4.3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДЕЖДЫ И ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ НА ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА

  Главная     Учебники -  Кройка, шитьё     Гигиена одежды Делль Р.А.

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

 

4.3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДЕЖДЫ И ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ НА ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА

Влияние вида одежды на показатели теплозащитных свойств.

В связи с тем что теплоизоляционные свойства одежды во многом определяются подвижностью заключенного в ней воздуха, следует предположить, что тепловое состояние человека при прочих равных условиях будет зависеть от вида одежды, обусловливающей различное попадание наружного воздуха в пододежное пространство.

В табл. 4.1 приведены некоторые физиолого-гигиеническне Показатели, позволяющие оценить теплоизоляционные свойства одежды различного вида в условиях относительно спокойного воздуха

Данные таблицы показывают, что наибольшими теплоизоляционными свойствами обладает комбинезон По отношению к тепловому сопротивлению комбинезона тепловое сопротивление куртки и брюк составляет 94,5%, пальто — 91,5%. Большее, чем у пальто, тепловое сопротивление комбинезона и куртки с брюками в условиях относительно спокойного воздуха обусловлено большим утеплением нижних конечностей (табл. 4.2). Каких-либо существенных различий в теплоизоляции туловища не наблюдается.

При движении человека теплоизоляционные свойства его одежды снижаются. Во время ходьбы (3—3,5 км/ч) теплопотери человека, одетого в комбинезон или куртку с брюками, увеличиваются на 6—8%, одетого в пальто — на 24%. При этом тепловое сопротивление одежды в первых двух случаях уменьшается на 5,5—7,5%, а во втором — на 20%. Наибольшие различия наблюдаются в области нижних конечностей. Тепловой поток: в области нижних конечностей во время ходьбы увеличивается» у одетых в комбинезон или куртку с брюками на 16,4%, в пальто— на 36,9%. Тепловое сопротивление одежды в этой области снижается соответственно на 13,6 и 28,4%. Если теплоизоляционные свойства одежды в комплекте с комбинезоном принять за 100%, то тепловое сопротивление одежды, включающей в себя куртку и брюки, составит 91%, пальто — 77%.

Снижение теплоизоляционных свойств одежды во время движений может играть и положительную роль (например, при поддержании теплового баланса человека в процессе выполнения им физической работы). Так, во время ходьбы (со скоростью около 3 км/ч) энерготраты человека, одетого в палы о, увеличиваются примерно на 36%, а теплопотери радиацией и конвекцией— на 24%, т. е. большая часть дополнительно образующегося в организме тепла фактически отдается по внешнюю среду за счет усиления вентиляции пододежного пространства. При той же физической активности в организме человека, одетого в комбинезон, происходит накопление тепла, так как энерготраты в данном случае увеличиваются намного больше (на 36%), чем теплопотери (на 6%). Поэтому в комбинезоне, куртке и брюках должны быть предусмотрены специальные устройства, способствующие вентиляции пододежного пространства и снижению теплоизоляционных свойств одежды при усилении физической деятельности.

 

Теплоизоляционные свойства одежды при различном прилегании ее к поверхности тела человека. Теплоизоляционные свойства одежды во многом определяются толщиной ее пакета, которая включает в себя толщину материалов и толщину воздушных прослоек. Исходя из этого следовало ожидать, что путем увеличения толщины воздушных прослоек в одежде можно повысить ее тепловое сопротивление. Однако результаты исследований ряда авторов показывают, что эффективно это лишь в определенных пределах толщины воздушных прослоек (<=5 мм).

При ветре роль воздушных прослоек в повышении теплового сопротивления уменьшается. В этих условиях определенное значение имеет воздухопроницаемость пакета материалов одежды. Например, при воздухопроницаемости, равной 60 дм3/(м2-с), тепловое сопротивление пакета материалов, плотно прилегающего к поверхности прибора, оказывается больше, чем при наличии воздушной прослойки. Следует также ожидать, что эффективность воздушных прослоек в повышении теплового сопротивления одежды зависит от ее вида.

Исследования [4.4] показали, что тепловое сопротивление расклешенного пальто ниже, чем плотно прилегающего. Это можно объяснить большей конвекцией воздуха под расклешенным пальто. Однако можно предположить, что в «замкнутой» одежде подвижность воздуха в пододежном пространстве меньше, в результате чего и воздушная прослойка, обусловленная степенью прилегания одежды к поверхности тела человека, играет положительную роль.

Авторами [4.5] исследованы два комбинезона, пакет материалов которых состоял из ткани верха (капроновая), утеплителя (один слой полушерстяного вязально-прошивного ватина), подкладки (сатин). Толщина пакета материалов комбинезона составляла 5,3 мм (при давлении 196 Па), воздухопроницаемость— 58 дм3/(м2-с).

Комбинезоны отличались один от другого степенью прилегания к телу и были сконструированы с учетом особенностей конкретной фигуры (табл. 4.3). Припуск на свободу облегания во втором комбинезоне был стандартным, принятым для данного вида изделия с целью обеспечения свободы движений человека.
 

 

а температура кожи выше. Исключение, как было отмечено ранее, составляет область поясницы. Это дает основание говорить о необходимости плотного прилегания одежды в этой области с целью предотвращения ее охлаждения при воздействии ветра.

Таким образом, преимущество имеет одежда «замкнутого» типа (комбинезон, или куртка и брюки, или полукомбинезон), свободно облегающая тело человека. В этом случае при проектировании верхней одежды необходимо учитывать толщину предметов одежды, надеваемых под нее, чтобы сохранить определенную свободу облегания тела изделием. При проектировании одежды «открытого» типа (пальто, куртки) необходимо обеспечивать плотное прилегание ее к поверхности тела

С целью определения наиболее оптимальных припусков на свободное облегание в области груди (Л,) ив области талии (Пт) для сохранения теплового баланса были проведены исследования в микроклиматической камере. Физиолого-гигиенической оценке были подвергнуты комплекты зимней спецодежды с различными припусками на свободное облегание (табл. 4.4).

Принимая во внимание, что тепловое сопротивление воздушных прослоек в одежде определяется степенью их инертности [4.3], а последняя при прочих равных условиях зависит от скорости ветра, воздухопроницаемости пакета материалов, интенсивности физической работы, для исследований были выбраны соответствующие условия. Полученные результаты показали, что в относительно спокойном наружном воздухе увеличение припуска на свободное облегание с 15 до 19 см сопровождается
 

 

некоторым увеличением Rcум комплекта спецодежды как для случая пребывания человека в состоянии физического покоя Дна 10%), так и при выполнении физической работы (на 7%*). Данное увеличение Rcyм эквивалентно увеличению толщины пакета материалов соответственно на 4 и 1,6 мм.

При выполнении физической работы, обусловливающей вентиляцию пододежного пространства, Rcyм одежды с припуском 19 см снижается несколько больше (на 16%), чем с припусками 15 и 17 см (на 12—14%). При ветре, наоборот, Rcyм комплекта одежды обратно пропорционально величине припуска, причем чем больше скорость ветра и воздухопроницаемость пакета материалов, тем в большей мере выражена эта зависимость [4.5].

Данная закономерность определяет и требования к припускам на свободное облегание одежды согласно условиям, в которых предполагается ее эксплуатация:

в одежде (вида куртка и брюки, комбинезон), предназначаемой для защиты от пониженных температур в закрытых помещениях (например, при работе в холодильных камерах) или в климатических регионах, где преобладает относительно небольшая скорость ветра (>2 м/с), целесообразно предусматривать наибольший припуск на свободное облегание (Пг =  19 см) с учетом указанной выше эквивалентной поправки на толщину пакета материалов;

при проектировании одежды того же вида для эксплуатации в районах с преобладанием высоких скоростей ветра (>2 м/с) более благоприятными в отношении повышения теплозащитных функций являются меньшие припуски на свободное облегание (Пг= 15—16 см), особенно если в качестве верха спецодежды применяются материалы с воздухопроницаемостью более 15 дм3/(м2-с) (при р = 196 Па).

Конструктивные элементы и их роль в регулировании теплозащитных свойств одежды. Регулирование теплозащитных свойств особенно важно применительно к одежде специального назначения, когда в течение рабочей смены изменяются интенсивность физической работы (чередующейся с периодами отдыха) человека и метеорологические условия (температура воздуха, скорость ветра, интенсивность солнечного излучения). Оно может быть осуществлено благодаря применению многослойных утеплителей (пристегивающихся к основному материалу, утепляющей прокладки, утепленного белья и т. д.) и различных вентиляционных устройств. Регулирование Rcyм одежды осуществляется в этом случае за счет изменения толщины утеплителя путем комбинирования его слоев или путем нарушения инертности воздушных прослоек.

 

Защита от ветра (помимо использования материалов соответствующей воздухопроницаемости, см. ниже) может быть обеспечена специальными клапанами по линии застежки куртки и брюк, капюшоном, напульсниками, конструктивными элементами, защищающими лицо [4.5].

Одно из требований к вентиляционным устройствам в одежде зимнего назначения — предупреждение попадания наружного холодного воздуха в пододежное пространство (между поверхностью тела и первым слоем одежды). Несоблюдение этого требования, особенно на фоне общего перегревания при физической работе и повышенного потоотделения, может быть причиной возникновения заболеваний простудного характера.

Наиболее целесообразным является комплект зимней одежды, утеплитель в которой выполнен разъемным: пристегивающимся к материалу верха или в виде утепленного белья [4.5]. В этом случае вентиляционные устройства целесообразно располагать в верхнем костюме таким образом, чтобы холодный наружный воздух проходил между двумя слоями утеплителя и не вызывал чрезмерного охлаждения поверхности тела.

Результаты физиолого-гигиенических исследований комплекта зимней спецодежды с вентиляционными устройствами показали [4.5], что они оказывают существенное влияние на показатели микроклимата под одеждой и теплоотдачу организма.

Вентиляционные отверстия, особенно при ветре, снижая суммарное тепловое сопротивление комплекта спецодежды, расширяют температурный диапазон, в котором может сохраняться тепловое состояние человека на уровне оптимального или допустимого. Например, открывание застежек-молний, располагающихся в средней части рукава (на внутренней поверхности), нижней части куртки (спереди и сзади), при скорости ветра

5 м/с приводит к увеличению средневзвешенного теплового потока на 11% (в области туловища на 22%). Суммарное тепловое сопротивление комплекта одежды в целом уменьшается на 12%, что эквивалентно расширению комфортного диапазона температуры наружного воздуха (при уровне энерготрат человека 290 Вт) на 5,5 °С. Это означает, что если комплект спецодежды с закрытыми вентиляционными отверстиями обеспечивает тепловой комфорт при tв = —15 °С, то с открытыми — при tв — —9,5°С. Выполнение работ при этой температуре воздуха с закрытыми вентиляционными отверстиями приводит к перегреванию организма, которое может вызвать снижение работоспособности и повлечь за собой простудные заболевания.

Применение вентиляционных устройств в зимней одежде эффективно лишь в том случае, если их локализация учитывает характер физической деятельности человека. Так, в брюках для уменьшения теплоизоляции нижней половины тела вентиляционные отверстия (если работа связана с интенсивной ходьбой) целесообразно располагать в области боковых швов (бедра).
Как уже упоминалось (см. п. 4.2), теплоизоляционные свойства одежды в основном (особенно при относительно спокойном воздухе) определяются толщиной пакета материалов.  Однако согласно изложенному выше на их показатели оказывают влияние и особенности конструктивных решений, в связи с чем ниже рассматривается зависимость суммарного теплового сопротивления готовой одежды от толщины пакета ее материалов.
 

Влияние толщины пакета материалов на суммарное тепловое сопротивление одежды. Как говорилось выше, теплоизоляционные свойства материалов обусловлены главным образом присутствием заключенного в них инертного воздуха и мало зависят от вида волокон. Между тепловым сопротивлением материалов или пакетов материалов и их толщиной существует прямолинейная связь, которая несколько нарушается для пакетов материалов большой толщины (>=16 мм). Эти данные позволяют практически, исходя из толщины пакета материалов, подойти к проектированию одежды с необходимой величиной теплового сопротивления.

Данные, полученные при исследовании зависимости теплового сопротивления готового изделия (комбинезона, куртки и брюк) от толщины пакета его материалов, показали, что эта зависимость имеет криволинейный характер (рис. 4.1) и может быть представлена следующим уравнением:



Определенное значение в этом случае имеет вид изделия. Например, эффективность утепления (т. е. степень увеличения теплового сопротивления одежды на единицу толщины пакета материалов) за счет увеличения толщины пакета материалов в изделиях вида комбинезон, куртка и брюки выше, чем в изделии вида пальто.

Наибольшие изменения теплового сопротивления одежды (вида комбинезон, куртка и брюки) наблюдаются при увеличении толщины пакета материалов от 0 до 11 мм. На этом участке графика (см. рис. 4.1) зависимость близка к линейной. Увеличение толщины пакета материалов одежды более 23 мм приводит лишь к незначительному увеличению теплового сопротивления одежды в целом. По мере увеличения толщины пакета материалов уменьшается доля теплового сопротивления воздушных прослоек (табл. 4.5), что является отрицательным фактором, так как повышается материалоемкость одежды.

Уменьшение доли воздушных прослоек служит одной из причин нелинейной зависимости теплового сопротивления одежды от толщины пакета ее материалов. Поэтому при разработке одежды для защиты от холода важно сохранить стабильное соотношение между тепловыми сопротивлениями воздушных прослоек и непосредственно материалов.

Для пальто практически предельной является толщина пакета материалов, равная 13,5 мм. Зависимость теплоизоляционных свойств одежды, в комплект которой входит пальто, от толщины пакета материалов в определенном диапазоне может бы
ть выражена уравнениями

 

 

Эффективность утепления различных областей тела человека неодинакова. Наибольшая она в области туловища, наименьшая в области головы, кистей, стоп. Одной из причин неодинаковой эффективности утепления служит различный радиус кривизны этих областей.

В одежде, в комплект которой входит пальто, наименьшая-эффективность утепления наблюдается в области бедер, для которой характерна усиленная вентиляция пододежного пространства. Поэтому утепление бедер путем увеличения толщины пальто на этом участке нецелесообразно.

Неодинаковая эффективность утепления различных областей тела человека была положена в основу распределения теплоизоляционных материалов в одежде. При этом исходили из того, что если эффективность утепления различных областей тела человека неодинакова, то целесообразно в большей степени увеличивать толщину пакета материалов на тех участках одежды, где благодаря этому можно достичь и большего увеличения теплового сопротивления (например, в областях туловища, плеча), так как увеличение толщины пакета материалов на других участках одежды после достижения определенного предела не приводит к повышению теплоизоляционных свойств одежды.

Показателем эффективности утепления каждого участка тела человека служит отношение суммарного теплового сопротивления одежды, определенного на этом участке, к средневзвешенной величине теплового сопротивления одежды в целом. Чем выше средневзвешенная толщина одежды, тем бол
ее  неравномерна теплоизоляция различных областей тела человека



Зная, какую средневзвешенную толщину пакет материалов должна иметь одежда, чтобы обеспечивать необходимый теплоизоляционный эффект, можно рассчитать рациональную толщину пакета материалов на каждом ее участке. Данный подход к вопросу тепления различных областей тела человека позволяет повысить тепловое сопротивление одежды в целом, не увеличивая общего расхода материалов.

Одновременно такая одежда создает благоприятные условия для теплоотдачи с различных областей тела и обеспечивает нормальную топографию температуры кожи.

 

Зависимость показателей теплозащитных свойств одежды от скорости ветра и воздухопроницаемости пакета материалов. Так как теплоизоляционные свойства одежды обусловлены в основном заключенным в ней инертным слоем воздуха, ветер, проникая внутрь одежды и усиливая конвекцию в материалах и пододежном пространстве, снижает ее защитный эффект. Данные, имеющиеся в литературе, свидетельствуют о том, что в условиях ветрового воздействия теплоизоляционные свойства пакета материалов и одежды в целом зависят в большей степени от их воздухопроницаемости [1.6; 2.1; 4.3].

Несмотря на то что вопросу влияния ветра и воздухопроницаемости материалов на теплоизоляционные свойства одежды поевгщено много исследований, все же эти данные, полученные в основном на теплофизических приборах, не отражают всего многообразия факторов, относящихся к готовой одежде при эксплу
атации ее человеком.

Показатели теплозащитных свойств одежды «закрытого» типа (куртка и брюки, комбинезон). В условиях ветра различия в суммарном тепловом сопротивлении участков одежды, обусловленные различной толщиной пакета материалов, сглаживаются, если эти участки подвергаются непосредственному воздействию движущегося воздуха. Так, при относительно спокойном воздухе увеличение толщины пакета материалов в области плеча с 23 до 36 мм приводит к повышению суммарного теплового сопротивления на 15%, а при скорости ветра 4 и 10 м/с (при условии обдувания плеча) различия в теплоизоляции этого участка при воздухопроницаемости пакета материала, приблизительно равной 40 дм3(м2
/ с), практически сглаживаются. Происходит это, по-видимому, потому, что с увеличением толщийы теплоизоляционного слоя в нем происходит усиление конвекции. Этот факт, наблюдаемый при относительно спокойном воздухе и являющийся одной из причин нелинейной зависимости теплового сопротивления одежды от ее толщины, приобретает в условиях ветра еще большую значимость Однако зависимость средневзвешенного тепЛевого сопротивлений одежды от толщины пакета ее материалов сохраняется и в условиях ветра, так как воздействию ветра подвергается лишь часть поверхности тела человека Например, при увеличении толщины пакета материалов-с 23 до 36 мм тепловое сопротивление одежды вне зависимости от скорости ветра увеличивается на 10% Зависимость средневзвешенных величин теплового потока, температуры кожи, дефицита тепла в организме и теплового сопротивления одежды от скорости ветра носит линейный характер (рис 4 2)

Степень уменьшения суммарного теплового сопротивления одежды зависит как от скорости ветра, так и от воздухопроницаемости пакета материалов При этом предполагается, что определенная воздухопроницаемость пакета материалов обеспечивается благодаря основной ткани либо специальной прокладке, размещаемой под основной тканью

Так, при эксплуатации комбинезона, имеющего воздухопроницаемость 7 дм3/(м2 с), средневзвешенный тепловой поток с поверхности тела человека при увеличении скорости ветра на

1 м/с повышается на 1,85 Вт/м2, в то время как при воздухопроницаемости 24, 40, 58 дм7(м2 с) он повышается соответственно на 3,24, 3,6, 6,8 Вт/м2

Средневзвешенная температура кожи человека, одетого в1 комбинезон, имеющий воздухопроницаемость пакета материалов равную 7 дм3/(м2 с), снижается при скорости ветра 10 м/с на 1,8°С, а при воздухопроницаемости, равной 24 дм(м2 с),— на 3,8 °С Если тепловое сопротивление одежды, имеющей воздухопроницаемость 7 дм3/(м2-с), уменьшается при скорости ветра 10 м/с на 20%, то при воздухопроницаемости 24, 40;

58 дм3/(м2 с) оно уменьшается соответственно на 40, 48, 64%. При ходьбе теплоизоляционные свойства одежды дополнительно снижаются приблизительно на 5—10% (соответственно при скорости 3—5 км/ч)

Анализ локальных величин показывает, что зависимость суммарного теплового сопротивления одежды от скорости ветра на обдуваемых участках (в частности, в области плеча, бедра) является линейной лишь при небольшой воздухопроницаемости
одежды — 7 дм3/(м2 с) При большей воздухопроницаемости — 24—40 дм3/(м2 с)—зависимость эта носит криволинейный характер Наибольшие изменения в тепловом сопротивлении обдуваемого участка одежды происходят при скорости ветра до
4 м/с
 


 

С увеличением скорости ветра значимость воздухопроницаемости пакета материалов одежды в сохранении ее теплоизоляционных свойств возрастает. Например, при скорости ветра 2 м/с снижение теплового сопротивления одежды на каждые 10 дм3/(м2 с) увеличения ее воздухопроницаемости составляет 1,25%, а при скорости ветра 4, 6, 8, 10 м/с — соответствен но-3,25 4,5, 5,5, 5,7%

Приведенные данные позволяют выбирать воздухопроницаемость пакета материалов одежды в соответствии с теми скоростями ветра, которые преобладают в предполагаемых районах эксплуатации одежды Кроме того, они дают возможность прогнозировать теплоизоляционные свойства одежды в зависимости, от скорости ветра и воздухопроницаемости Ниже приведено уравнение, позволяющее оценить степень снижения теплового сопротивления одежды данного вида (комбинезон, куртка и брюки) в зависимости от скорости ветра и воздухопроницаемости1 пакета материалов.

С= (0,075В+2) U+5,

где С—.снижение средневзвешенного термического сопротивления одежды, %, В — воздухопроницаемость пакета материалов одежды дм3/(м/ с), U — скорость ветра м/с

Показатели теплозащитных свойств одежды «открытого» типа (пальто). Результаты, полученные при исследовании теплозащитных показателей зимних пальто непосредственно на человеке, свидетельствуют об увеличении интенсивности охлаждения человека с увеличением скорости ветрового потока и воздухопроницаемости пакета материалов одежды

Зависимость средневзвешенного теплового потока от скорости ветра при воздухопроницаемости пакета материалов одежды О—60 дм3/(м2/с) носит линейный характер Следует отметить, что теплопотери человека, одетого в пальто, имеющее воздухопроницаемость 0 и 7 дм3/(м2-с), в диапазоне скоростей до 10 м/с практически одинаковы.

Анализ полученных данных показал, что при скорости ветра .до 2 м/с воздухопроницаемость пальто, равная 0—60 дм3/(м2-с), мало отражается на теплоизоляционных свойствах одежды. Начиная со скорости ветра 4 м/с различия в тепловом сопротивлении одежды, обусловленные воздухопроницаемостью пальто, выражаются более значительно (особенно при скорости ветра —10 м/с).

При ходьбе тепловое сопротивление комплекта одежды, включающего пальто, дополнительно снижается в среднем на 18%

Результаты исследований позволили представить изменения -суммарного теплового сопротивления одежды в зависимости от скорости ветра, воздухопроницаемости пальто и движений человека следующим уравнением
 




Приведенное уравнение позволяет ориентироваться в изменении суммарного теплового сопротивления комплекта одежды, включающего пальто, в зависимости от воздухопроницаемости пакета материалов и скорости ветра. Кроме того, оно дает возможность определять исходное тепловое сопротивление одежды Rсум шт с учетом конкретной воздухопроницаемости пакета материалов пальто и скорости ветра, при которой предполагается его эксплуатация Зная Rсум шт, можно установить средневзвешенную толщину пакета материалов.