Лабораторная работа № 7 проектирование производственной и специальной зимней одежды для различных условий труда и климата

Цель работы: Ознакомиться с методикой расчета зимней одежды, предложенной ЦНИИШП.

Задание:

1. Рассчитать для заданных условий работ радиационно-конвективные теплопотери.

2. Рассчитать плотность теплового потока.

3. Подобрать материалы для верхней одежды.

Примечание: Варианты индивидуальных заданий даны в приложении

Краткие теоретические сведения

Данная методика основана на теоретических и экспериментальных исследованиях, проведенных ЦНИИШПом в области изучения теплофизических свойств материалов и физиологии теплообмена человека с окружающей средой. Методика рассчитана для использования ее в практической работе конструкторов одежды Домов моделей, КБ и других организаций, занимающихся проектированием и изготовлением зимней одежды.

37

В методике приводится расчет потребного теплового сопротивления одежды производственного и специального назначения с учетом величины энергозатрат человека, времени его пребывания в заданных метеорологических условиях, температуры окружающей среды, скорости ветра и воздухопроницаемости одежды, а также указываются допустимые пределы охлаждения человека в зависимости от интенсивности выполняемой им физической работы. В методике указано, каким образом, исходя из толщины пакета, можно изготовить одежду с необходимой величиной теплового сопротивления и каким образом целесообразно распределить в ней теплоизоляционный материал.

Для проектирования одежды, соответствующей условиям ее эксплуатации, конструктору необходимо иметь следующие сведения:

1. Температура атмосферного воздуха, t⁰C;

2. Наиболее вероятная скорость ветра, в котором предполагается эксплуатация одежды, V м/сек;

3. Средние энергозатраты человека, для которого предназначается одежды, ккал/час.-м;

4. Время непрерывного пребывания человека в заданных условиях, t час.

Все эти факторы определяют величину теплового сопротивления одежды. Они могут быть получены от «заказчиков» или из соответствующего справочных материалов.

Знание скорости ветра необходима для выбора воздухопроницаемости пакета одежды и внесении я корректировки в расчетную величину теплового сопротивления одежды, т.к. ветер уменьшает тепловое сопротивления одежды даже при значительной толщине.

Величина энергозатрат человека также во многом обуславливает величину теплового сопротивления одежды: при интенсивной работе выделяется большое количество тепла, которое должно отдаваться в окружающую среду и при этом тепловое сопротивление одежды должно быть меньше. При работе меньшей интенсивности одежда должна обладать большим тепловым сопротивлением, чтобы защитить человека от излишних теплопотерь.

Время непрерывного пребывания человека в заданных условиях определяет величину теплового сопротивления одежды, т.к. чем более длительное время человек подвергается воздействию холодного фактора, тем больше тепловое сопротивление должна иметь одежда.

Расчет радиационно-конвективных теплопотерь

Радиационно-конвективные теплопотери рассчитываются в следующем порядке:

1.Определяется энергия, затрачиваемая человеком на механическую работу:

38

L = (M - M_осн) 10% / 100% ккал/час (1)

где М – общие энергозатраты человека; ккал/час;

М_осн- основной обмен, ккал-час (равный 68 ккал/час);

10% - затраты энергии на механическую работу.

2.Рассчитываются потери тепла на испарение влаги с поверхности кожи и верхних дыхательных путей (Q_исп).

где Д - допускаемый дефицит тепла в организме человека, ккал;

t - время пребывания человека в заданных метереологических

условиях, час;

Д/t - образование дефицита тепла в организме человека, час.

3.Затраты тепла на нагрев вдыхаемого воздуха Q_дых определяется по табл.10 приложения.

4.Определяются радиационно-конвективные тепло потери Q_{рад.конв} ккал/час:

Q_{рад.конв} = (2)

По величине радиационно-конвективных тепло потерь можно определить плотность теплового потока с поверхности тела человека:

q=Q_{рад.конв} /S ккал/ч м², (3)

где S - поверхность тела человека (1,8 м²);

Расчет теплового сопротивления одежды

Суммарное тепловое сопротивление одежды определяется по формуле:

R_сум = (t_свк – t_в)/q час м^{2 0}С/ккал (4)

В реальных условиях влиянием ветра в движении человека теплозащитные свойства одежды уменьшаются, причем степень уменьшения зависит как от скорости ветра, так и воздухопроницаемости материалов одежды. Поэтому в величину R_сум необходимо внести соответствующую поправку. Эта поправка зависит от воздухопроницаемости одежды, поэтому материалы для ее изготовления нужно выбрать с соответствующей

39

воздухопроницаемостью при заданной скоростью ветра. При ветре до 2 м/сек воздухопроницаемость материала может быть в пределах 7-100 дм³/м²сек, при 2-4 м/сек 7-40 дм³/м²сек, больше 4 м/сек 7-10 дм³/м²сек. По графику зависимости степени уменьшения теплового сопротивления одежды от скорости ветра находится поправка на ветер (рис 2). Для этого на оси абсцисс находится точка, соответствующая конкретной скорости ветра. Допустим R_сум =0,80 м²час град/ккал, а степень уменьшения теплозащитных свойств 10 %. Следовательно, чтобы в этих условиях теплозащитные свойства одежды сохранились, R_сум нужно увеличить

0,80 м ² час град -90 %

х -100 %

х = 0,89 м²час град/ккал

Определение толщины пакета материалов и распределение теплоза-щитного материала в одежде

Толщина пакета определяется по графику зависимости теплозащитных свойств одежды от ее толщины (рис.3). Допустим, тепловому сопротивлению одежды, равному 0,89 м²час град/ккал соответствует толщина одежды, равная 16 мм.

Однако, помимо средней толщины необходимо еще знать толщину различных участков одежды, т.к. при ее проектировании очень важно предусмотреть необходимую тепловую защиту всех областей тела человека. Недоутепленные, охлаждение какой – либо области тела может вызвать несмотря на хорошее утепление остальной поверхности, охлаждение всего организма и стать причиной отказа от пребывания в данных условиях.

Теплоизоляционный материал должен располагаться в одежде в соответствии с распределением коэффициентов эффективности утепления, значения которых приведены в методике (табл.4.1)

Таблица 4.1

Распределение теплоизоляционного материала в одежде

(по отношению к средней толщине одежды)

Области тела человека	При средней толщине одежды, мм
	8-17	18-28
1	2	3
Голова	0,50	0,49
Туловище	1,36	1,30
Плечо, предплечье	1,13	1,24
Кисть	0,74	0,66
Бедро	1,15	1,08
Голень	0,90	0,81
Стопа	0,83	0,77

Например, при средней толщине одежды 16 мм толщина участков одежды составит в области:

туловища 16 х 1,26 = 20,1 мм;

плечо 16 х 1,13 = 18,1 мм;

бедер 16 х 1,13 = 18,1 мм;

голеней 16 х 0,90 = 14,4 мм;

стоп 16 х 0,83 = 13,3 мм;

кистей 16 х 0,74 = 11,8 мм;

головы 16 х 0,50 = 8,0 мм.

Требования к конструкции одежды с точки зрения защиты человека от охлаждения.

Конструкция одежды для защиты от холода особенно в условиях сильного ветра, должна быть максимально замкнутой, рекомендуется «напульсники» в рукавах, закрытый ворот, капюшон, пояс и др.

Порядок оформления отчетов и их защита

3. Определить суммарное тепловое сопротивление одежды.

4. Определить поправку на ветер с учетом воздухопроницаемости материалов.

5. Определить толщину пакета с учетом коэффициентов эффективности утепления.

Контрольные вопросы

1. Сущность методики расчета зимней одежды, предложенной ЦНИИШП?

2. Какие сведения необходимо иметь для проектирования одежды, соответ-ствующей условиям ее эксплуатации?

3. Как определяют радиационно-конвективное теплопотери?

4. Как определяют толщину пакета материалов в одежде?

5. Каким образом распределяют теплозащитный материала в одежде?

6. Что рекомендуют использовать для защиты от холода в условиях сильного ветра?

Литература

1. Иванов К. П. Основные принципы регуляции температурного гомеостаза/В кн.: Физиология терморегуляции. Л., 2002.

2. Куликов Б.П., Сахарова Н.А., Костин Ю.А. Гигиена, комфортность и безопасность одежды. Учебное пособие – Иваново: ИГТА, 2006.