Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа

Содержание:

 

1. Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа гигиены одежды

2. Показатели и критерии теплового состояния человека при взаимодействии с окружающей средой

3. Оценка теплового состояния человека, как комплексный показатель соответствия одежды окружающей среде

4. Свойства текстильных материалов, обеспечивающих соответствие одежды окружающей среде

5. Особые функции системы «человек – одежда – производственная среда»

6. Требования к одежде различного назначения

7. Расчет теплопродукции человека

 

Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа

Гигиены одежды

 

Показатели и критерии теплового состояния человека при

Взаимодействии с окружающей средой

 

Температура кожи (средневзвешенная)

Большая часть тепла, образующегося в организме человека, рассеивается с поверхности тела. Это определяет значение температуры кожи при оценке теплового состояния организма. Зависимость уровня температуры кожи от термических условий среды, тесная корреляционная связь с теплоощущениями позволяют считать ее одним из информативных показателей теплового состояния организма.

В настоящее время для обобщающей характеристики температурного поля поверхности тела человека принято использовать средневзвешенную температуру кожи (tс.к), рассчитываемую в соответствии с ее значением на отдельных участках и площадью этих участков по отношению ко всей поверхности тела.

Средневзвешенная температура кожи достаточно тесно коррелируется с общими теплоощущениями человека.

В настоящее время на основе сравнительного анализа различных систем измерения температуры поверхности тела рекомендуется 11-точечная система. Средневзвешенная температура кожи tс.к, оС, по 11-точечной системе измерения рассчитывается по формуле

 

tс.к = 0,0086 t1 + 0,34 t1+ t2+t3+t4 / 4 + 0,134 t6 + 0,045 t7 +0,203 t8+t9 /2 +0,125 t 10 + 0,064 t11

 

t1 - t11 - соответственно температура кожи лба, груди, живота, спины, поясницы, плеча, кисти, верхней и нижней части поверхности бедра, голени, тыльной стороны стопы.

В производственных условиях (в случае отсутствия выраженного локального воздействия параметров микроклимата или неравномерного утепления) допустимо измерение температуры кожи на пяти участках тела. В этом случае температура tс.к. оС, рассчитывается по уравнению

 

tс.к = 0,07 t1 +0,5 t2 = 0,05 t7 + 0,18 t8 + 0,2 t10

 

ниже приводятся уравнения, отражающие взаимосвязь средневзвешенной температуры кожи и уровня энерготрат человека при различных его теплоощущениях в баллах.

 

Комфорт (4) tс.к. = 36,07 - 0,0354 Qэ.т. / S

Прохладно (2) tс.к. = 33,34 - 0,0335 Qэ.т. / S

Холодно (1) tс.к. = 30,36 -0,031 Qэ.т. / S

 

В этих уравнениях Qэ.т. – энерготраты, Вт; S – поверхность тела человека, м2. Приведенные уравнения применимы к человеку, не адаптированному к холоду, в диапазоне энерготрат до 300 Вт. У людей, акклиматизированных к холоду, комфортный уровень средневзвешенной температуры кожи (в состоянии относительного физического покоя) в результате снижения порога температурной чувствительности несколько ниже (на 1 – 1,5 оС).

В связи с тем, что средневзвешенная температура кожи дает представление об общих теплоощущениях человека, характеризующих состояние его теплообмена с окружающей средой, ее значения, отражающие температуру «»оболочки», используются при расчетах средней температуры тела и теплосодержания.

 

Оценка теплового состояния человека, как комплексный

Показатель соответствия одежды окружающей среде

 

Свойства текстильных материалов, обеспечивающих

Особые функции системы «человек – одежда – производственная

Среда»

Требования к одежде различного назначения

 

Требования к платьям, блузкам и верхним сорочкам

Платья, блузки и сорочки носят зимой и летом. В зависимости от условий их эксплуатации гигиенические требования к ним не одинаковы. В одежде, предназначенной для защиты от холода, основная функция платьев, блузок и сорочек – теплозащитная. Вместе с тем материалы для этих изделий должны обладать сорбционными и влагопроводными свойствами, чтобы поглощать влагу в местах соприкосновения с поверхностью тела человека и влагу, проходящую через белье.

Платья, блузки и сорочки для лета должны способствовать охлаждению поверхности тела и воздуха в пододежном пространстве, изоляции тела человека от воздействия внешнего тепла. Платьево-сорочечные материалы должны иметь высокую гигроскопичность, влагопроводность, воздухо – и паропроницаемость. Создание летних тканей для платьев, блузок и сорочек в соответствии с реальными условиями эксплуатации представляют сложную задачу. Это объясняется тем, что при небольшой толщине пакета материалов летней одежды с изменением условий окружающей среды даже в небольших пределах такая одежда может существенно влиять на тепловые ощущения человека.

В производстве платьев, блузок и сорочек широко используется натуральные и химические материалы. Поэтому с гигиенической точки зрения большое значение имеет оптимизация их структуры и волокнистого состава. В природно-климатических зонах, где преобладают ветры, при проектировании платьево-сорочечных материалов наибольшее внимание следует уделять оптимизации их структуры. Это объясняется тем, что в условиях ветра снижается роль волокнистого состава и возрастает значение показателей строения материалов (толщины, плотности, переплетения и др.) связанные со строением тканей показатели свойств материалов (влагопроводность, воздухопроницаемость и др.). оказывают влияние на обеспечение комфортных тепловых ощущений человека. В этом случае в выведении влаги с поверхности тела человека и из – под одежды преобладают диффузионные процессы.

В относительно безветренных климатических зонах преобладающее значение в обеспечении комфортных тепловых ощущений имеет волокнистый состав.

В табл. 6 приведены показатели физико-гигиенических свойств тканей, используемых для производства платьев и сорочек. Как видно из данных таблицы не все ткани соответствуют предъявляемым к ним гигиеническим требованиям.

 

Таблица 6

Физико-гигиенические свойства тканей, используемых в производстве платьев и сорочек

Ткань	Воздухопроницаемость, дм3/(м2*с)	Гигроскопичность, %	влагопроводность, г/(м2*ч)	Паропроницаемость, г/(м2*ч)	Водопоглащение, %
Хлопчатобумажная	300 – 1500	9 – 14	98 – 110	56±3	58 – 120
Из натурального шелка	180 – 550	10 – 12	90 – 100	56±3	65 – 75
Вискозная	90 – 380	14 – 25	100 – 120	56±6	68 – 82
Ацетатная	150 – 400	5 – 7	80 – 85	56±1	42 – 54
Триацетатная	150 – 400	4 – 5	70 – 76	56±1	40 – 52
Льняная	120 – 280	11 – 15	105 – 110	56±4	68 – 106
Льнолавсановая	140 – 470	4 – 7	68 – 90	56±3	42 – 56
Хлопколавсановая	85 – 270	6 – 10	70 – 92	56±2	45 – 52
Полиамидная	110 – 350	3 – 4	56	56	15 – 22
Полиэфирная	80 – 240	1	56	56	11 – 17
Шерстяная	100 – 180	11 – 13	90 – 100	56±4	70 – 94
Полушерстяная	120 – 260	5 – 11	66 – 88	56±2	62 – 75
Примечание: гигроскопичность материалов определяется при относительной влажности воздуха 98 %, влагопроводность и паропроницаемость устанавливались по методике ЦНИИШПа.

 

Для изготовления платьев широко используются трикотажные полотна различного волокнистого состава. Их воздухопроницаемость значительно выше предъявляемой к ним требованиями и составляет от 470 до 2300 дм3/(м2*с). Сорбционные свойства трикотажных полотен, содержащих гидрофобные волокна, неудовлетворительные. Использовать одежду из таких полотен в условиях неподвижного воздуха не рекомендуется.

Ассортимент платьево-сорочечных материалов развивается в направлении снижения их материалоемкости, что положительно сказывается на физико-гигиенических свойствах этих материалов (например, повышается воздухопроницаемость).

Важным является введение в нормативно – техническую документацию для платьево–сорочечных и бельевых материалов в качестве обязательных наряду с воздухопроницаемостью показателей электризуемости и содержания гидрофобных волокон. В соответствии с гигиеническими рекомендациями по использованию синтетических материалов для изготовления одежды в материалах для блузок, мужских сорочек и платьев содержание синтетических и ацетатных волокон не должно превышать 50 %.

По данным исследований, в платьево–сорочечные материалы, содержащие хлопок и лен, можно включать поливинилхлоридные и полиакрилонитрильные волокна до 30 – 35 %, полиамидные – до 45 %. Изменение строения тканей позволяет при одних и тех же затратах сырья в широких пределах варьировать их воздухопроницаемость, водопоглощение и капиллярность.

 

Задача 1

Рассчитать теплопродукцию мужчин в возрасте 30 лет занятных гимнастикой. Значение энерготрат Qэ.т. = 233 Вт/м2 и термического коэффициента полезного действия η = 0,1, Qо = 42,3 Вт/м2, S = 1,41 м2.

Qm.n. = S[Qэ.т. – η(Qэ.т. – Qо)] = 1,41м2[233 – 0,1(233 – 42,3)] = 301,6 Вт/м2

 

Задача 2

Проанализировать теплообмен излучения, конвекции и теплопередачи между человеком и окружающей средой.

Для расчета потерь тепла излучением Qизл.,αизл. = 5,5 Вт/м20 С, Sизм. = 1,06 м2, t1 = 30оС, t2 = 20о С

Для расчета потерь тепла конвекцией Qкон.,αкон. = 7 Вт/м20 С, S = 1,41 м2, t1 = 30оС, t3 = 22о С

Для расчета потерь тепла теплопередачей Qтепл., Sn = 0,042 м2, t4 = 19оС, t5 = 20о С, λ = 0,23 Вт/моС, δ = 0,015 м

1.Рассчитать потери тепла излучением по уравнению Стефана – Больцмана для небольшой разности температур тел:

 

Qизл = αизл * Sизм. (t1 – t2) = 5,5 Вт/м20 С* 1,06 м2(30оС – 20о С) = 58,3 Вт

 

2. Рассчитать потери тепла конвекцией по уравнению охлаждения тел Ньютона:

 

Qкон =αкон. * S (t1 – t3) = 7 Вт/м20 С* 1,41 м2(30оС – 22о С) = 79 Вт

 

3. Рассчитать потери тепла теплопередачей (считая, что теплопередача происходит только через поверхность подошв)

 

Qтепл = λ(t4 – t5)/ δ* Sn = 0,23 Вт/моС(19оС – 20о С) /0,015 м * 0,042 м2 = – 0,64Вт

 

4. Проанализировав полученный результат. Пришла к выводу что при моем варианте тело человека нагревается.

 

Задача 3

Рассчитать комфортный уровень теплоотдачи испарением. Qm.п. = 301,6 Вт/м2 (из задачи 1)

 

Qисп. = 0,36S* (Qm.n./S – 58) = 0,36 * 1,41м2 *(301,6 Вт/м2 /1,41 м2 – 58) = 79,1 Вт

 

Основные показатели теплового обмена человека

Вид деятельности человека: занятия гимнастикой
Пол и возраст: мужчина, 30 лет
Теплопродукция Qm.n.,Вт	Потери тепла излучением Qизл., Вт	Потери тепла конвекцией Qкон., Вт	Потери тепла теплопередачей Qтеп., Вт	Потери тепла испарением Qисп., Вт
301,6	58,3	79	– 0,64	79,1

 

Qm.n.= Qизл + Qкон. + Qтеп. + Qисп

 

301,6 = 58,3 + 79 + (–0,64) + 79,1

Если считать, что других источников отведения тепла нет, то тело человека нагревается, т.к. теплопродукция больше чем суммарные потери тепла.

Содержание:

 

1. Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа гигиены одежды

2. Показатели и критерии теплового состояния человека при взаимодействии с окружающей средой

3. Оценка теплового состояния человека, как комплексный показатель соответствия одежды окружающей среде

4. Свойства текстильных материалов, обеспечивающих соответствие одежды окружающей среде

5. Особые функции системы «человек – одежда – производственная среда»

6. Требования к одежде различного назначения

7. Расчет теплопродукции человека

 

Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа

Гигиены одежды