Инновационные технологии для оценки теплозащитных свойств одежды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновационные технологии для оценки теплозащитных свойств одежды

Умняков П.Н.

Проведены исследования и даны рекомендации для создания одежды, отвечающей комфортным тепловым и экологическим условиям с учетом уровня энергозатрат человека при выполнении различной физической нагрузки и при соблюдении требований эксплуатации для летнего и зимнего периодов.

Ключевые слова: инновационные технологии; теплозащитные свойства одежды; физическая нагрузка; требования эксплуатации; терморегуляция.

Физиологические основы терморегуляции организма человека

одежда энергозатрата тепловой экологический

Организм человека является своеобразной термостатической системой с внутренними источниками тепла. Поступление тепла в организм происходит благодаря химической терморегуляции, а его потеря - за счет физической терморегуляции. Тепло, выделяемое при химических реакциях, протекающих главным образом во внутренних органах, поддерживает постоянную температуру тела. Эти процессы, происходящие на поверхности тела человека можно представить в виде общей теплоотдачи Qч, Вт/м2. Она состоит из теплоотдачи: излучением Qч.л., Вт/м2; конвекцией Qч.к., Вт/м2; испарение водных паров с поверхности тела Qч.д., Вт/м2.

Комфортные ощущения человека обеспечивают его тепловым режимом. Если

Qч > Qч.л. + Qч.к. + Qч.н. + Qч.д.,

то в теле человека образуется излишнее тепло и организм перегревается. Если

Qч < Qч.л. + Qч.к. + Qч.н. + Qч.д.,

то в воздушную среду отдается теплоты больше, чем вырабатывает. В этом случае происходит переохлаждение организм.

Уровень энергозатрат в организме инвалида повышается главным образом при физической деятельности. Рассмотрим различные уровни энергозатрат человека. Так в положении сидя они составляют 100 Вт, стоя - 125 Вт, при ходьбе по ровной местности со скоростью 3 км/ч - 200 Вт и при ходьбе по наклонной местности с уклоном пять градусов со скоростью 3 км/ч - 300Вт и при просмотре диапозитивов - 140 Вт.

Как видно в процессе жизнедеятельности человека в зависимости от выполняемых физических действий его энергозатрат могут изменяться от 100 до 320 Вт. Эти условия должны быть учтены при разработке его одежды как домашней, так и уличной, особенно для зимнего периода года.

Термовлажностные процессы в пакете одежды инвалидов при различном уровне энергозатрат

В связи с этим к современной одежде человека предъявляется ряд требований. Она должна по своим теплозащитным свойствам соответствовать его возможной трудовой деятельности. Ее покрой должен обеспечить свободу движения и отвечать требованиям современной моды, что придаст ему уверенность в его нелегкой жизни. При этом немаловажным фактором является гигиенический комфорт, который достигается обеспечением в пододежном слое одежды оптимальных влажностных условий. В процессе его деятельности энергозатраты могут повышаться или понижаться. Повышение энергозатрат или стрессовое состояние человека сопровождается интенсивным выделением с поверхности кожи влаги в виде пара или капельно-жидком состоянии в воздушную пододежную прослойку между поверхностью кожи и бельем человека. В этом случае на поверхности бельевого слоя происходит образование конденсата. Человек в такой одежде, когда мокрый слой белья будет «прилипать» к поверхности тела, будет испытывать ощущение экологического дискомфорта. Если образование конденсата в слоях одежды не наблюдается парообразная влага удаляется из одежды, то и он будет ощущать условия экологического комфорта.

Оценка теплозащитных свойств текстильных материалов и одежды за рубежом

В зарубежных странах уделяется большое внимание определению теплотехники свойств текстильных материалов и изделий из них. Так, в Великобритании разработан Тогметр, который используется при исследовании теплоизоляционных свойств шерстяных, пуховых изделий и спальных мешков. В Японии действует стандарт на определение теплоизоляционных свойств одеял.

В странах Европейского союза разработан ряд термальных манекенов. В Германии разработан манекен под названием «Чарли», во Франции - манекен под названием «Мартин».

Европейским союзом для оценки теплоизоляционных свойств одежды за единый стандарт принят термальный манекен «Чарли».

Рассматриваемые системы термальных манекенов являются дорогостоящими конструкциями, как при изготовлении, так и в условиях их эксплуатации.

Инновационные разработки Российского заочного института текстильной и легкой промышленности

На кафедре «Экология и безопасность жизнедеятельности» за основу разработки теплофизического манекена «Егор» принята модель одежды в виде полой цилиндрической стенки с внутренними источниками теплоты, начиная со слоя эпидермиса, осуществляющего передачу теплоты теплопроводностью до концентрически расположенных слоев одежды и обуви . Она позволяет расчетным путем в зависимости от уровня энергозатрат человека проследить термовлажностные процессы:

определение распределения температуры по слоям одежды и обуви с учетом тепла выделяемого человеком в зависимости от температуры воздушной среды;

определение распределения влажности по слоям одежды и обуви с учетом количества влаги испаряющейся с поверхности тела человека - будет или нет в слоях одежды образовываться конденсат в виде капельно-жидкой влаги.

При термовлажностных расчетах теплофизического манекена «Егор» используются теплотехнические характеристики текстильных и кожевенных материалов, которые определяются в научно-исследовательской лаборатории кафедры.

В настоящее время теплозащита одежды определяется в соответствии с ГОСТ Р ИСО 15831 - 2008. Одежда. Физическое воздействие. Метод измерения теплоизоляции на термомакете. Дата введения стандарта 1 января 2010 г.

Он подготовлен Техническим комитетом ТК 412 «Текстиль» ОАО «Всероссийским научно-исследовательским институтом на основе аутентичного перевода Европейского стандарта I JO 15831. Он переведен на русский язык без изменений «один к одному».

В его тексте написано, что «настоящий стандарт устанавливает требования к термоманекену и метод изменения теплоизоляции на нем, позволяющий воспроизвести реальные процессы теплопередачи при ношении одежды потребителем в состоянии покоя и движения при нормальных внешних условиях».

Как видно в нем устанавливаются требования к термоманекену, которых в отечественных организациях не имеется, и метод рекомендует определять теплоизоляцию, а не пакет одежды. Совсем не понятно, что такое «нормальные внешние условия». Какие внешние параметры надо принимать при испытаниях одежды.

В тексте, где рассматриваются термины и определения, имеется такая фраза «Поток сухого тепла* может состоять из проводящего, конвекционного или излучающего компонента». Она непонятна. Следовало написать «Передача теплоты в пакете одежды происходит теплопроводностью, конвекцией и излучением». Кроме того, союз «имя» исключает одну из составляющих передачи теплоты конвекцией или излучением. Что не соответствует теплофизическим процессам в пакете одежды.

Буквенные обозначения не соответствуют стандартам. Так площадь обозначена «а и А», вместо, общая теплоизоляция комплекта одежды вместо , относительная влажность воздуха вместо и т.д.

Проведенные новые формулировки и условные обозначения в ГОСТ Р ИСО 15831-2008 затрудняют им пользоваться при оценке теплозащитных свойств пакетов одежды.

Рассматриваемая система манекена является дорогостоящей конструкцией, как при изготовлении, так и в условиях его эксплуатации в специальных климатических камерах.

В дальнейшем при подготовки Российских стандартов он должен быть гармонизирован с Европейским учетом отечественной терминологии, обозначений и соответственно отредактирован.

Для определения теплозащитных свойств пакетов одежды предлагается следующая расчетная методика. Она базируется на модели одежды в виде модели одежды полой цилиндрической стенки с внутренними источниками теплоты, начиная со слоя эпидермиса, осуществляющего передачу теплоты теплопроводностью до концентрически расположенных слоев одежды . Эта модель позволяет расчетным путем в зависимости от уровня энергозатрат человека получить для пакета одежды, следующие термовлажные характеристики:

- определить распределение температуры по слоям одежды с учетом теплоты, выделяемой человеком в окружающей воздушной среде;

- определить распределение влажности по слоям одежды с учетом количества влаги, испаряемой с поверхности тела человека, а также установить, что в слоях одежды будет или нет образования конденсата в виде капельно-жидкой влаги.

Распределение температуры для различных частей тела человека по слоям одежды и на ее внешней поверхности можно определить по формуле

= + •, (1)

где , - температура поверхности кожи од одеждой человека и коэффициент теплообмена у внешней поверхности одежды Вт/(м2 •°С); - периметр рассматриваемой части тела, м; - общая толщина пакета одежды, м; - сопротивление теплопередаче пакета одежды рассматриваемой части тела, (м2 •°С)/Вт.

= + ++, (2)

где , , - толщина материалов пакета одежды, м; , , - коэффициенты теплопроводности материалов пакета одежды, Вт/(м•°С);

Для определения значений упругости водяного пара в слоях одежды можно воспользоваться следующей формулой:

= + • (3)

где - упругость водяного пара в окружающей воздушной среде, Па;

- упругость водяного пара на поверхности тела (кожи) человека, Па; - общее сопротивление паропроницаемости пакета одежды, Па.

Заключение

одежда энергозатрата тепловой экологический

1. На основе проведенных аналитических исследований можно будет выбрать для изготовления одежды и обуви такие текстильные и кожевенные материалы, которые обеспечат человеку в его трудовой деятельности условия теплового и экологического комфорта в зимний период года.

2. Предлагаемый метод расчета термовлажностных свойств пакетов одежды, расположенных в различных частях тела человека, позволяет установить, что рассматриваемая одежда обеспечивает или нет комфортно-экологические благоприятные условия для человека.

3. Предложенную методику термовлажностных расчетов пакета одежды представляется использовать в дальнейшем при разработке государственных стандартов оценки термовлажностных свойств одежды.

Библиографический список

1. Умняков П.Н. Тепловой и экологический комфорт: учебник, Высшее образование - М.: Форум, 2009.- 448 с.

Размещено на Allbest.ru