Wärmehaushalt und Arbeit

Prof. Dr. med.H. V. Ulmer, FA für Physiologie [email protected]

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Wärmebilanz als Ergebnis von Wärmeproduktion und Wärmeabgabe 1

Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ • •

Wärmeproduktion

In Ruhe

: ca. 100 Watt, würde einen An stieg der Kerntemperatur von ca. 1 °/h be wirken, wenn keine Abgabe stattfände

Bei Muskelarbeit

: Wirkungsgrad besten falls 25 %, d. h. der größte Teil der gestie genen Energiebereitstellung geht als Wärme verloren. Bei 100 Watt Ergometrie Leistung also 300 W Wärme bzw. 400 W Gesamtumsatz.

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Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ Energieumsatz = Wärmeproduktion für verschiedene körperliche Tätigkeiten: SPITZER, H., Th. HETTINGER und G. KAMINSKY: Tafeln für den Energieumsatz bei körperlicher Arbeit. Berlin – Köln, Beuth 1982. 3

Wärmehaushalt und Arbeit ______________________________ Energieumsatz bei 8 h-Schwerstarbeit: • Frauen: 360 Watt ~ 1250 kJ/Arbeitsstunde • Männer: 490 Watt ~ 1700 kJ/Arbeitsstunde Zum Vergleich: Energieumsatz ohne besondere körperliche Aktivitäten • Frauen: 100 Watt ~ 350 kJ/Stunde • Männer: 115 Watt ~ 400 kJ/Stunde Mehranteil durch Schwerstarbeit: Frauen: 900 kJ/h, Männer 1300 kJ/h 4

Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ Wärme

austausch

zwischen Mensch und Umgebung in beiden Richtungen durch • Leitung (Kontakt) • Strahlung (Infrarotstrahlung) Wärme durch

abgabe

von der Haut, begünstigt • Verdunstung • Konvektion (Grenzschichteffekt), begünstigt Leitung und Verdunstung 5

Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ Grenzschicht = an die Haut grenzende Schicht: Isoliereffekt!

Kleidung und Wärmeaustausch: Kleidung • reduziert die freie Haufläche • isoliert gegenüber Hitze und Kälte • verstärkt die Grenzschicht (Isoliereffekt, aber nur, wenn Luft und wenn nicht durch geschwitzt) 6

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Grenzschicht und

Mikroklima

unter der Kleidung • 1. Die Grenzschicht „Luft“ wird durch Verdun stung (perspiratio sensibilis und insensibilis) angefeuchtet : Hemmt die Wärmeabgabe durch Verdunstung • Perspiratio insensibilis = meistens extraglan duläre Feuchtigkeitsabgabe durch Diffusion 7

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Grenzschicht und

Mikroklima

unter der Kleidung • 2. Die Grenzschicht wird durch Leitung angewärmt: Hemmt die Wärmeabgabe durch Leitung • 3. Die Grenzschicht wird durch Kleidung stabilisiert: Hemmt die Konvektion und somit die Wärmeabgabe durch Leitung und Verdunstung 8

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Kleidung und Wärmehaushalt • Kleidung als Kälte- und Nässeschutz • Kleidung als Hitzeschutz bei hohen Trockentemperaturen: Grenzschicht hemmt auch den Wärmeübergang von Luft zu Haut • Kleidung bei starker Wärmeeinstrahlung: Reflektierende Kleidung hemmt die Umsetzung von Wärmestrahlen in Wärme an der Bekleidungsoberfläche 9

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Kleidung und UV.-Schutz Kleidung schützt auch vor UV.-Strahlen • Akut gegen Sonnenbrand • Chronisch - gegen vorzeitige Alterung (Seemanns- oder Landmannshaut) - Hautmalignome 10

Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ Regelwerke • G 21: Kältearbeiten (Räume < - 25° C), • G 30: Hitzearbeiten (je nach Wärme stromdichte, muskulärer Aktivität, Einwir kungsdauer sowie

CNET

). Beurteilungsrelevant:

Korrigierte normale Effektivtemperatur CNET = Klimasummenmaß,

abhängig von Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit 11

Meßtechnik Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ • Trockentemperatur • Feuchttemperatur • Strahlungstemperatur (Globe-Thermometer) • Windgeschwindigkeit (Anemometer) Daraus resultierend: Effektivtemperatur als „Klimasummenmaß“ 12

Wärmehaushalt und Arbeit __________________________ Umgebungstemperaturen • Indifferenztemperatur (physiologisch definiert, Minimum des Energieumsatzes) • Behaglichkeitstemperatur (psychologisch definiert, Skalenwerte) 13

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________

Empfindungsskala für die thermische Behaglichkeit (nach ISO/DIS 10551): "Welche Zahl entspricht Ihrem augenblicklichen Gefühl der Behaglichkeit?„ 4 sehr heiß 3 heiß 2 warm 1 etwas warm 0 neutral 1 etwas kühl 2 kühl -3 kalt -4 sehr kalt

2 Skalen für die Ermittlung der thermischen Behaglichkeit 14

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Balance des Wärmehaushalts (RUPPE, 1995, S. 192) 15

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Behaglichkeitszone und Akzeptanz (nach FANGER, 1973)

Aus: Wenzel und Piekarski, 1982, S. 86

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Wärmehaushalt und Arbeit ________________________

Akklimatisation

• Erste Phase: in wenigen Tagen „hin und zurück“ Schon bei einem verlängerten Wochenende in der Heimat!

• In den ersten Tagen Zurückhaltung mit körperlichen Aktivitäten • Oft hinkt das Durstgefühl nach!

• Bei Auslandseinsätzen: Instruktionen über Hitzschlag (Ursachen, Prophylaxe, Symptome und Soforttherapie) mitgeben! 17

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ 18

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________

Pathophysiologie Hitzeschäden und Kälteschäden

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Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Hitzeschäden • Hitzekollaps = Kreislaufkollaps • Hitzschlag = ZNS-Versagen, oft tödlich • Erhebliche interindividuelle Empfindlichkeit • Eignung nur bedingt vorhersagbar (Ausschluß kriterien prüfen, letztlich: Entscheidung während Hitzeexposition am Arbeitsplatz) • Neulinge daher gut im Auge behalten • Prophylaxe: Reichlich trinken, aber nicht zu viel auf einmal 20

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Hitzeschäden bei Tropenreisen • Arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchung „Aufenthalt im Ausland“ = G 35 21

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Hitzegetränk • Flüssigkeitssubstitution wichtiger als Salzsubstitution • Es muß magenverträglich sein (bei Hitzearbeit Trinkmenge rund 1 Liter/Stunde) • Es muß akzeptabel schmecken (Geschmacksauswahl anbieten) • Es muß hygienisch einwandfrei sein 22

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Kälteschäden • Lokaler Kälteschaden (sog. Erfrierung“) an den Akren, tritt ab Umgebungstempe raturen unter + 4 ° C auf!

• Allgemeine Unterkühlung mit Absinken der Kerntemperatur 23

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ 24

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Notwendiger Kälteschutz durch Bekleidung (nach van DILLA et 25 al., 1968, aus: WENZEL u. PIEKARSKI, 1982, S. 104)

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ 26

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ 27

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Beispiel für passive bauliche Maßnahmen gegen zu hohe Bürotemperaturen im Sommer 28

(aus WENZEL u. PIEKARSKI, 1982, S. 151)

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Aktive Maßnahmen gegen zu hohe Bürotemperaturen im Sommer • Ventilator: Bläst die Grenzschicht weg • Raumklimagerät: Kühlt und trocknet • Klimaanlage: Kühlt, feuchtet an und reinigt (Achtung: Filter als Keimschleudern!) 29

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Behaglichkeitszone und Akzeptanz (nach FANGER, 1973 )

Aus: WENZEL u. PIEKARSKI, 1982, S. 86

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Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Klimatisierung als Konfliktfall!

Man kann es nicht allen recht machen!

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Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ Ende 32

Wärmehaushalt und Arbeit ________________________ RESERVE 33