<<
>>

Глава 4ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА

ОХЛАЖДАЮЩИЙ МИКРОКЛИМАТ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

С охлаждающим микроклиматом человек сталкивается при работе на открытом воздухе в зимний и переходные периоды года : (нефтяники, рабочие горнорудной и угольной промышленности, і особенно при работах в открытых карьерах, рабочие железно- ' дорожного транспорта, геологи и др ), а также в производствен- : ных помещениях, где низкая температура воздуха необходима j по технологическим причинам В ходе эволюционного развития : человек не выработал устойчивого приспособления к холоду.

Его биологические возможности в сохранении температурного гомеостаза весьма ограниченны В охлаждающей среде они оп- ; ределяются снижением теплопотерь за счет уменьшения гради- ’ ента между температурой поверхности тела и среды в результате охлаждения рецепторов кожи и спазмирования под влиянием этого кровеносных сосудов, увеличения термического сопротивления тканей организма Однако этот механизм поддер- ; жания температурного гомеостаза, сопровождающийся выражен- 1 ным напряжением реакций терморегуляции, неэффективен. И хо- Я тя переносимость, холода человеком несколько увеличивается 1 при адаптации его к этому фактору, для разработки средств Я защиты это не имеет существенного значения, принимая во вни- 1 мание и тот факт, что физическая работа является фактором, Щ препятствующим акклиматизационному процессу. Щ

Холод способствует возникновению сердечно-сосудистой па- Щ тологии, приводит к обострению язвенной болезни, радикули-щ та, обусловливает возникновение заболеваний органов дыхания,* увеличивая потери рабочего времени за счет заболеваемости с Я временной утратой трудоспособности. Возникновение или обост-И рение ряда заболеваний (бронхита, пневмонии, тонзиллита, яз-Я венной болезни желудка, эндокринных расстройств и др ) тесно* связано, с одной стороны, с действием на организм экстремаль-Я ных факторов внешней среды, с другой стороны — с фазами* адаптивных перестроек.

На начальных этапах адаптации к хо-Я лоду преобладают, как правило, острые воспалительные забов левания, обостряются уже имеющиеся патологические процеоИ сы, а через 3—5 лет в структуре заболеваемости начинаюИ преобладать ишемическая болезнь сердца, артериальная гиперИ тония, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишкцН нарушения со стороны эндокринной системы. Эти заболевани^И являются следствием хронического стресса и связаны с глубаИ кими перестройками метаболизма систем эндокринной регул^Н ции, состоянием иммунологической реактивности и т. д. [4.1; 4.ЩШ

Охлаждение человека как общее, так и локальное (особенно кистей) способствует изменению его двигательной реакции, нарушает координацию и способность выполнять точные операции, вызывая тормозные процессы в коре головного мозга, что может быть причиной возникновения различных форм травма-тизма. В зарубежной литературе имеются сведения, что при зна-чительном охлаждении растет число тромбоцитов и эритроцитов в крови, увеличивается содержание холестерина, вязкость крови, что повышает возможность тромбообразования. Энергетический обмен переключается с углеводного на жировой, т. е. повышается способность тканей утилизировать липиды. Рядом авторов приводятся сведения относительно функциональных и структурных изменений в костях конечностей. Показано, что даже при кратковременном влиянии холода в организме происходит сложная перестройка регуляторных и гомеостатических систем, изменяется иммунный статус организма. В связи со сказанным мероприятия по борьбе с охлаждением человека, особенно работающего в ненормируемом микроклимате (и в частности на открытой территории), должны быть направлены на обеспечение допустимого теплового состояния человека (см.

¦ л. 2). Одним из них является использование одежды, соответствующей условиям его жизнедеятельности. Вопросы ее проектирования согласно этому требованию рассматриваются ниже.

ПРОЦЕСС ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ПАКЕТ МАТЕРИАЛОВ ОДЕЖДЫ

При проектировании теплозащитной одежды необходимо иметь в виду, что ее тепловое сопротивление в конечном счете должно щениваться совокупным изолирующим действием готовой кон-струкции [4 3].

Теплозащитные свойства одежды определяются тепловым сопротивлением материалов пакета, а также наличием в нем воз- (ушных прослоек.

Значение каждого из этих элементов в теплоизоляции организма при различных условиях эксплуатации одежды неодинаково. В случае пребывания человека в состон- 4ии физического покоя большая часть суммарного теплового сопротивления одежды приходится на тепловое сопротивление воз- іушньїх прослоек. При движении, воздействии ветра, увеличении массы одежды возрастает доля материалов в суммарном тепло- иом сопротивлении, а доля воздушных прослоек существенно \ меньшается.

Наибольшее значение в теплоизоляции человека принадле- кнт тепловому сопротивлению пакета материалов, конструкции кг одежды отводится дополнительная роль, хотя немаловажная Ем ниже).

Перемещение тепла в одежде, как и в любой среде, происхо- III г только при разности температур, в частности при разности

между температурой поверхности тела под одеждой и темпера-турой наружного воздуха. Перенос тепла от тела человека к: наружному воздуху через разделяющий их пакет материалов; одежды представляет собой сложный процесс, который в общем виде рассматривается ниже. Простые способы теплообмена (кондукция, конвекция, радиация) в обособленном виде прак-тически почти не встречаются. Как правило, передача тепла осуществляется одновременно посредством всех трех способов, теплообмена или каких-либо двух из них. Так, через одежду тепло передается главным образом кондукцией. Теплопередача конвекцией и радиацией происходит в воздушных прослойках»: а также у поверхности одежды, в прилегающем к ней слое воз-) духа.

Процесс прохождения тепла от поверхности кожи человек» через пакет материалов одежды в окружающую среду может быть представлен двумя основными законами распространения тепла: законом Фурье о передаче тепла в твердом теле и о< щенным законом Ньютона о потере тепла наружной пові ностью твердого тела в окружающую среду. Закон Фурье і меиим к тепловому потоку внутри одежды, а закон Ньютон к явлениям, происходящим на границе между поверхнос одежды и внешней средой. Согласно закону Фурье тепловой ток qможет быть определен по уравнению

где S—.толщина слоя, м, X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С

RT^=6?X,

где q— тепловой поток — количество тепла, протекающего в единицу мени от одной изотермической поверхности * с температурой t-f-At к др изотермической поверхности с температурой t, X — коэффициент тепле водности; б—.расстояние между изотермическими поверхностями, tK— пература кожи человека (под одеждой); /п о—.температура наружной верхности одежды

Коэффициент теплопроводности материалов одежды — с из основных теплофизических величин, характеризующих лозащитные свойства.

Проведенные исследования показали, для воздушно-сухих материалов одежды он практически ие висит от их структуры, волокнистого состава и вида отде, При тепловых расчетах одежды этот коэффициент можно тать постоянной величиной, равной 0,049 Вт/(м-°С) [4.3].

Для оценки теплозащитных свойств материалов и пакето: них наиболее важной величиной является не коэффициент лопроводности X, а обратная ему величина—тепловое coi тивление RT,м2-°С/Вт. Для простого слоя

б

q=X—=X ' 6

Величина NTотражает передачу тепла внутри материала. Теплозащитная способность в этом случае находится в прямой зависимости от величины теплового сопротивления. Чем оно больше, тем выше теплоизоляционные свойства материала. Вме-сте с тем тепловое сопротивление подобно электрическому об-ладает свойством аддитивности, которого нет у тепловых коэф-фициентов. Это очень важно для определения теплового сопро-тивления пакета материалов. Тепловое сопротивление R3(экви-валентное) сложного слоя равно сумме сопротивлений состав-ляющих его простых слоев:

Ns=N'+N"+N"7. .

В ходе исследования установлено, что зависимость теплового сопротивления материалов от их толщины имеет в относительно спокойном воздухе линейный характер и в значительно меньшей степени определяется их структурными параметрами и видом волокнистого состава. Общее уравнение, отражающее эту зависимость, имеет вид

NT= — ?-0,001.

0,0496

Обобщенный закон Ньютона гласит: количество тепла, от- (аваемое в единицу времени элементом наружной поверхности п окружающую среду, пропорционально разности температур поверхности (7) и среды (7). Он выражается уравнением

/ ==а (7 7),

д.е а — коэффициент теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи — сложная величина, зависящая >г физических свойств, характера и интенсивности движения окружающего воздуха, лучеиспускательной способности наружной поверхности одежды, температуры и лучеиспускательной спо- обности окружающих твердых тел и их расположения относи- іельно рассматриваемого участка поверхности.

В простейшем случае коэффициент а можно представить в виде суммы двух слагаемых:

11— Як к+Ялі

и u«s — величина теплоотдачи, приходящаяся на долю конвекции и кон- кпии, ал—величина теплоотдачи, приходящаяся иа долю лучеиспускания.

Таким образом, процесс передачи тепла от поверхности тела и говека в окружающую среду состоит из двух частей: передані іепла от внутренней поверхности одежды к наружной при ¦ и репаде температур от 7 до 7 о и от наружной поверхности к /кды (при температуре 7 о) в окружающую среду (в частії I I II, воздушную).

Величину, обратную коэффициенту теплоотдачи, можно рас- «миривать как сопротивление теплопереходу от наружной по- трчпости одежды во внешнюю среду (Nn).

В этом случае со- покупное изолирующее действие одежды, характеризующее вес процесс теплопрохождения от поверхности во внешнюю среду; может быть выражено суммарной величиной /?сум.

/?сум==^э + 1?в n+Rn,

где RBп — тепловое сопротивление воздушных прослоек между отдельным слоями материалов, а также между кожей человека и примыкающим к не слоем материала

Следовательно, задача технического расчета суммарног теплового сопротивления тканей и пакетов материалов одежды в первом приближении может быть сформулирована таким об/ разом: при известных физических факторах среды одежда должна быть подобрана так, чтобы ее суммарное тепловое сопротивление обеспечило заданную, соответствующую гигиеническим- требованиям величину qсогласно уравнению [4 3]

к tc)IRcym• т

Исходя из этого уравнения количество теряемого организмом тепла зависит от перепада температур между телом человека (/к) и внешней средой (tc)и суммарного сопротивления одежды (#сум). При постоянном Rсум теплопотери возрастают пропорционально увеличению перепада температур. При постоянном перепаде температур и увеличении /?Сум теплопотери через пакете материалов снижаются по гиперболическому закону.

Однако задача аналитического расчета термического сопротивления одежды в соответствии с конкретными условиями ее: эксплуатации представляет большую сложность даже с позиций расчета Ясум пакета материалов без учета влияния конструкции. одежды в целом.

Величина RBп, составляющая большую долю в Rcум в случае пребывания человека в состоянии относительного покоя, существенно изменяется в процессе движений человека и воздействия ветрового фактора. Она зависит также от массы одежды, ее вида, используемых конструктивных элементов, определяющих вентиляцию пододежного пространства, и т. д.

В настоящее время практически отсутствует сколько-нибудь адекватный метод определения RBп в соответствии с конкретны-ми условиями эксплуатации одежды. Величина RTопределяет ей, как известно, в большей степени содержащимся ,в материал инертным воздухом, однако в процессе эксплуатации одежд- материалы могут увлажняться, а следовательно, и изменят СБОИ теплозащитные показатели.

Прогнозирование Rrв процес се увлажнения, изменяющего не только его величину, но и ус ловия теплоотдачи, также представляет весьма сложную задач по причине многих неизвестных.

Не менее сложной задачей является определение R„[1/а = 1/(аЕ к+ал)], зависящего от многих факторов, в том числе и меняющихся в процессе эксплуатации материала одежды

"Учитывая все сказанное, был разработан метод, включающий * себя прибор для экспериментального определения теплового сопротивления пакета материалов. Однако, как показали результаты сравнительных исследований пакета материалов одежды на приборе и одежды (изготовленной из этого же пакета материалов) непосредственно на человеке, имеются существенные, а самое главное, практически не поддающиеся коррекции различия. Поэтому исследованию готовой одежды (с участием человека, а в отдельных случаях и с использованием теплофизической модели — манекена) продолжают уделять особое внимание как с целью получения закономерностей эмпирического характера для проектирования и изготовления одежды, так и с целью оценки ее соответствия заданным условиям эксплуатации. Ниже рассмотрены результаты исследований взаимосвязей Rcум готовой одежды с конструктивными ее особенностями, параметрами материалов и внешней среды, а также разработанные на основе этих результатов методы создания одежды в соответствии с конкретными условиями ее эксплуатации и оценки.

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 пододеж- ное 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 теплоизоля-ционными 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 брю-

Таблица 41

Физиолого-гигиенические показатели теплоизоляционных свойств одежды Вид одежды Средневзве шенный теп ловой поток, Вт/м2 Средневзве-шенная тем-пература кожи, °С Температура воздуха под одеждой, ®С Тепловое со-противление, м2 °С/Вт Комбинезон « ж# ШІ 0,63 Куртка и брюки то тр т 0,60 Пальто 76 33,4 18,6 0,57

Т а б л и ц а 4.2*

Показатели теплоизоляционных свойств одежды различного вида* в области нижинх конечностей (бедро, голень, стопа) Вид одежды Тепловой поток, Вт/м2 Температура кожи, °С Тепловое сопротивление, м2 °С/Вт Комбинезон 65,9 38,2 0,72 Куртка и брюки 71,0 ША 0,59 Пальто 80,0 U3 0,53 * В комплекте с другими предметами одежды (хлопчатобумажное белье, полушерстяные брюки, хлопчатобумажные носки, утепленные ботинки) Ками в условиях относительно спокойного воздуха обусловлено большим утеплением нижних конечностей (табл. 4.2). Каких- либо существенных различий в теплоизоляции туловища не на-блюдается.

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%. Прп 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 областа* 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 отдастся во внешнюю среду за счет усиления вентиляции пододежного пространства. Пріг 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.

m

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 одеж- „ды. 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 тактке ожидать, что эффективность воздушных прослоек в повыЩении 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-прошйвного 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 прилега- -ния 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.

Таблица 4.3

Припуски на свободу облегания, см Вид изделия Область измерения Грудь Талия Таз БеДРо Голень Плечо Комбинезон 1 10 14 9 16,,3 2,4 6,8 Комбинезон 2 32 20 27 30,3 ' 15,4 12,2 Разность 22 6 18 14,0 13,0 6,4 Полученные данные СВИДЄТЄЛ]Ь(Т,уЮТо ТОМ, что при плотном2прилегании комбгшезона к телУ ч'овека теплопотери его в ус-ловиях относителРно неподвижнсРГ)ВОЗДуха ВЬІШЄіа температура кожи ниже, 4?M при свободн(05эблегании. Различия между- средневзвешенный11 величинами! еплового потока составляют 14%, между сред!1евзвешенными +азателями температуры кожи— 0,4 °С. Указанные различия і радиационно-конвективных теплопотерях и т^мпеРатУРе коя^в (бусловлены различиями в- показателях теплс)3аЩитных свойС{этих комбинезонов, составляющих 14%. Таї'пм образом, одДеЛда «закрытого» типа, более плотно прилегаюіПая к поверхнсРСп тела человека, при одной и той же толщин^ пакета ее мате]цалов имеет худшие показатели теплоизоляции- Причиной ЭН+ следует считать меньшую* фактическую толщину одежды в Ркудьтате вытеснения воздушных прослоек.

Подобное явление наблюдаетсяи ПрИ надевании под верхнюю одежду большого количества Ірсдметов, которые, с одной стороны, мобилиз?ют воздух, а с Д)угой,— уменьшают толщину

воздушной прослоики-

Результаты исследований свиДег,ЛЬСТВуЮТ 0 том, что и при ветре тепловое сопротивление коім51Незона, свободно облегающего фигуру, выпе>чем прилегающего. В то же время пакеты материалов той же воздухопроница:40СТИ прИ неплотном прилегании ИХ К поверхне™ (воздушная прослойка между прибором и нижним слоем ракета материалов д = 5 мм) имеют меньшее тепловое сопротивление. По-ВИДИїДО^ это обусловлено тем, что при эксплуатации одежды воздейсТЕ^^ ветра подвергается только часть поверх!00™ тела челоВ(да При этом в результате особенностей конфигУРаИии тела Деление, создаваемое движущимся воздухом, Iі3его участках ^одинаково, вследствие чею неодинаковы и фактическая воздухо-фоницаемость, и снижение теплового сопротивления одежды И3 участках тела.

Так, при направлении ветра в сЩщу тепловое сопротивление плотно' прилегаюи-ег0 комбинезона снижается в области лопаток на 50% (при серости ветра 3 м/с), а в области поясницы — на 8% при практически одинаковых исходных величинах. Если же на человеке на^ет свободно обл<;гающий комбинезон, тепловое сопротивление в области спины уменьшается примерно наг такую же величину (48%), а в обл^сти поясницы, где одежда прилегает меньше,—на 14%- Это Означает, что охлаждение участков тела, неіРсРеДСтвенноподвергающихся воздействию ветра, зависит от степени прилегаНИ^ одежды к поверхности тела. Участки тела, к которым оде:ЖДа прилегает неплотно, охлаждаются больше

Анализ изменеіДи температуры К(ажи и теплового потока на других участках ц>верхности тела п(эказал^ что при эксплуатации свободно облегающего комбинезона теплопотери на большинстве участков іоверхности тела человека ниже, а температу- 76 %

рД. 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-гигиеничес- кой 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

Распределение припусков иа свободное облегание в комплектах зимней спецодежды

Таблица 4.4 Конструктивный

участок Припуск ГГТ см Распре Причус Ят, см ?J

ч >» 15* 17 19 припуска

% 2 5 8

. ata*

с

О 4) , сч S сс ?Х X « Спинка 5,9 6,6 Куртка 7,3 39,0 Пройма 3,5 4,0 4,5 23,5 — — — — Полочка 5,6 6,4 7,2 37,5 — — — — Передняя поло Брюки. 1,0 2,5 4,0 50 винка

Задняя половинка — — ~ — 1,0 2,5 4,0 50 * Минимальный припуск, учитывающий увеличение объема грудной клетки при дыхании (в покое, в положении стоя) и толщину пакета материалов пододеваемой одежды J

/

некоторым увеличением Я сум комплекта спецодежды как для случа^ пребывания человека в состоянии физического покоя Дна 10%), так и при выполнении физической работы (на 7% ). Данное увеличение /?сум эквивалентно увеличению толщины пакета материалов соответственно на 4 и 1,6 мм.

При выполнении физической работы, обусловливающей вен-тиляцию пододежного пространства, Rcyuодежды с припуском 19 см снижается несколько больше (на 16%), чем с припусками 15 и 17 см (на 12—14%). При ветре, наоборот, Rcyuкомплекта 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 (Яг=15—16 см), особенно если в качестве верха спецодежДы применяются материалы с воздухопроницаемостью более 15 дм3/(м2-с) (при Др = 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, утеп-ляющей прокладки, утепленного белья и т. д.) и различных вен-тиляционных устройств. Регулирование RcyMодежды осуществля-ется в этом случае за счет изменения толщины утеплителя путем комбинирования его слоев или путем нарушения инертности воздушных прослоек.

4

\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 сум-марное тепловое сопротивление комплекта спецодежды, расши-ряют температурный диапазон, в котором может сохраняться тепловое состояние человека на уровне оптимального или допус-тимого. Например, открывание застежек-молний, располагаю-щихся в средней части рукава (на внутренней поверхности), нижней части куртки (спереди и сзади), при скорости ветра

м/с приводит к увеличению средневзвешенного теплового по-тока 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 чело-века 290 Вт) на 5,5 °С. Это означает, что если комплект спец-одежды с закрытыми вентиляционными отверстиями обеспечи-вает тепловой комфорт при /в = —15 °С, то с открытыми — при tB ——9,5 °С. Выполнение работ при этой температуре воздуха с закрытыми вентиляционными отверстиями приводит к пере-греванию организма, которое может вызвать снижение работо-способности и повлечь за собой простудные заболевания.

Применение вентиляционных устройств в зимней одежде эф-фективно лишь в том случае, если их локализация учитывает характер физической деятельности человека. Так, в брюках для уменьшения теплоизоляции нижней половины тела вентиляци-онные отверстия (если работа связана с интенсивной ходьбой) целесообразно располагать в области боковых швов (бедра).

i mui, o і нерстня s боковых швах куртки эффектив-

.м ні при выполнении человеком маховых движений. /

К. і к уже упоминалось (см. п. 4.2), теплоизоляционные свой- сіваодежды в основном (особенно при относительно спокойном воздухе) определяются толщиной пакета материалов [4.31' 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 мін). 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:

/?сум=0,126+0,0446—0,00067862,

где Ясум —средневзвешенное тепловое сопротивление одежды в целом (включая защиту головы, стоп, кистей), м2-°С/Вт; 6 — средневзвешенная толщина пакета материалов одежды (включая защиту головы, стоп, кистей), мм

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 сопротив:ления 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

І °’г

л 0,1^—ш—і—і—і—i—i—i—i—iii- i i — і ' і ' іі

0 2 4 ff 8 Ю fZ /4 Г8 I8 zo ZZZ4 Z6Z85052 J4J8 Гтщина пакета материалов одежды 8, мм

Гис 41. Зависимость суммарного теплового сопротивления различных участков одежды от толщины пакета ее материалов-

І — в области туловища; 2 —в области плеча; 3 — в области бедра, 4 — средневзвешенная величина; 5 —в области голени, 6 — в области стопы, 7 —в области кисти, 8— в области головы

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 теплоизоляшгон-

Таблица 4.1

Удельный вес теплового сопротивления материалов и воздушных прослоек комбинезонов различной толщины, % Область тела Толщина пакета материалов комбинезона, мм 6 и 23 36 М В м в М В м В Голова 95 5 Туловище 25 79 25 75 35 65 45 55 Плечо 20 80 28 72 37 63 63 37 Кисть 44 56 47 53 77 23 .— .— Бедро 24 76 28 72 43 67 59 41 Г олень 42 58 37 63 60 40 75 25 Стопа 40 60 43 57 65 35 .— — Средневзвешенное значе- 28 72 32 68 48 52 64 36 ние Примечание. М- - удельный вес теплового сопротивления материалов, В — воздушных прослоек ных свойств одежды, в комплект которой входит пальто, ОТ ТОЛ-ЩИНЫ пакета материалов в определенном диапазоне может бы^ь выражена уравнениями ^

Ncy„=0,0828+0,06386—0,0024062;

Ncym тУл=0,79+0,016 при 12+6<20 мм,

где /?Сум тул — суммарное тепловое сопротивление одежды в области туловища, m?-0C'Bt.

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 тепло-изоляционных материалов в одежде. При этом исходили из того, что если эффективность утепления различных областей тела человека неодинакова, то целесообразно в большей степени уве-личивать толщину пакета материалов на тех участках одежды, где благодаря этому можно достичь и большего увеличения теплового сопротивления (например, в областях туловища, пле-ча), 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 сопротив-ления одежды, определенного на этом участке, к средневзвешенной величине теплового сопротивления одежды в целом. Чем- выше средневзвешенная толщина одежды, тем более неравномерна теплоизоляция различных областей тела человека Показатели эффективности утепления применительно к изделиям вида комбинезон, куртка и брюки приведены в табл. 4.6.

Зная, какую средневзвешенную толщину пакеїаматериалов должна иметь одежда, чтобы обеспечивать необходимый теплоизоляционный эффект, можно рассчитать рациональную толщину пакета материалов на каждом ее участке. Данный подход к вопросу хтепления 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.

Эффективность утепления областей тела человека при различной средневзвешенной толщине пакета материалов одежды Толщина пакета материалов одежды. мм Область тела г 6—12 13—24 25-36 Голова 0,50 0,49 0,39 Туловище 1,26 1,31 1,45 Плечо и предплечье 1,13 1,24 1,23 Кисть 0,74 0,66 0,55 Бедро 1,13 1,08 1,07 Г олень 0,90 0,81 0,86 Стола 0,83 0,77 0,59 \

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, проницая внутрь одежды и усиливая конвекцию в материалах и под-одежном пространстве, снижает ее защитный эффект. Данные, имеющиеся в литературе, свидетельствуют о том, что в условиях ветрового воздействия теплоизоляционные свойства пакета ма-териалов 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 посвящено много исследований, все же эти данные, полученные в основном на теплофизических приборах, не отражают всего многообразия факторов, относящихся к готовой одежде при эксплуатации 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 тепло- -6* 83 Рис 4 2 Зависимость снижения сум-марного теплового сопротивления:

¦fодежды (комбинезон, куртка и брюки) различной воздухопроницаемости от скорости ветра

:ум

0 1 Z 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Скорость Петра V м/с

1 — 50 дм3/(ч2 с) 2 — 40 дм3/(ч2 с) -3— 24 дм3Чм2 с) 4 — 7 дм3/(м2 с)

вого сопротивления одежды от ее толщины, приобретает в ус-ловиях ветра еще большую значимость Однако зависи-мость средневзвешенного теп- Левого сопротивлений одежды от толщины пакета ее ма-териалов 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), средцевзвешенный 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(м2с) он повышается соответственно на 3,24, 3,6, 6,8 Вт/м2

Средневзвешенная температура кожи человека, одетого в 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 воз-духопроницаемость 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 EI 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

Приведенные ниже показатели уменьшения средневзвешенного теплового сопротивления одежды с увеличением скорости: ветра на 1 м/с свидетельствуют о значимости воздухопроницаемости одежды при охлаждении человека в условиях воздействия ветра

Воздухопроницае Снижение средневзвешенного теп

мость пакета мате лового сопротивления одежды при

риалов одежды увеличении скорости ветра

дм /<м2 с) иа 1 м/е

7 2 8

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 — соответственно- 8,25 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 воздухопроницаемости? пакета материалов.

С= (0,075+2) и+5,

где С—.снижение средневзвешенного термического сопротивления одежды, %, В — воздухопроницаемость пакета материалов одежды дм3/(м‘’ с), с — 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 охтаждения человека с увеличением скорости ветрового потока и воздухопроницаемости пакета материалов одежды

Зависимость средневзвешенного теплового потока от скорости ветра при воздухопроницаемости пакета материалов одеждьг 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 сопротивле- знии одежды, обусловленные воздухопроницаемостью пальто, выражаются более значительно (особенно при скорости ветра ?—10 м/с).

При ходьбе тепловое сопротивление комплекта одежды, жключающего 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-

Rcyaв — 0,82/?сум шт (0,000185+0,0093) о,

где Яоум В—суммарное тепловое сопротивление одежды в условиях ветра, *Мг-°С/Вт, Rсум шт —-суммарное тепловое сопротивление одежды прн относительно неподвижном воздухе, определенное на человеке, находящемся в состоянии физического покоя, м2-°С/Вт, В—воздухопроницаемость пакета материалов пальто, дм3/(м2 с), v— скорость ветра, м/с

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 Rcуч шт, можно установить средневзвешенную толщину пакета материалов.

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

Для определения теплового сопротивления одежды исходя из формулы

Rсум - (/к tb)iq,

необходимы сведения о температуре кожи человека /к, температуре воздуха /в и тепловом потоке qДля приближенного расчета теплового потока требуются следующие сведения: об энерготратах человека Q3T,Вт о тепловой энергии, получаемой извне, QTB,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 Q?,сп, Вт;

о затрате тепла на нагревание вдыхаемого воздуха (?дых ц»

Вт;

о размере поверхности тела человека S,м2.

Кроме того, для изготовления одежды с заданным тепловым- сопротивлением необходимы сведения о скорости ветра и воз-духопроницаемости 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 изго-товлении одежды бытового назначения можно исходить из сред-несуточной температуры, поскольку в суточном изменении тем-пературы 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 ок-

v і пошей среды, а также выполнять физическую работу боль- IIк и интенсивности 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 тепло- ощущения как «прохладно». На большее охлаждение при про- іектировании 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 (см табл 4 9)

Непрерывное время пребывания на холоде принимается равным 1 ч, скорость передвижения человека — около 3,2 км/ч (Q3 t^209 Вт) При данном уровне энерготрат теплоощущениям «прохладно» соответствуют следующие физиологические пока-

затели: 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 ит 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

1 Рассчитывают тепловой поток со всей поверхности тела человека. Радиационно-конвективные теплопотери <Зрадконвмогут быть определены из уравнения теплового баланса

QpaA конв (QT П+73) — Qjicn QMUX И.

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

<7с п = QpaA конв/5,

где S — поверхность тела человека, м2.

Потери тепла испарением QHCп 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„

Потери тепла дыханием <2Дыхн для данного уровня энерготрат в зависимости от температуры окружающего воздуха приведены ниже: 19.6 Температура воздуха, °С

Теплопотери дыханием, Вт

BS

7,2 86 100 11,6

14,0

Температура воздуха, °С

—20

—25

—30

—35

—40

Теплопотери дыханием, Вт

16,9

18,2

21,0 Средневзвешенный тепловой поток Температура Средневзвешенный тепловой поток, Вт/м2 воздуха, °С Вт/м2 115 —20 111 114 —25 110,5 113,5 —30 110 113 —35 109,5 112 —40 109 111,5 —45 108,5 2. Средневзвешенные значения теплового потока с поверхности тела, обеспечивающие комфортные теплоощущения человека*^ в течение 1 ч, следующие:

Температура воздуха, °С

+ 10

Определяют тепловой поток с поверхности туловища че-ловека. 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-кон-вективные теплопотери с поверхности туловища человека (21,8.

_ 4S

??туЛ z

100

Тепловой поток на единицу поверхности тела человека, Бт/м2, может быть определен также из приведенных ниже эм-пирических уравнений, выведенных на основании взаимосвязи теплового потока и температуры кожи:

39,8—tcк „

Щс.п —

0,078

^тул —

37,5—і ту л 0,074

По показателю теплового потока с поверхности туловища «определяют уровень температуры кожи человека, который будет наблюдаться по истечении 1 ч пребывания на холоде. В свою •очередь это дает возможность оценить теплоизоляционный эффект созданной одежды. Показатели теплового потока с поверхности туловища человека, которые необходимо обеспечить с помощью одежды при различной температуре воздуха, приведены ниже: _ Тепловой поток с

Температура поверхности тулови

воздуха» ь ща человека, Вт/м2

+10

+S

74.0

73.5

73.0

72.5

—10 — 15

72.0

71.5

_ , Тепловой поток с

Температуру поверхЕюсти туловн-

воздуха

—20

—25

—30

—35

—40

—45

ща человека, Вт'и2 По формуле /?Сум=(/ск—1,)/?сп рассчитывают тепловое сопротивление одежды в целом (средневзвешенное) исходя из средневзвешенных значений температуры кожи tCKи теплового потока <7с п. Тепловое сопротивление одежды в области тулови-ща определяют по той же формуле исходя из температуры ту-ловища Пул и теплового потока на этом участке ^тул-

Тепловое сопротивление одежды для различных климатиче-ских зон указано в табл, 4.7. Тепловое сопротивление одежды в реальных условиях ее эксплуатации, ы2°С/Вт

Средневзвешенное

значение

Значение в облает туловища

5 Устанавливают теплозащитную способность одежды в условиях ветра. Чтобы одежда обладала такой способностью, она должна проектироваться с поправкой на охлаждающее действие- ветра. Теплозащитную способность одежды с учетом поправка на 'охлаждающее действие ветра рассчитывают по формуле

о ?сум в-}- ('O^OOQ 18^ —Е0,0093І)V

Дсум шт ,

0,82

Степень снижения Ясум тул в области туловища под влияние® ветра устанавливают по рис. 4.3.

Исходные значения теплового сопротивления одежды (в комплекте с пальто) применительно к различной температуре воздуха, скорости его движения и воздухопроницаемости пакета материалов одежды (пальто) представлены в табл. 1 (см. приложение) .

По тепловому сопротивлению комплекта одежды (включающего пальто) определяют толщину пакета материалов (средневзвешенную и в области туловища), обеспечивающую расчетное значение теплового сопротивления (табл. 4.8).

Подбирают материалы для изготовления одежды.» В табл. 4.9 указаны количественные требования к некоторым?* показателям теплозащитных свойств одежды (в комплекте с пальто) применительно к различным климатическим зонам СССР. ^

Данные табл. 4.9 показывают что практически в климатической зоне V, а также в зоне IV ^

(район Б) зимнего пальто не тре- буется. Необходимая толщина ^ пальто может быть достигнута |50

% W I 30

Рис 4 Э Снижение суммарного теплово- 20 го сопротивления одежды в комплекте с /?7 пальто в зависимости от его воздухопро-

ницаемости и скорости ветра (в области 0roYo^oWBToTF&O^Fm

7-ТЇЙ 2-8м/с, 3-6 «/с, 4-4 м/с; 8е>

5 — 2 м/с, 6 — 0 м/с

Суммарное тепловое сопротивление одежды (в комплекте с пальто), м2¦ С/Вт Толщина пакета мате-риалов, мм Средневзве-шенное зна- чение RCyM Значение в области туловища ^сум тул Толщина пакета мате-риалов, мм Средневзве-шенное значение ясум Значение в области туловища "сум тул 1 0,116 0,120 11 0,474 0,680 1 0,164 0,284 12 0,482 0,722 Ї 0,206 0,258 13 0,508 0,760 J 0,250 0,326 14 0,517 0,790 4 0,284 0,378 15 0,820 , 4 0,318 0,450 16 0,845 1 0,370 0,465 17 0,890 1 0,390 0,500 18 0,900 8 0,414 0,550 19 том*. 0,915 .§ 0,430 0,600 20 HaaJі 0,932 10 0,456 0,640 ' 21 — 0,950 3. либо путем применения ткани верха требуемой толщины, либо путем использования утеплителя в сочетании с тонкой тканью верха. Массовые наблюдения, проведенные в климатических зонах II, III, IV, подтвердили полученные данные: пальто, изготовленные в соответствии с приведенными в табл. 4.9 рекомендациями, обеспечивают в течение 1 ч тепловое состояние человека на уровне оптимального или допустимого.

Для практического расчета теплового сопротивления и толщины пакета материалов одежды пользуются данными, приведенными в табл. 1—3 (см. приложение).

. Пример. Рассчитать тепловое сопротивление и толщину пакета материалов одежды в комплекте с пальто.

Заданные условия; температура воздуха — минус 10 °С; скорость ветра — 5 м/с; энерготраты — 209 Вт; вид выполняемой работы — ходьба по ровной местности; время непрерывного пребывания на холоде—1 ч; степень охлаждения человека — балл теплоощущений 3 («слегка прохладно»); допустимый дефицит тепла — 2,72 кДж/кг.

Порядок расчета необходимого суммарного теплового сопротивления одежды и ее толщины следующий.

Определяем теплопродукцию организма человека

n — Qaт—П(С?Э т — Qo).

Согласно табл. 1 2 при ходьбе по ровной местности термический коэффициент полезного действия Г|=0, Т. е В данном случае QT n=Qsт-

Рассчитываем общие теплопотери

2 79 1000 * 70

QT„+?>* = 2109+ 1— =009+52,89 = 232 Вт.

3600

Находим затраты тепла иа нагревание вдыхаемого воздуха (см. с. 89), они составляют 11,6 Вт (для других значений Qa,т могут быть определены по табл. 4, см. приложение). їа$,дица 4.9

Показатели теплозащитных свойств одежды (в комплекте с Пальто) для различных климатических зон « районов

в зимний период Климатическая зона Район Средняя тем-пература воздуха, °С Наиболее вероятная ско рость ветра, м/с Города представители Рекомендуе-мая воздухо- г.роиицае мость, дм3/(м2 с) Исходное суммарное тепловое со-противление одежды в це лом, м2 °С/Вт Исходное

суммарное

термическое

сопротнвле

НИЄ ОДЕжДЫ

в области туловища» и2 6С/Вт Толщина па-кета матери алов одежды в области ту ловища, мм Толщина па-кета матери алов пальто в области туловища, мм пі Аа -9,8 5 Мурманск, Архангельск, Санкт-Петербург, Москва, Вятка, Саратов 10—30 0,510—0,525 0,72—0,75 12,0—12,8 11,1 — 11,9 Аб — 12,0 10 Оренбург 10—20 0,574—0,612 0,90—0,93 18,0—20,0 15,1—17,1 Б —10,0 5 Владивосток, Астрахань, Актюбинск, Кзыл-Орда, Балхаш 10—30 0,510—0,525 0,72—0,75 12,0—12,8 11,1-11,9 яг Аа —3,19 4 Вильнюс, Брест, Львов, Ужгород, Кишинев 10—30 0,416—0,431 0,58—0,60 8,4—9,0 8,1-8,7 Аб —4,6 6 Таллинн 10—20 0,458—0,469 0,66—0,68 10,5—11,0 7,6—8,1 Б +6,4 4 Сочи, Сухуми, Батуми ю—зо 0,320—0,340 0,50—0,52 7,0—7,5 4,1—4,6 f Аа —0,97 2 Тбилиси, Ереван, Крас-нодар, Симферополь 30—40 0,374—0,378 0,53—0,54 7,6-7,8 4,7—4,9 Аб +0,9 5 Одесса, Новороссийск 10—30 0,394—0,413 0,53—0,55 7,6—8,0 4,7—5,1 Ба —0,36 2,Si Грозный, Ашхабад, Алма-Ата, Ташкент, Душан-

б& 30—40 0,374—0,378 0,53—0,54 7,6—7,8 4,7—4,9 Бб +4,6 5 Баку 10—30 0,340—0,360 0,55—0,57 8,0—8,5 5,1-5,6 Устанавливаем потери тепла испарением влаги с поверхности тела и верхних дыхательных путей. Прн охлаждении организма человека они составляют 20% общих теплопотерь, т е 52,4 Вт (262-20/100).

5 Определяем радиационно-конвективные теплопотери со Всей поверхности тела:

Срад КОнв = 262—11,6—52,89=197,5 Вт,

а также тепловой поток с единицы поверхности тела (средневзвешенный); Ус п = 10|7,5/1,8 '=|1Ю19,7 Вт/м2.

Рассчитываем необходимое суммарное тепловое сопротивление одежды в целом (средневзвешенное) исходя из средневзвешенной температуры кожи tc в, равной 31 °С ,температуры воздуха Ц, равной —10 °С, и сред-невзвешенного теплового потока qс п, составляющего 109,7 Вт/м2:

31—(—10)

.109,7

Rcyu= 7ZTZ =0,374 м2-°С/Вт.

Определяем тепловой поток с поверхности туловища, который должен составлять 21,5% общего теплового потока (см. с 29), т. е.

110-21,5

4 У 100-0,34

где 0,34 — доля поверхности туловища, й рассчитываем тепловое сопротивление одежды в области туловища:

tr-и _ 32,3 —(—10)

Rcyu Tya=s= — —0,600 М * С/Вт.

qтул 70

в. Рассчитываем, с каким исходным тепловым сопротивлением Reyк в» (при относительно спокойном воздухе — штиле) следу ет изготовить одежду, чтобы в реальных условиях (прн воздействии ветра и движений человека) оно осталось равным указанному выше (0,374 м2-°С/Вт). С этой целью ус-танавливаем, какую воздухопроницаемость будет иметь основной материал (или ветрозащитная прокладка). При данной скорости ветра целесообразно использовать соответствующие материалы с воздухопроницаемостью не более 40 дм3/(м2-с) (см. рнс. 4.3).

RcyuВ+ (0,000185+0,0093)о (0,00018-40+0,0090)5

Rcyum,- т -0,373+ о>82

=0,433 м2 • °С/Вт.

Устанавливаем (см. табл. 4 8), что средневзвешенная толщина пакета материалов одежды для обеспечения Rcyuшт=0,433 м2-°С/ч должна быть равной 9 мм.

Определяем, каким исходным тепловым сопротивлением должна обладать одежда в области туловища Rcyuтул шт. Согласно рис. 4 3 при иетре 4 м/с и воздухопроницаемости соответствующих материалов, равной 40 дм3/(м2-с), оно снизится на 25%, т. е. Rсум тул шт должно быть равным 0,8 м2-°С/Вт (0,6-100/76). Толщина пакета материалов, обеспечивающая эту величину, составляет 14,3 мм (см. табл. 4.8).

Исходное тепловое сопротивление одежды (в комплекте с пальто) в области туловища может быть определено также из табл. 3 (см. приложение).

Рассчитываем толщину пакета материалов пальто в области туловища (бтул) и толщину материалов, его составляющих. Устанавливаем с этой

щелью перечень других предметов одежды, надеваемых человеком. Напри- тиер: хлопчатобумажная трикотажная нижняя сорочка (6 = 0,86 мм), хлопчатобумажная верхняя сорочка (6 = 0,3 мм), шерстяной пуловер (6 = 2,5 мм).

•6Тул = 14,3—0,86—?0,3—2,5=10,6 мм.

Принимаем, что в качестве верха одежды будет использован материал, имеющий толщину 3,5 мм, а в качестве подкладки — материал толщиной •0,5 мм. В этом случае утеплитель должен иметь толщину 6,6 мм.

'112. Определяем толщину пакета материалов одежды на других участках поверхности тела, исходя из средневзвешенной толщины комплекта одежды в целом (9 мм).

Принимаем, что толщина головного убора — 3 мм (вязаная шапочка), перчаток — 2,5 мм, обуви — 3 мм, брюк и белья •— 2,5 мм. Определяем долю толщины одежды, мм, на каждом участке тела с учетом доли его поверхности , исключая области рук (плечо и предплечье) и бедер;

Г олова 0,0886 • 3

Туловище 0,34-14,3

Кисти 0,045-2,5

* Голени 0,125-2,5

Стопы 0,0644 • 3

5,746

Следовательно, доля толщины одежды в области бедер и рук составляет

S—5,746= 3,254 мм.

Учитывая, что доля их поверхности равна 0,337 (соответственно 0,203 и 0,104), толщина одежды на этих участках должна быть

3-254/0,337 = 9,66 мм.

Принимая во внимание толщину пододеваемон одежды в области рук (0,86+0,3+2,5 мм), толщина пальто на этом участке должна быть 6 мм, в толщина утеплителя — 2 мм. В области бедер (и ягодиц) толщина пальто должна быть равной 7,16 мм (9,66—?2,5 мм), а толщина утеплителя—3,16 мм.

Правильность расчета может быть проверена. В итоге должна быть по- ' лучена средневзвешенная толщина одежды, равная 9 мм. і Область тела Толщина одежды, мм Доля ТОЛЩИНЫ, мм Голова 3 0,2658 Туловище 14,3 4,8620 Руки (плечо и пред- 9,66 1,29444 плечье) Кисти 2,5 0,1125 Бедра 9,66 1,96098 Г олени 2,5 0,3125 Стопы 3 0,1932 2 = 9

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 метеорологи- ческие 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 теплоощуще- ниям человека, выполняющего физическую работу различной тяжести, может быть определена из уравнения

i_ Т0—0,1550<3з т/8+4а,169С*К_ Ч,4>1Э—0,0043&(2э T/S ’

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 энерго- трат Q9t. На потери тепла испарением влаги оказывает влияние одежда. Пакет материалов одежды, особенно зимней, затрудняет прохождение влаги от тела человека в окружающую среду.

Данные [2.1] свидетельствуют о том, что человек, одетый в зимний комплект одежды (комбинезон, куртка и брюки), выполняющий физическую работу средней тяжести (Q3T^290 Вт) и оценивающий свои теплоощущения как «комфорт», теряет Испарением приблизительно 20% общих теплопотерь.

Затраты тепла на нагревание вдыхаемого воздуха определяют по табл. 4 (см. приложение).

Среднюю поверхность тела человека принимают равной 1,8 м2 (при средней массе 70 кг и росте 171 см). Основной обмен человека среднего возраста (мужчины) составляет 44 Вт/м2, а с учетом общей поверхности тела — 79 Вт.

Тепловое сопротивление одежды рассчитывают следующим образом.

Определяют энергию, затрачиваемую человеком на механическую работу, QM, Вт.

QM== (Qa т 'Qo)t]>

где Qe т — общие эиерготраты человека, Вт, Q0—Основной обмен, Вт; т] — термический коэффициент полезного действия

Рассчитывают потери тепла на испарение влаги с поверхности кожи и верхних дыхательных путей фисп, Вт.

Фисп=[ (Qa т+Д/т)—|фм]0,2=[(@э т+Д/т)— (Qa т—QO)T|]0,2,

где Д — допустимый дефицит тепла в организме человека, Дж, % — время непрерывного пребывания человека в заданных метеорологических условиях, с.

Определяют затраты тепла на нагревание вдыхаемого воздуха (табл. 4, см. приложение).

Устанавливают радиационно-конвективные теплопотери

QpaA.KOHB, Вт.

QpaA.KOBB= (Qa т+Д/т) —Qiicn—Qflbix—Qm =0,72Qa t+0,08Qo+ +0^/T—Q*M=0,72Q*.T+0M/T-Рассчитывают тепловой поток на единицу поверхности qc.n, Вт/м2.

<7с п==|Срад конв/5.

Определяют из уравнения (см. с. 96) средневзвешенную температуру кожи tcк, °С, соответствующую заданному тепло- ощущению.

Зная тепловой поток qc.n,температуру кожи tc.ки окружающей среды /в, рассчитывают суммарное тепловое сопротивление одежды в целом Ксум, м2-°С/Вт.

(/с.к'—/*)/<7с.п. ?

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

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.

По тепловому сопротивлению одежды определяют сред-невзвешенную толщину пакета материалов (табл. 2, см. приложение) .

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 одеж; дк 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 защц, •гить организм человека от охлаждения при воздействии на не псобо низких температур, тем более если он вынужден длитель' дое время находиться в этих условиях. Согласно имеющимс данным из применяемых в настоящее время материалов пра тически нельзя изготовить одежду с термическим сопротивлени ем, превышающим 0,95 м2-°С/Вт. Однако и эта одежда в ус довиях производственной деятельности не может быть испол зована вследствие большой массы и толщины, ограничивают подвижность человека и его работоспособность.

В связи с этим в целях защиты человека от охлаждения экстремальных условиях (в различных средах) разрабатыва ся различные системы искусственного регулирования темпер

турного 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 коррек-тировки.

Меняются условия теплообмена и теплофизические парамет-ры 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, на- пример, 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,

Пр и м е р. Рассчитать тепловое сопротивление специальной одежды (в комплекте с курткой и брюками или комбинезоном).

Заданные условия: температура воздуха — минус 20 °С; скорость ветра — 4 м/с; энерготраты — 250 Вт; время непрерывного пребывания на холоде — 2 ч; вид деятельности — ходьба, перенос груза; степень охлаждения — балл теплоощущений Э («слегка прохладно»).

Определяем энергию, затрачиваемую на механическую работу:

QM= (Qaт—Q0)t|= (2501—7'9 )0,Г=17,1 Вт.

При этом Qo и т) находим соответственно из табл. 1.1 и 1.2.

По табл. 2.8 устанавливаем, что применительно к энерготратам 139 Вт/м21 (250/1,8) теплоощущениям, оцениваемым баллом Э, соответствует tcк = 30,2°С и Д—2,72 кДж/кг (для человека массой 70 кг).

По табл. 4 (см. приложение) находим, что потери тепла на нагревание вдыхаемого воздуха составляют 19 Вт (при (в=—20 °С и Qa.T =J2B0 .ВТ).

Определяем Орад.конв (см. с. 97):

Qpад конв =0,72-250+0,8-190400/7200— 19+6,35 = 188,5 Вт.

Рассчитываем qc.n.

4?».n = 188,5/1,8 =404,7 Вт/м2.

Определяем Rcyu-.

Rcyu— (io.k—iIb)/9c.h=30,2—(—20)/104,7і=0,4в м2-°С/Вт.

Эта величина могла быть найдена также из табл. 1 (см. приложение) путем интерполяции.

Устанавливаем воздухопроницаемость материалов. Как уже было сказано, при заданной скорости ветра желательно, чтобы воздухопроницаемость материала, используемого в качестве верха или ветрозащитной прокладки, была не более 40 дмэ/(м2-с). Исходя из этого определяем снижение теплового сопротивления одежды при скорости ветра 4 м/с:

С=(0,07В+2) 0+45= (0,07-40+2)4+6=24,2%.

В величину Реум =0,48 м2-°С/Вт вносим соответствующую поправку: 0,48—75,8%

х—100%,

т. е. определяем, какое тепловое сопротивление должна иметь изготовленная одежда в исходном состоянии (при относительно спокойном воздухе — штиле). Согласно расчету Рсум.шт должно быть равно 0,63 м2|-°С/Вт.

Э. По табл. 2 (см. приложение) определяем, что для обеспечения Реум шт = 0,633 ма-°С/Вт необходимо, чтобы средневзвешенная толщина па кета материалов одежды составила 16,25 мм.

40. Используя приведенные в табл. 4.6 показатели эффективности утеп лителя для различных областей тела, устанавливаем толщину одежды этих областях, мм:

Голова 0,49-15,25 = 7,47

Туловище 1,31-15,25=20,00

Плечо и предплечье 1,24-15,25=18,90 Кисть 0,66-15,25=10,06

Бедро 1,08-15,25=16,47

Г олень 0,81-15,25 = 12,35

Стопа 0,77-15,25=11,74

Определяем толщину спецодежды (например, комбинезона) иа ра личных ее участках. Принимаем, что рабочий надевает под комбинезон хл чатобумажное трикотажное белье, имеющее толщину 1 мм, и шерстян трикотажный костюм толщиной 3,5 мм. В этом случае комбинезон долж иметь толщину в области туловища 16,5 мм, плеча и предплечья 14,4 м бедра 12,0 мм, голени 7,85 мм.

При толщине основного (для верха) материала 2 мм, а подкладки 0,5 толщина утеплителя должна быть равной: в области туловища —13,0 м Плеча и предплечья — 14,9 мм; бедра—9,5 мм; голени — 5,35 мм.

4 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Клинические аспекты полярной медицины/Под ред. В. П. Казиач- М., 1986.

Якименко М. А., Ткаченко Е. Я- К вопросу о частоте простуд заболеваний прн адаптации человека к холоду//Бюлл. СОАМИ СССР. 1 Ms 5. С. 25—28.

Колесников П. А. Основы проектирования теплозащитной од М., 1971.

Казанцева Л. Б. Зависимость теплового состояния человека и теплозащитных свойств одежды от воздухопроницаемости, длины и вида. Ав- тореф., дис... канд. мед. наук. М., 1969.

Кокеткин П. П., Чубарова 3. С., Афанасьева Р. Ф. Промышленное .проектирование специальной одежды. М., 1982.

Климатофизиологическое обоснование районирования СССР для целей гигиены одежды/Ю. В. Вадковская, К. А. Раппопорт, Л. А. Чубуков,

И. Феяьдман//Вопросы прикладной климатологии. Л., 1960. С. 120—131.

Афанасьева Р. Ф., Окуиева С. Г. Физиолого-гигиенические принципы распределения теплоизоляционного материала в одежде//Сб. науч. тр./ ДНИИШП. М., 1970. № 15. С. 71—87.

<< | >>
Источник: Делль Р. А., Афанасьева Р. Ф., Чубарова 3. С.. Гигиена одежды: Учеб. пособие для вузов.— 2-е изд.,. перераб. и доп. — М.: Легпромбытиздат,1991.— 160 с.. 1991

Еще по теме Глава 4ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА:

  1. Глава 4ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА