Контрольные вопросы к занятию.

1. Показатели теплового состояния человека: температура тела (ядра), температура кожи (оболочки);

2. Физическая и химическая терморегуляция в организме.

3. Дать понятие о дефиците тепла в организме;

4. Теплоощущения и тепловое состояние человека;

5. Классификация тепловых состояний организма человека по различным показателям;

6. Микроклимат под одеждой как показатель соответствия одежды предъявляемым требованиям

7. Влияние профессиональной одежды на функциональное состояние и работоспособность работающих

8. Критерии и методы гигиенической оценки одежды.

9. Критерии и методы оценки работоспособности человека, одетого в профессиональную одежду.

10. Критерии и методы оценки умственной работоспособности человека (корректурные пробы).

Приборное оснащение занятия

1. Оборудование для проведения степ-теста: ступенька высотой 30 см, метроном, секундомер;

2. Прибор для измерения артериального давления;

3. Спирометр;

4. Динамометр;

5. Весы напольные с точностью взвешивания до 1 г.;

6. Таблицы с кольцами Ландольта.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10

Методика расчета теплового сопротивления бытовой одежды

Цель работы: Научиться проектировать одежду с заданными теплозащитными свойствами

Содержание работы:

1. Рассчитывается тепловой поток со всей поверхности тела.

2. Определяются радиационно-конвективные теплопотери со всей поверхности тела.

3. Определяется тепловой поток с поверхности туловища, который составляет 21,5% общего теплового потока.

4. Определяются удельные теплопотери со всей поверхности тела и в области туловища.

5. В расчет теплового сопротивления вносятся поправки на охлаждающее действие ветра

6. По показателю теплового потока с поверхности туловища определяется уровень температуры кожи человека, который будет наблюдаться по истечению 1 часа пребывания на холоде.

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

8. Рассчитывается толщина (д) пакетов материалов пальто в обл. туловища (д.тул.) и толщина материалов, его составляющих. Устанавливается с этой целью перечень других предметов одежды, надеваемых человеком

Методика проведения исследования

Каждый студент решает самостоятельно задачу применительно к различным климатическим регионам России

Чтобы обеспечить требуемое тепловое состояние организма человека тепловое сопротивление одежды бытового назначения должно соответствовать конкретным условиям ее эксплуатации: соответствующим метеофакторам района, характеру физической активности труда человека, количеству часов, проводимых человеком на открытом воздухе.

Таким образом, условиями проектирования одежды являются:

1. Знание климатического районирования территории РФ, приведенного для целей конструирования бытовой одежды.

2. Время непрерывного пребывания человека на холоде (для бытовой одежды оно принято 1 час).

3. Уровень энерготрат человека (это скорость передвижения человека на ровной местности со скоростью 3 км/ч, энерготраты составляют 209 вт.).

При данном уровне энерготрат теплоощущениям «прохладно» соответствуют следующие физиологические показатели человека: средневзвешенная температура кожи +32^оС, температура стоп +24^оС; дефицит тепла в организме 208 х 10³ Дж.

Методика расчета.

1. Рассчитывают тепловой поток со всей поверхности тела по формуле:

Q теплового потока = Q энерготраты - h (Q энерготраты - Q основного обмена). Поскольку для данных условий коэффициент термического действия – h = 0, то тепловой поток равен энерготратам, т.е Q тепл.пот. = Q энерготратам. Отдача тепла организмом человека конвекционно-радиационным путем, т.е через носимую одежду, будет равна соответственно следующему уравнению Q рад.конвек.= (Q тепловой поток +Д) – Q испар.- Q дыхан.

Тепловой поток известен – 209 вт. Дефицит тепла (Д) = 208 х10³Дж.

На долю потери тепла за счет испарения приходится около 20% от всей потери тепла организма. Потеря тепла при дыхании определяется зависимостью от температуры наружного воздуха. При 0^оС потеря тепла составляет 8,6 вт; при –5^оС – 11,6 вт; при –15 ^оС – 14 вт; при –20 ^оС – 15,6 вт.

После определения Q рад.конвек. определяют средневзвешенный тепловой поток на единицу поверхности тела (g), которая будет равна Тепловому потоку/на единицу площади тела (S)- т.е 1,8 м².

При проектировании теплозащитных свойств пакета материалов одежды надо знать средневзвешенные значения теплового потока, обеспечивающие комфортные теплоощущения человека в течение 1 часа, чтобы на них ориентироваться . Такими значениями являются: при температуре 0^оС – 115 вт/м²; -10^оС – 112 вт/ м²; -20^оС – 111 вт/ м²; -5^оС – 113 вт/ м²; -15^оС - 111,5 вт/ м²; -25^оС - 110,5 вт/ м²; 30^оС – 110 вт/ 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 человека, которые ею покрываются (в частности, область туловища).

Радиационно-конвекционные теплопотери с поверхности туловища человека g тул., находящегося в движении и оценивающего по истечении 1 часа свои теплоощущения как прохладно, составляют 21,8% общих радиационно-конвекционных теплопотерь (G).

g тул= G Sх21,8/100; S= 0,34 м² (поверхность туловища).

Тепловой поток на единицу поверхности тела человека может быть определен также из приведенных ниже эмпирических формул, выведенных на основании взаимосвязи теплового потока и температуры кожи:

G с.п = 39,8 – T ck/0,078

G тул. = 37,5 – T тул/0,074

3. По показателю теплового потока с поверхности туловища определяют уровень температуры кожи человека, который будет наблюдаться по истечению 1 часа пребывания на холоде.

Надо знать (табличные данные) показатели теплового потока с поверхности туловища человека, которые необходимо обеспечить с помощью одежды при различных температурах воздуха. При температуре воздуха +10^о – 74 вт/м²; +5^о –73,5 вт/м²; 0^о – 73 вт/ м²; -5^о – 72,5 вт/ м²; -10^о – 72 вт/ м²; -20^о – 71 вт/м²; -25^о – 70,5 вт/ м²; -30^о –70,0 вт/ м²; -35^о –69,5 вт/ м²м2; -40^о 69,0 вт/ м²; -45^о – 68,5 вт/ м².

4. Рассчитывают необходимое тепловое сопротивление одежды:

R сум. = (Т ск - Т возд)/g ср. потока Тск = 30^о

Рассчитывают тепловое сопротивление одежды в области туловища.

R тул = (Т с.тул. – Т возд)/G тул. Т тул.= 32^о

Полученные данные сверяют с табличными данными, приведенными ниже

Таблица 10.1 – Тепловое сопротивление одежды в реальных условиях эксплуатации для различных климатических зон (табличные данные)

Климатическая зона	Тепловое сопротивление одежды, м^2 ^оС/Вт
	для всего тела	для туловища
2	0,44	0,72
3	0,37	0,59
4	0,33	0,52
5	0,28	0,45

5. В расчет теплового сопротивления вносят поправку на охлаждающее действие ветра:

R сум.штиль = [R сум.ветра + (0,00018 В + 0,0093) V]/ 0,82;

В – воздухопроницаемость одежды;

V – скорость ветра.

Рисунок 10.1 – Снижение термического сопротивления пальто в зависимости от его воздухопроницаемости при различной скорости ветра (в области туловища):

1- 10 м/с, 2 – 8 м/с, 3 – 6 м/с, 4 – 4 м/с, 5 – 2 м/с, 6 – 0 м/с.

Степень снижения R сум. тул. в области туловища устанавливают по графику (рис.10.1), где представлено снижение R сум. тул. в зависимости от скорости ветра и воздухопроницаемости.

Исходные данные теплового сопротивления одежды применительно к различным температурам воздуха, скорости его движения и воздухопроницаемости пакета материалов одежды представлены в табл. 10.2.

По тепловому сопротивлению комплекта одежды (включающего пальто) пользуясь данными табл. 10.2 определяют толщину пакета материалов (средневзвешенную и в области туловища), обеспечивающую расчетное значение теплового сопротивления.

Таблица 10.2 – Суммарное тепловое сопротивление одежды (в комплекте с пальто), м² °С/Вт

Толщина пакета материалов, мм	Средне- взвешенное значение	Значение в области туловища	Толщина пакета материалов, мм	Средне- взвешенное значение	Значение в области туловища
0	0,116	0,120	11	0,47*	0,680
1	0,164	0,284	12	0,482	0,722
2	0,206	0,258	13	0,508	0,760
3	0,250	0,326	14	0,517	0,790
4	0,284	0,378	15	—	0,820
5	0,318	0,450	16	—	0,845
6	0,370	0,465	17	—	0,890
7	0,390	0,500	18	—	0,900
8	0,414	0,550	19	—	0,915
9	0,430	0,600	20	—	0,932
10	0,456	0,640	21	—	0,950

7. Подбирают материалы для изготовления одежды пользуясь таблицей. 10.1, где указаны количественные требования к некоторым показателям теплозащитных свойств одежды применительно к различным климатическим зонам РФ.

Данные таблицы 10.1 показывают, что практически в климатической зоне 5, а также в зоне 4 зимнего пальто не требуется.

Необходимая толщина пальто может быть достигнута либо путем применения ткани верха требуемой толщины, либо путем использования утеплителя в сочетании с тонкой тканью верха. Массовые наблюдения, проведенные в климатических зонах 2. 3. 4 подтвердили данные: пальто, изготовленное в соответствии с приведенными в табл. 10.1 рекомендациями обеспечивает в течение 1 часа тепловое состояние человека на уровне оптимального или допустимого.

Для практического расчета теплового сопротивления и толщины пакета материалов одежды пользуются данными, приведенными в табл. 10.3-10.4

Таблица 10.3 – Показатели эффективности утепления областей тела человека при различной средневзвешенной толщине пакета материалов одежды.

Область тела	Толщина пакетов материалов одежды, мм
	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
Голень	0,90	0,81	0,86
Стопа	0,83	0,77	0,59

Таблица 10.4 – Показатели теплозащитных свойств одежды (в комплекте с пальто) для различных климатических зон и районов в зимний период.

Климатическая зона	Район	Средняя температура воздуха	Города представители	Рекомендуемая воздухопроницаемость	Исходное сум. Тепловое сопротивление одежды	То же в обл. туловища	Толщина всей одежды(Т)	Толщина пакетов матер.пальтов обл.Тулов
3	Аа	-9,8 (5)	Мурманск, Архангельск, С-Пб, Москва, Вятка, Саратов	10-30	0,510-0,525	0,72-0,75	12,0-12,8	11,1-11,9
	Аб	-12 (10)	Оренбург	10-20	0,574-0,5612	0,90-0,93	18,0-20,0	15,12-17,1
	Б	-10 (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
4	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	10-30	0,320-0,340	0,50-0,52	7,0-7,5	4,1-4,6
5	Аа	-0,97(2)	Тбилиси, Ереван, Краснодар, 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
	Бб	+4,6 (5)	Баку	10-30	0,340-0,360	0,55-0,57	8,0-8,5	5,1-5,6
	Ба	-0,36 (2,5)	Грозный, Ашхабад, Ташкент, Душанбе	30-40	0,374-0,378	0,53-0,54	7,6-7,8	4,7-4,9