het bepalen van de hoeveelheid warmte, die door de mens wordt uitgewisseld met zijn omgeving. Pas na de komst van de eerste wetenschappelijk bruikbare thermometers in 1720 kon de bestudering van de warmteregeling van het menselijk lichaam een kwantitatief karakter krijgen, waartoe men vooral de calorimeter gebruikte. In de praktijk bleek directe calorimetrie (zie Calorimetrie) moeilijk hanteerbaar zodat men, mede onder invloed van problemen bij de bemande ruimtevaart, overging op de indirecte calorimetrie.
Warmteregeling bij de mens wordt gekarakteriseerd door het feit dat de in het lichaam geproduceerde warmte in evenwicht moet komen met de naar de omgeving afgevoerde hoeveelheid en wel zodanig dat een interne temperatuur van 37 °C wordt gehandhaafd. Warmteproduktie en -uitwisseling worden weergegeven als:
M = R + C + D + E
waarin M de metabole warmteproduktie is, R de warmteverliezen door straling, C die door convectie, D die door geleiding en E de afgifte van warmte door zweetvochtverdamping op de huid.
De metabole warmteproduktie M ontstaat door het voortdurend ‘verbranden’ van voedingsstoffen met zuurstof in bijna alle cellen van het lichaam. Via de inademingslucht wordt daarvoor in rust per minuut 0,3 liter zuurstof gebruikt; bij topsport tot 6 liter. Met een calorisch equivalent voor ons voedsel van 21.000 J per liter zuurstof betekent dit dat de warmteproduktie van de mens kan variëren van 100...2000 W; in formule:
M = 350{V′}W − Pex
waarin {V′} de getalwaarde van de gebruikte hoeveelheid zuurstof in liter per minuut is en Pex het uitwendig verrichte lichamelijk vermogen.
Wanneer de oppervlaktetemperatuur van de mens verschilt met die van de omgevende wanden, zal er warmte worden uitgewisseld door straling, waarvan de grootte wordt bepaald door de gemiddelde stralingstemperatuur van de omgeving TR en de oppervlaktetemperatuur van de huid of de kleding TL . Het deel van het lichaamsoppervlak dat effectief deelneemt aan de stralingsuitwisseling hangt o.a. af van de lichaamshouding. In formule:
R = ⍺R (TR − TL)ALFLR
waarin ⍺R de warmteoverdrachtscoëfficiënt voor straling is met een waarde van 5 Wm−2K−1, AL de oppervlakte van het menselijk lichaam met een waarde van 1,8...2 m2, en FLR een correctiefactor voor de lichaamshouding met een waarde 0,7...0,75; R bedraagt onder normale omstandigheden ca. 50 W.
Door de luchtstroom om het lichaam wordt de convectiewarmte C getransporteerd. De grootte daarvan is vooral afhankelijk van de snelheid van deze luchtstroom ten opzichte van het lichaam. Een goede benadering voor omstandigheden met een windsnelheid v = 0,1...5 ms−1 geeft:
C = ⍺C (TL − TO) √(v/0,1 m s−1) AL
waarin ⍺C de warmteoverdrachtscoëfficiënt voor convectie met een waarde van ca. 3 W m−2 K−1 en TO de omgevingstemperatuur. Onder normale omstandigheden is de waarde van deze convectiestroom 30 W. Warmteoverdracht door geleiding treedt op bij direct contact van het lichaam met een vaste stof. Voor staan en zitten zal de waarde van D meestal 5 W niet overschrijden.
Van veel groter en bij het verrichten van arbeid van doorslaggevend belang is de grootte van de wafmteafgifte door zweetverdamping. Onder normale omstandigheden produceren onze zweetklieren per uur 15 gram, onder extreme omstandigheden tot 1200 gram. Met een waarde van de verdampingswarmte voor water van 2400 J g−1 betekent dit dat de door zweten afgegeven hoeveelheid warmte kan variëren van 10...800 W. De waarden worden geheel bepaald door het niveau van de huidtemperatuur en de interne temperatuur van het lichaam. De externe omstandigheden, zoals de luchttemperatuur, kunnen alleen via de warmteregeling in het lichaam invloed uitoefenen op de zweetverdamping. Een berekening van E moet dan ook uit het massaverlies door de verdamping van zweetvocht gebeuren:
E = {ṁEW}0,674 W
waarin {ṁEW} de getalwaarde van het massaverlies door zweetverdamping in gram per uur aangeeft.
Het hele proces van warmteproduktie en -wisseling met de omgeving kan in een vermogensschema worden weergegeven (zie afb.).