Конкретный расчет теплового сопротивления одежды.

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

Заданные условия. Т^о воздуха –10^оС. Скорость ветра 5м/сек. Энерготраты 209 Вт. Вид выполняемой работы – ходьба по ровной местности. Время пребывания на холоде – 1 час. 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.

1. Определяем теплопродукцию организма человека: G теплопродукции = G энерготраты – h (Qэнерготраты-Qосн.обмена). Ходьба по ровной местности соответствует термическому коэффициенту h =0, тогда

Gтеплопродукции = Gэнерготратам

2. Рассчитываем общие теплопотери

Qтеплопотери = G энерготраты +Д – G испарения.-G нагрев воздуха при дыхании.

Qтеплопотери +Д = 209 + (2,72 х 1000 х 70)/3600 = 209 + 52,89 = 262 Вт

3. Определяем энеорготраты на нагревание вдыхаемого воздуха. При температуре –10^о они составляют 11,6 Вт.

4. Устанавливаем потери тепла испарением влаги с поверхности тела и верхних дыхательных путей. При заданном теплоощущении “прохладно” они составляют 20% общих теплопотерь, т.е. 262 х 20/100 = 52,9 Вт.

5. Определяем радиационно-конвективные теплопотери со всей поверхности тела:

G рад.конвект.= 262 – 52,9 – 11,6 = 197,5 Вт;

А также тепловой поток с единицы поверхности тела (средневзвешенный):

Gсредневзв. тепл. потока = 197,5: S пов. тела (1,8 м2) = 109,7 Вт/м2.

6. Определяем тепловой поток с поверхности туловища, который составляет 21,5% общего теплового потока

g туловища = (109,7 Вт х 21,5) / 100 х 0,34 = 70 Вт/м2.

7. Рассчитываем необходимое суммарное тепловое сопротивление одежды в целом, исходя из средневзвешенной Т⁰ кожи, равной 31⁰С, температуры воздуха = - 10 ⁰С и средневзвешенного теплового потока g сп , составляющего 109,7 Вт/м².

R сумм. = (То кожи тела – Т о воздуха) / g срв. потока = (31,0 - (-10)) / 109,7 = = 0,374 м2 оС/ Вт.

R сумм. Тулов. = (То тела – Т о воздуха) / g туловища = (32,3 - (-10)) /70 = = 0,600 м2 оС/ Вт.

8. Рассчитываем, с каким исходным тепловым сопротивлением R сумм. штиль (при относительно спокойном воздухе – штиле) следует изготовить одежду, чтобы в реальных условиях (при воздействии ветра и движениях человека) оно оставалось равным указанному выше (0,374).

С этой целью устанавливаем, какую воздухопроницаемость будет иметь основной материал (или ветрозащитная прокладка). При данной скорости ветра целесообразно использовать соответствующие материалы с воздухопроницаемостью 40 дм³ м²/сек.. Иными словами – поправка к тепловому сопротивлению одежды на ветер.

Rсум. штиль=[R сум.ветра +(0,00018В+ 0,0093)V] / 0,82 = 0,373 + + [(0,00018 х 40 + 0,0093) х 4] / 0,82 = 0,433 м2 оС/Вт

9. Устанавливаем, что средневзвешенная толщина пакета материалов одежды для обеспечения Rсум.штиль 0,473 м^{2 о}С/Вт должна быть (таблица 10.2) 17 мм.

10. Определяем, каким исходным тепловым сопротивлением должна обладать одежда в области туловища Rсум. тул. шт. Согласно рисунка 10.1 при ветре 4 м/сек и воздухопроницаемости соответствующих материалов, равной 40 дм³/ (м²сек ) она снизится на 25%, т.е. Rсум. тул. шт должно быть равно 0,600 м^{2 о}С/Вт х 100/75 = 0,8 м^{2 о}С /Вт.

Толщина пакета материалов, обеспечивающих эту величину составляет 14,3 мм.

11. Рассчитываем толщину (д) пакетов материалов пальто в обл. туловища (д.тул.) и толщину материалов, его составляющих. Устанавливаем с этой целью перечень других предметов одежды, надеваемых человеком. Например, – хлопчатобумажная трикотажная нижняя сорочка (д-0,86 мм, хлопчатобумажная верхняя сорочка (д-0,3 мм), шерстяной полувер (д-2,5 мм).

Д тул. = 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 10,6 – (3,5 + 0,5) = 6,6 мм.

12. 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:

Голова 0,0886 х 3 = 0,2658; Кисти 0,045 х 2,5 = 0,1125; Туловище 0,34 х 14,3 = 4,862; Голени 0,125 х 2,5 = 0,3125; Стопы 0,0644 х 3 = 0,1932. Всего 5,746.

Следовательно, доля толщины одежды в области бедер и рук составляет 17 мм – 5,746 = 11,254 мм.

Учитывая, что доля их поверхности равна 0,337 мм (соответственно 0,203 и 0,134), толщина одежды на этих участках должна быть 11,254: 0,337 = 33 мм. Однако, толщина материала более 23 мм не эффективна. Поэтому максимальная толщина одежды в области рук и бедер будет составлять 23 мм.

Принимая во внимание толщину поддеваемой одежды в области рук равной 3,66 мм (2,5 мм полувер + 0,3 сорочка + 0,86 нижняя сорочка), пальто на этом участке должно быть толщиной 23 – 3,66 = 19 мм.