Лабораторная работа №8 тепловой расчет бытовой одежды

Цель работы: изучить методы расчета теплозащитных свойств материалов и бытовой одежды.

Задание

1.Тепловой расчет материалов одежды

2.Расчет теплозащитной бытовой одежды по методу ЦНИИТП

3.Анализ результатов работы, формулировка выводов.

41

Краткие теоретические сведения

Расчет суммарного термического сопротивления материалов одежды

1.Расчет суммарного термического сопротивления материалов одежды производят в следующей последовательности:

1.Принимают исходные данные для расчета (толщину, воздухопронецаемость материалов, скорость ветра).

2.В случае скорости ветра V=0 м/с R_сум определяют по формуле:

R_сум = δ/λ_экв + 1/α м^{2 0}С /В_m (1)

22

Для практических расчетов R_сум значения коэффициента теплопроводности и сопротивления теплоотдаче с поверхности материалов принимаются:

λ_экв = 0,0495 В_m/м⁰С - 1/α м^{2 0}С /В_m (2)

3.В условиях ветра суммарное термическое сопротивление материалов определяется по формуле:

R_сум = (1,74-0,027 δ) ∙ (е^сwR₀ -1)/CW е^сwR₀ + (0,044+0,002 δ) (3)

δ - толщина материалов, мм;

с – теплоемкость воздуха, Дж/кг град (с = 1005,6 Дж/кг град);

W – воздухопроницаемость материала, определяемая при перепаде давления , соответствующего определенной скорости ветра, м³/м² с.

R₀ – термическое сопротивление материала при заданной скорости ветра при отсутствии инфильтрации воздуха, м² с/ В_m.

Значение W определяется по формуле:

W = W₁ ΔP/ΔP₁ (4)

где W₁ – количество воздуха, проходящего через материалы при стандартном перепаде давления Р₁ = 50 дм³/м² (при 5 мм вод.ст.);

W = ВP/1000, кг/м²с, (5)

где В- исходная воздухопронецаемость материала, м³/м² с;

Р-плотность воздуха при t=200С, кг/м³ (Р=1,205 кг/м³);

ΔР -разность давлений, соответствующая определенной скорости ветра, ΔР=0,061 v².

Сопротивление теплоотдаче R_о при отсутствии инфильтрации воздуха определяется по формуле:

R_о=(δ/λ_экв)+1/α м²⁰С/В_m (6)

Для определения значения 1/α при заданной скорости ветра пользуются

42

данными таблицы 9 приложения.

По значениям С, W, Ro, δ по формуле (3) определяют суммарное тепловое сопротивление материалов в условиях ветра.

2.Расчет теплозащитной бытовой одежды по методике ЦНИИШП.

Для приближенного расчета термического сопротивления требуются исходные данные:

1.Энергозатраты человека Q_эm, В_m;

2.Допустимый дефицит тепла в организме, Д,дж;

3.Время непрерывного пребывания человека в заданных условиях t, час;

4.Скорость передвижения человека

5.Средневзвешенная температура кожи

6.Затраты тепла на нагрев вдыхаемого воздуха Q_дых, В_m;

7.Потери тепла испарением влаги с поверхности тела человека и верхних дыхательных путей Q_исп, В_m.

Непрерывное время пребывания человека на холоде принимается равным 1 ч., скорость передвижения человека 3,2 км/час, Q_эm,=209 В_m. При данном уровне энергозатрат теплоощущением «прохладно» соответствуют:

t_свк=30+1,3 ⁰С, Д = (208+84)103 Дж или 50+20Ккал

При расчете принимается их средний уровень.

Последовательность расчета:

1.Расчет радиационно-конвективных теплопотерь:

Q_{рад.конв} = (Q_mл+Д) – Q_исп-Q_дых (7)

Потери тепла испарением составляют 20 % от общих теплопотерь:

Q_исп =( (Q_mл+Д)∙20)/100 (8)

Потери тепла дыханием Q_дых принимаются по табл.5.1.

Таблица 8. 1

Потери тепла дыханием, Вm

Температура воздуха,	+10	+5	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30
Телопотери дыханием	5,8	7,2	8,6	10,0	11,6	14,0	15,6	16,9	18,2

2.Расчет теплового потока на единицу поверхности тела:

43

q = Q_{рад.конв}/S Вm/м²,

где S- поверхность тела человека, 1,8 м².

3.Определение теплового потока с поверхности туловища.

Радиационно – конвективные теплопотери с поверхности туловища человека, находящегося в движении и оценивающего по истечении 1 ч. свои теплоощущения как «прохладно», составляют 21,8 % от общих радиационно-конвективных теплопотерь:

Q_{рад.конв} = (qS/100)∙21,8 Вm/м² (9)

Тепловой поток на единицу поверхности тела можно еще определить по формулам:

q_свт = (39,8-t_скв)/0,078; (10)

q_тул = (37,5+t_тул)/0,074

4.Термическое сопротивление одежды в области туловища определяется по формуле:

R_сум = (t_к – t_в)/q (11)

5.Термическое сопротивление одежды с учетом поправки на охлаждающее действие ветра определяется по формуле:

R_сум.k = ((R_сум..в+(0,00018 В + 0,0093)V)/0,82 м²⁰С/В_m (12)

где В - воздухопронецаемость материала выбирается с учетом скорости ветра, дм³/м²с;

V - скорость ветра, м/с.

6.По R_сум.k определяют толщину пакета материалов (табл.9, 10) приложения).

7.Производят подбор материалов для изготовления одежды, пользуясь табл.5,12, книги[1].

Порядок оформления отчетов и их защита

Определить термическое сопротивление одежды, ее толщину, климатические зоны, в которых она может эксплуатироваться.

Контрольные вопросы

1.Какими показателями характеризуются теплозащитные свойства материалов и одежды?

2.Какие факторы оказывают влияние на теплозащитные свойства материалов и одежды?

3.Какие основные этапы расчета тепловых свойств материалов?

4.В чем состоит сущность расчета теплозащитных свойств бытовой одежды по методу ЦНИИШП?

44

Литература

1. Гигиеническая оценка одежды и обуви и материалов для их изготовления: учеб.-метод. пособие / И.П. Щербинская [и др.].– Минск.: БГМУ, 2007. –

2. Румянцев Г.И. Гигиена. М., 2005г.

3. Лакшин, А.М. Общая гигиена с основами экологии человека / А.М. Лакшин, В.А. Катаева. – М.: Медицина, 2004.