4.4. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА В СООТВЕТСТВИИ С УСЛОВИЯМИ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

  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  ..

 

 

 

4.4. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА В СООТВЕТСТВИИ С УСЛОВИЯМИ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Для определения теплового сопротивления одежды исходя из формулы

 

 

Rсум = (tк-tв)/q

необходимы сведения о температуре кожи человека tк, температуре воздуха tв и тепловом потоке q Для приближенного расчета теплового потока требуются следующие сведения:

об энерготратах человека Qэт, Вт о тепловой энергии, получаемой извне, Qтв, Вт; о допустимом дефиците тепла в организме Д, кДж;

о времени непрерывного пребывания человека в заданных условиях т, ч;

о термическом коэффициенте полезного действия г]; о потере тепла испарением влаги с поверхности тела человека и верхних дыхательных путей Qисп, Вт;

о затрате тепла на нагревание вдыхаемого воздуха Qдых Вт;

о размере поверхности тела человека S, м2.

Кроме того, для изготовления одежды с заданным тепловым сопротивлением необходимы сведения о скорости ветра и воздухопроницаемости пакета материалов. Все перечисленные выше показатели обусловливают величину теплового сопротивления одежды.

При создании специальной одежды следует учитывать среднюю температуру воздуха рабочей части суток (наиболее вероятную для зимних месяцев того или иного района). При изготовлении одежды бытового назначения можно исходить из среднесуточной температуры, поскольку в суточном изменении температуры ее среднее значение чаще всего приходится на утренние и вечерние часы, когда человек уходит на работу и возвращается с нее

Знание скорости ветра необходимо как для корректирования расчетной величины теплового сопротивления одежды, так ш для выбора материалов требуемой воздухопроницаемости

Количество тепла, получаемого человеком извне за счет солнечной радиации, при расчетах теплового сопротивления зимней одежды можно не учитывать, принимая во внимание возможное снижение температуры воздуха и непостоянный характер радиационного баланса.

Величину теплового сопротивления одежды определяет, как: говорилось выше, длительность пребывания человека на холоде Вполне очевидно, что чем более длительное время человек должен подвергаться воздействию холода, тем большее тепловое сопротивление должна иметь его одежда

При проектировании одежды для защиты от холода можно исходить из того, что человек, эксплуатирующий ее, несколько охлаждается (а не из теплового равновесия организма и окружающей среды). Допущение охлаждения человека (до появления теплоощущений «прохладно») возможно по следующим причинам:

пребывание человека в условиях воздействия охлаждающего фактора ограничено во времени;

определенная степень охлаждения организма активизирует жизнедеятельность, повышая обменно-энергетический уровень, способствуя активности терморегулирующих механизмов и адаптации к условиям холода;

одежда, рассчитанная на некоторое охлаждение, дает возможность человеку работать и при повышенной температуре окружающей среды, а также выполнять физическую работу с большей интенсивностью без перегревания;

из существующих материалов практически нельзя создать одежду, которая бы в условиях низкой температуры окружающей среды обеспечила длительный комфорт при выполнении человеком легкой физической работы или пребывании его в состоянии физического покоя.

Рекомендуется рассчитывать тепловое сопротивление одежды исходя из того, что по истечении заданного времени пребывания человека в условиях охлаждения он оценит свои теплоощущения как «прохладно». На большее охлаждение при проектировании одежды не следует ориентироваться по следующим причинам

фактическая температура окружающей среды может оказаться ниже той средней, которая принималась при расчетах термического сопротивления одежды;

энерготраты человека не носят постоянного характера- периоды более интенсивной работы чередуются с периодами менее интенсивной,

большее охлаждение человека требует и большего времени на обогревание, т е эффективность использования рабочего времени уменьшается,

большее охлаждение организма может быть причиной возникновения простудных заболеваний и снижения работоспособности человека

Методика расчета теплового сопротивления бытовой одежды.

'Чтобы обеспечить требуемое тепловое состояние организма человека, тепловое сопротивление одежды бытового назначения должно соответствовать конкретным условиям ее эксплуатации Однако, учитывая массовый выпуск подобной одежды и принимая во внимание различные факторы, осуществить это практически сложно

В связи с этим при проектировании зимней бытовой одежды целесообразно исходить из климатического районирования территории СССР, проведенного для целей гигиены одежды [4 6]. При этом следует ориентироваться на средние показатели метеорологических условий различных климатических зон СССР.

Непрерывное время пребывания на холоде принимается равным 1 ч, скорость передвижения человека — около 3,2 км/ч (Qэ.т.~209 Вт) При данном уровне энерготрат теплоощущениям «прохладно» соответствуют следующие физиологические показатели: средневзвешенная температура кожи 30±1,3°С, температура стоп 24±1,5°С, дефицит тепла в организме (208± ±84) 103 Дж.

В связи с возможным изменением условий эксплуатации одежды, усиливающих охлаждение организма (например, с понижением температуры воздуха, увеличением времени пребывания на холоде и т д), при расчете теплового сопротивления одежды следует ориентироваться на средний уровень величин указанных выше (30 °С — средневзвешенная температура кожи„ 208-103 Дж — дефицит тепла в организме).

Теплозащитные свойства бытовой одежды определяют в такой последовательности

 Рассчитывают тепловой поток со всей поверхности тела человека. Радиационно-конвективные теплопотери Qрад конв могут быть определены из уравнения теплового баланса

Qpaн конв (Qтв+ D) — Qисп -  Qдых.н.

Тогда тепловой поток на единицу поверхности тела человека (средневзвешенный) будет

Qисп = Qpaн конв/S,

где S — поверхность тела человека, м2.

Потери тепла испарением Qисп с учетом некоторого охлаждения организма человека принимают равными 20% общих теплопотерь. Потери энергии на механическую работу при таком виде физической деятельности, как ходьба, равны 0. Поверхность тела человека (при массе 70 кг и росте 170 см) — 1,8 м2

 

 

2. Определяют тепловой поток с поверхности туловища человека. При проектировании бытовой одежды для защиты от холода (пальто, куртки) необходимо ориентироваться на то, чтобы она в требуемой степени защищала от охлаждения те области тела, которые ею покрываются (в частности, область туловища) .

Согласно ранее приведенным данным [2 1] радиационно-конвективные теплопотери с поверхности туловища человека qтул), находящегося в движении и оценивающего по истечении 1 ч свои теплоощущения как «прохладно», составляют 21,8% общих радиационно-конвективных теплопотерь.
 

 

 

5 Устанавливают теплозащитную способность одежды в условиях ветра. Чтобы одежда обладала такой способностью, она должна проектироваться с поправкой на охлаждающее действие ветра.

 

Толщина пальто могла бы быть уменьшена при использовании материалов с пониженной воздухопроницаемостью.
Методика расчета теплового сопротивления специальной одежды. Разработка специальной одежды осложняется многообразием факторов, с которыми человек сталкивается в процессе своей трудовой деятельности. Это — различные метеорологические условия, разная интенсивность физической деятельности и продолжительность пребывания на холоде.

Общая схема расчета суммарного теплового сопротивления специальной одежды такая же, как и бытовой одежды. Однако особенности теплообмена человека, выполняющего физическую работу, вносят поправки в абсолютные значения величин, используемых для определения необходимых теплоизоляционных свойств одежды.

Чтобы изготовить специальную одежду, соответствующую условиям ее эксплуатации, конструктору необходимо иметь сведения:

о температуре воздуха, при которой предполагается эксплуатация одежды;

о наиболее вероятной скорости ветра;

об энерготратах рабочего;

о непрерывном времени пребывания на холоде.

Следует отметить, что при особо низкой температуре окружающей среды время непрерывного пребывания на холоде желательно сократить до 2 ч. Такое ограничение обусловлено тем что, во-первых, из существующих материалов не представляется возможным изготовить одежду, суммарное тепловое сопротивление которой было бы выше 0,95 м2-°С/Вт Во-вторых, такая одежда вследствие большой толщины будет ограничивать движение человека и снижать его работоспособность.

Уровень энерготрат рабочего определяет и ту средневзвешенную температуру кожи, которая должна использоваться при расчетах теплового сопротивления одежды. Средневзвешенная температура кожи, соответствующая различным теплоощущениям человека, выполняющего физическую работу различной тяжести, может быть определена из уравнения

 

 

 

Расчет теплового потока применительно к проектированию-специальной одежды требует сведений об энергии, затрачиваемой на выполнение механической работы, а также основного обмена. Если неизвестны энерготраты человека, они могут быть найдены в литературных источниках (см. также табл. 1.2) или определены экспериментально.

Тепло, получаемое человеком в зимние месяцы за счет солнечной радиации, при расчетах теплового сопротивления одежды можно не учитывать из-за малого его количества. Кроме того, в связи с тем что допускается некоторое охлаждение организма, радиационное тепло можно считать дополнительным резервом, который лишь продлит время непрерывного пребывания человека в заданных метеорологических условиях

Учитывая разнообразный характер физической деятельности человека, затраты энергии ад механическую работу при приближенных расчетах принимают равными 10% общих энерготрат Qэ.т. На потери тепла испарением влаги оказывает влияние одежда. Пакет материалов одежды, особенно зимней, затрудняет прохождение влаги от тела человека в окружающую среду.
 

 

 

Значения теплового сопротивления одежды, рассчитанные применительно к двухчасовому пребыванию человека на холоде при различной температуре воздуха и разном уровне энерготрат, приведены в табл. 1 (см. приложение).

8. В рассчитанную по указанной выше формуле величину тылового сопротивления одежды вносят поправку на снижение ^стм под воздействием ветра. Воздухопроницаемость пакета материалов одежды выбирают в соответствии с преобладающей скоростью ветра.

9. По тепловому сопротивлению одежды определяют средневзвешенную толщину пакета материалов (табл. 2, см. приложение) .

10. Используя данные о рациональном распределении утеплителя (см. табл. 4.6), рассчитывают толщину пакета материалов одежды на различных участках тела (в том числе толщину головного убора и рукавиц) [4.7].

Таким образом, создание теплозащитной одежды включает в себя несколько этапов:

расчет суммарного теплового сопротивления одежды в соответствии с заданными метеорологическими условиями (температурой воздуха и скоростью его движения), тяжестью физической работы, временем непрерывного пребывания на холоде и определение толщины пакета материалов одежды (средневзвешенной и на отдельных участках), необходимой для создания изделий с заданным термическим сопротивлением; выбор материалов; изготовление одежды необходимой конструкции и заданной толщины;

экспериментальную оценку теплоизоляционных свойств одежды в условиях микроклиматической камеры (для выявления соответствия теплоизоляционных свойств изготовленной одежд расчетной величине термического сопротивления);

оценку теплоизоляционных свойств одежды в условиях производственной деятельности человека.

Существующее ограничение в создании одежды с высоким теплоизоляционными показателями не дает возможности защитить организм человека от охлаждения при воздействии на него особо низких температур, тем более если он вынужден длительное время находиться в этих условиях. Согласно имеющимся данным из применяемых в настоящее время материалов практически нельзя изготовить одежду с термическим сопротивлением, превышающим 0,95 м2-°С/Вт. Однако и эта одежда в условиях производственной деятельности не может быть использована вследствие большой массы и толщины, ограничивающей подвижность человека и его работоспособность.

В связи с этим в целях защиты человека от охлаждения экстремальных условиях (в различных средах) разрабатывается различные системы искусственного регулирования темпертурного гомеостаза организма (например, путем обеспечения притока тепла к организму посредством электронагревательных элементов, систем с нагретой жидкостью, подачи в пододежное пространство воздуха заданной температуры и т. д.).

В заключение следует отметить, что изложенный метод создания одежды, основанный на результатах экспериментальных исследований, хотя и имеет ряд преимуществ перед существующими аналитическими (о чем было сказано выше), однако, как и всякий эмпирический метод, не может охватить все многообразие условий жизнедеятельности человека, а также использовать все возможности в области конструирования одежды, разработки систем искусственного терморегулирования, новых материалов и др.

В частности, описанный выше метод применим лишь к воздушной среде, к нормальному барометрическому давлению, поскольку, например, в условиях высокогорья изменяются не только физические условия теплообмена, но и физиологические реакции организма, что требует проведения специальных исследований с целью его опробования и внесения возможной корректировки.

Меняются условия теплообмена и теплофизические параметры материалов также при пониженном барометрическом давлении, в водной среде и т. д. На сегодня еще практически отсутствуют сведения о закономерностях тепломассообмена организма человека с окружающей средой, о роли в этом процессе, например, внешних условий, материалов, конструкции одежды, что особенно важно применительно к длительной ее эксплуатации (например, геологами).

В связи с этим вопрос о создании рациональной одежды (принимая во внимание возможности компьютерной техники) может быть решен лишь путем создания аналитических моделей, при опробовании их с участием человека,