величина может быть немного завышенной.

Вопрос на засыпку - отопительные батареи, они чем греют ?

Засыпали. Обогреватель 1 квт, площадь 1 м2, температура 80С. Конвекция - 300вт, излучение - 300вт. Куда потерялось еще 400?
Для двухкиловатного нагревателя ситуация с расчетами еще хуже.

Боюсь, что цифры с потолка. Обогреватель известной мощности и известной площади будут иметь именно такую температуру, чтобы потери конвекцией и радиацией в сумме были равны потребляемой мощности . Только вот грамотный расчет радиационных потерь в случае обогревателя в квартире произвести довольно сложно. Да и конвекция в случае радиатора , и не плоской пластины тоже требует использования специальных формул. Эмпирика рулит.
А подвох в вопросе был в том, что многие не подозревают о существенных потерях на излучение.

[oleg_]

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно определить приближенно как αк=λ/δ, где λ, – коэффициент теплопроводности газа пограничного слоя, Вт/ (м ·°С); δ –толщина пограничного слоя омывающего газа.Удерживаемый на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до 4...8 мм при скорости движения воздуха w = 0) препятствует отдаче теплоты конвекцией.

Хмм, это весьма упрощенный подход. Это не конвекция, а теплопроводность в некотором неподвижном слое газа. Конвекция как-раз - это движение газа. Газ нагревается поверхностью, становится легче, уходит вверх, а на его место приходит новая порция газа . Действительно, иногда используют эффективную толщину слоя газа , но она зависит и от температуры и от конфигурации поверхности. И даже по этой логике конвекция будут не 4,06 Вт/ (м •°С) , а от 2,5 до 6,5 Вт/ (м •°С). Плюс при увеличении разности температур коэффициент конвекции увеличивается. Плюс на улице дует ветер . Почти всегда.

[Kom]

Лично пользую канадский вариант "буржуйки" (Bullerian), там даже если до конца закрыть обе заслонки

Булерьян-Бренеран вообще-то газогенераторные печи (не считая банных и каминов) и конструкция заслонки в ней специально спроектирована для газогенераторного режима. В обычной печной вьюшке щелей не остается, она практически герметична. Угорание в деревенских домах - обычное дело.

Теплота, затрачиваемая на испарение, отбирается от газа - происходит взаимокомпенсация теплоты парообразования (скрытой и явной теплоты). Подробнее см.: Андреев Е.А. Механизм тепломассообмена газа с жидкостью. Л.: Энергоатомиздат, 1990 (с. 64). Именно так, например, испаряется вода в аквариуме Cool, и осуществляется так называемая неощутимая перспирация.

Ринад, как всегда, верен себе. Теперь вот откопал изобретателя вечного двигателя Андреева. Со школы всем хорошо звестно, что вода в аквариуме всегда холоднее температуры воздуха. Андреев, а теперь и Ринад, смело опровергают застаревшие мифы.
Осталось теперь выяснить самую малость: как человек может поддерживать температуру ядра 37, при окружающей температуре +38, если тело не охлаждается при испарении воды с поверхности кожи.

[Kom]

2 Олег

И даже по этой логике конвекция будут не 4,06 Вт

4 ватта это данные для комфортной температуры. Для человека на морозе у вас что-нибудь есть?

Существенно, но не на первом месте.

По всем учебникам отдача тепла радиацией при "комнатной" температуре составляет 50%. При повышении окружающей температуры, естественно, она сходит на нет. На морозе испарение сходит на нет. Каково соотношение на морозе остается только гадать.

Не верите во что ?

Не верю, что у человека, плавающего в холодной воде, средняя температура кожи равна 20 градусам и не может быть намного ниже. О комфорте речь не идет.

Не думаю. Мы рассматриваем опыты без одежды. Учет одежды - это совсем другая история.

Учет одежды в этих статьях начинается после расчетов по человеку без одежды.

Только вот грамотный расчет радиационных потерь в случае обогревателя в квартире произвести довольно сложно.

Это конечно. Для человека на морозе намного проще. У плоского радиатора (в самом простом случае - пластина текстолита с нагревателем типа "доброго тепла") ведь ни поверхность, ни ее температуру измерить невозможно. (это юмор).

[Ринад С. Минвалеев]

Уважаемый Kom,
относительно Вашего очередного недоумения

как человек может поддерживать температуру ядра 37, при окружающей температуре +38, если тело не охлаждается при испарении воды с поверхности кожи.

Просто внимательно перечитайте заявление ув. dimas'а об одной килокалории, которую надо, якобы, затратить на испарение 2 мл воды и мой ответ, из которого следует необходимость значительного снижения теплопотерь испарением, и что не следует приравнивать его к испарению при кипячении воды.

[Kom]

Теплота, затрачиваемая на испарение, отбирается от газа

Ринад, внимательно перечитайте Ваш ответ, а потом еще раз.
Это экстремизм в физике. Тут не значительное снижение, тут отрицание охлаждения кожи (воды в аквариуме) в результате испарения. Я так считал, что при испарении воды и льда, расширении газа - температура понижается, при конденсировании пара, сжимании газа - температура повышается.
Если сформулировать мягче: и от воды, и от газа, то я не против. Хотя теплоемкость газа мы уже, кажется, обсуждали - несоизмерима с водой-кожей.
Испарение также происходит при полном отсутствии газа вообще.