Лекция 1 Введение. План
Скачать 1.06 Mb.
|
Лекция 6 Основные принципы проектирования одежды для защиты от холода 1. Влияние конструкции одежды и некоторых технических параметров пакета ее материалов на показатели теплозащитных свойств одежды. 2. Методика создания одежды для защиты от холода в соответствии с условиями ее эксплуатации. При проектировании теплозащитной одежды необходимо иметь в виду, что ее тепловое сопротивление в конечном счете должно оцениваться совокупным изолирующим действием готовой конструкции. Теплозащитные свойства одежды определяются тепловым сопротивлением материалов пакета, а также наличием в нем воздушных прослоек. Значение каждого из этих элементов в теплоизоляции организма при различных условиях эксплуатации одежды неодинаково. В случае пребывания человека в состоянии физического покоя большая часть суммарного теплового сопротивления одежды приходится на тепловое сопротивление воздушных прослоек. При движении, воздействии ветра, увеличении массы одежды возрастает доля материалов в суммарном тепловом сопротивлении, а доля воздушных прослоек существенно уменьшается. Наибольшее значение в теплоизоляции человека принадлежит тепловому сопротивлению пакета материалов, конструкции же одежды отводится дополнительная роль, хотя немаловажная (см. ниже). Перемещение тепла в одежде, как и в любой среде, происходит только при разности температур, в частности при разности между температурой поверхности тела под одеждой и температурой 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 практически 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 воздуха. Процесс прохождения тепла от поверхности кожи человека через пакет материалов одежды в окружающую среду может быть представлен двумя основными законами распространения тепла: законом Фурье о передаче тепла в твердом теле и обобщенным законом Ньютона о потере тепла наружной поверхностью твердого тела в окружающую среду. Закон Фурье применим к тепловому потоку внутри одежды, а закон Ньютона – к явлениям, происходящим на границе между поверхностью одежды и внешней средой. Согласно закону Фурье тепловой поток q может быть определен по уравнению q=·t/=∙Tк –Tп.о/, где q- тепловой поток с температурой t+t к другой изотермической поверхности с температурой t; -коэффициент теплопроводности; - расстояние между изотермическими поверхностями; Tк- температура тела человека (под одеждой); Tп.о- температура наружной поверхности одежды. Коэффициент теплопроводности материалов одежды- одна из основных теплофизических величин, характеризующих теплозащитные свойства. Проведенные исследования показали, что для воздушно-сухих материалов одежды он практически не зависит от их структуры, волокнистого состава и вида отделки. При тепловых расчетах одежды этот коэффициент можно считать постоянной величиной, равной 0,049 Вт·(м·С). Для оценки теплозащитных свойств материалов и пакетов из них более важной величиной является не коэффициент теплопроводности , а обратная ему величина – тепловое сопротивление Rт, м2 ∙С/Вт. Для простого слоя RT=/, где -толщина слоя, м; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·С). Величина Rт отражает 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. Вместе с тем тепловое сопротивление подобно электрическому обладает свойством аддитивности, которого нет у тепловых коэффициентов, это очень важно для определения теплового сопротивления пакета материалов. Тепловое сопротивление Rэ (эквивалентное)сложного слоя равно сумме сопротивлений составляющих его простых слоев: Rэ=R`+R``+R```+… . 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 RT=/0.0495+0.001. Обобщенный закон Ньютона гласит: количество тепла, отдаваемое в единицу времени элементом наружной поверхности в окружающую среду, пропорционально разности температур поверхности (tn) и среды (tc) . Он выражается уравнением q=(tn-tc), где - коэффициент теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи - сложная величина, зависящая от физических свойств, характера и интенсивности движения окружающего воздуха, лучеиспускательной способности наружной поверхности одежды, температуры и лучеиспускательной способности окружающих твердых тел и их расположения относительно рассматриваемого участка поверхности. В простейшем случае коэффициент можно представить в виде суммы двух слагаемых: =к.к+л , где к.к- величина теплоотдачи, приходящаяся на долю конвекции и кондукции ; л- величина теплоотдачи, приходящаяся на долю лучеиспускания. Таким образом, процесс теплоотдачи тепла от поверхности тела человека в окружающую среду состоит из двух частей: передача тепла от внутренней поверхности одежды к наружной при перепаде температур от tк до tп.о и от наружной поверхности одежды (при температуре tп.о)в окружающую среду (в частности, воздушную). Величину, обратную коэффициенту теплоотдачи, можно рассматривать как сопротивление теплопереходу от наружной поверхности одежды во внешнюю среду(Rп). В этом случае совокупное изолирующее действие одежды, характеризующее весь процесс теплопрохожения от поверхности во внешнюю среду может быть выражено суммарной величиной Rсум. Rсум=Rэ+Rв.п+Rп , где Rв.п- тепловое опротивление воздушных прослоек между отдельными слоями материалов, а также между кожей человека и примыкающем к ней слое материала. Следовательно, задача технического расчета суммарного теплового сопротивления тканей и пакетов материалов одежды в первом приближении может быть сформулирована таким образом: при известных физических факторах среды одежда должна быть подобрана так ,чтобы ее суммарное тепловое сопротивление обеспечило заданную, соответствующую гигиеническим требованиям величину q согласно уравнению q=(tк-tс)/Rсум. Исходя из этого уравнения количество теряемого организмом тепла зависит от перепада температур между телом человека (tк) и внешней средой (tс) и суммарного сопротивления одежды Rсум. При постоянном Rсум теплопотери возрастают пропорционально увеличению перепада температур. При постоянном перепаде температур и увеличении Rсум теплопотери через пакет 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 Rсум пакета материалов без учета влияния конструкции одежды в целом. Величина Rв.п, составляющая большую долю в Rсум 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 Rв.п в соответствии с конкретными условиями эксплуатации одежды. Величина Rт определяется, как известно, в большей степени содержащимся в материале инертным воздухом, однако в процессе эксплуатации одежды материалы могут увлажняться, а следовательно, и изменять свои теплозащитные показатели. Прогнозирование Rт в прочесе увлажнения, изменяющего не только его величину, но и условия теплоотдачи, также представляет весьма сложную задачу по причине многих неизвестных. Не менее сложной задачей является определение Rп1/=1/(к.к+л), зависящего от многих факторов, в том числе изменяющихся в процессе эксплуатации материала одежды. Учитывая все сказанное, был разработан метод, включающий в себя прибор для экспериментального определения теплового сопротивления пакетов материалов. Однако, как показали результаты сравнительных исследований пакета материалов 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 Rсум 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 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 пододежное пространство. В таблице 4.1. приведены некоторые физиолого-гигиенические показатели, позволяющие оценить теплоизоляционные свойства одежды различного вида в условиях относительно спокойного воздуха. Таблица Физиолого-гигиенические показатели теплоизоляционных свойств одежды.
Данные таблицы показывают, что наибольшими теплоизоляционными 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 брюками в условиях относительно спокойного воздуха обусловлено большим утеплением нижних конечностей(таблица). Каких-либо существенных различий в теплоизоляции туловища не наблюдается. Таблица Показатели теплоизоляционных свойств одежды различного вида* в области нижних конечностей (бедро, голень, стопа).
*В комплекте с другими предметами одежды (хлопчатобумажное белье, полушерстяные брюки, хлопчатобумажные носки, утепленные ботинки). При движении человека тепло изоляционные свойства его одежды снижаются. Во время ходьбы (3-3,5км/ч) теплопотери человека, одетого в комбинезон или куртку с брюками, увеличиваются на 6-8%, одетого в пальто- на 24%. При этом тепловое сопротивление одежды в первых двух случаях уменьшается на 5,5-7,5%, а во втором – на20%. Наибольшее 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 области 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 поддерживании теплового баланса человека в процессе выполнения им физической работы) . так, во время ходьбы (со скоростью около 3 км/ч ) энерготраты человека, одетого в пальто, увеличиваются примерно на 36%, а теплопотери радиацией и конвекцией – на 24%, т.е. большая часть дополнительно образующегося в организме тепла фактически отдается во внешнюю среду за счет усиления вентиляции пододежного пространства. При 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. 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 (<6 мм). При ветре роль воздушных прослоек в повышении теплового сопротивления уменьшается. В этих условиях определенное значение имеет воздухопроницаемость пакета материалов одежды. Например, при воздухопроницаемости, равной 60дм3/(м2∙с),тепловое сопротивление пакета материалов, плотно прилегающего к поверхности прибора, оказывается больше, чем при наличии воздушной прослойки. Следует также ожидать, что эффективность воздушных прослоек в повышении 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-прошивного ватина), подкладки (сатин). Толщина пакета материалов комбинезона составляла 5,3мм (при давлении 196 Па), воздухопроницаемость-58дм3/(м2·с). Комбинезоны отличались один от другого степенью прилегания к телу и были сконструированы с учетом особенностей конкретной фигуры (таблица). Припуск на свободу прилегания во втором комбинезоне был стандартным, принятым для данного вида изделия с целью обеспечения свободы движения человека. Таблица Припуски на свободу облегания, см
Полученные данные свидетельствуют о том, что при плотном прилегании комбинезона к телу человека теплопотери его в условиях относительно неподвижного воздуха выше, а температура кожи ниже, чем при свободном прилегании. Различия между средневзвешенными величинами теплового потока составляют 14%, между средневзвешенными показателями температурыкожи-0,4˚С. Указанные различия в радиационно-конвективных теплопотерях и температуре кожи обусловлены различиями в показателях теплозащитных свойств этих комбинезонов, составляющих 14%. Таким образом, одежда «закрытого» типа, более плотно прилегающая к поверхности тела человека, при одной и той же толщине пакета ее материалов имеет худшие показатели теплоизоляции. Причиной этого следует считать меньшую фактическую толщину одежды в резкльтате вытеснения воздушных прослоек. Подобное явление наблюдается и при надевании под верхнюю одежду большого количества предметов, которые с одной стороны, мобилизуют воздух, а с другой, - уменьшают толщину воздушной прослойки. Результаты исследований свидетельствуют о том, что и при ветре тепловое сопротивление комбинезона, свободно облегающего фигуру, выше, чем прилегающего. В то же время пакеты материалов той же воздухопроницаемости при неполном прилегании их к поверхности (воздушная прослойка между прибором и нижним слоем пакета материалов =5мм ) имеют меньшее тепловое сопротивление. По видимому это, обусловлено тем , что при эксплуатации одежды воздействию ветра подвергается только часть поверхности тела человека. При этом в результате особенностей конфигурации тела давление, создаваемое движущимся воздухом, на его участках неодинаково, вследствие чего неодинаковы и фактическая воздухонепроницаемость, и снижение теплового сопротивления одежды на участках тела. Так при направлении ветра в спину тепловое сопротивление плотно прилегающего комбинезона снижается в области лопаток на 50% (при скорости ветра 3м/с), а в области поясницы – на 8% при практически одинаковых исходных величинах. Если на человеке надет свободно облегающий комбинезон, тепловое сопротивление в области спины уменьшается примерно на ту же величину (48%), а в области поясницы, где одежда прилегает меньше,- на 14%. Это означает, что охлаждение участков тела, непосредственно подвергающихся воздействию ветра, зависит от степени прилегания одежды к поверхности тела. Участки тела, к которым одежда прилегает неплотно, охлаждаются больше. Анализ изменений температуры кожи и теплового потока на других участках поверхности тела показал, что при эксплуатации свободно прилегающего комбинезона теплопотери на большинстве участков поверхности тела человека ниже, а температура кожи выше. Исключение, как было отмечено раньше, 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 (Пг) и в области талии (Пт) для сохранения теплового баланса были проведены исследования в микроклиматической камере. Физиолого-гигиенической оценке были подвергнуты комплекты зимней спецодежды с различными припусками на свободное облегание (таблица). Таблица | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Лекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое... Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... | | Лекция 1 Введение в аналитическую химию План Предмет и задачи аналитической... Рабочая программа составлена на основании фгос впо, в соответствии с целями (миссией) и задачами ооп впо и учебного плана направления... |
 | Протокол №11 от 31 августа 2011 г Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | 2012. 03. 20. Йога Триада. Введение. Лекция 37 Охватывает их целостности со всеми сложностями, взаимосвязями, противоречиями |
| А. С. Калюжный психология и педагогика Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | Тест №2 (Русский язык – 4) Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
| Программа рассмотрена на заседании «Утверждаю» Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | Архитектурно-строительный университет научная библиотека Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
| Лекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир... Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой | | Лекция Средства обучения и контроля Тема Введение. Виды корпусов и блоков питания системного блока персонального компьютера |
| Список экстремистских материалов Статьей 13 Федерального закона от 25. 07. 2002 Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | Образовательная программа начального общего образования моу «сош №4» Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 |
| 2012. 03. 06. Йога Триада. Введение. Лекция 35 Характеристика русского костюма. Основа мужского и женского северного костюма | | Лекция 1 введение понятие и особенности информационного общества Про грамма соответствует федеральному компоненту государственного стандарта основного общего образования по информатике и информационным... |
| Программа учебной дисциплины " Практические навыки проектного менеджера... Лекция введение. Назначение и состав методологий внедрения информационных систем 4 | | Лекция для заочников по дисциплине Финансовый менеджмент (12) Введение Министерством образования Российской Федерации к использованию в образовательном процессе в общеобразовательных учреждениях на 2008-09... |
