Прохоров В.Т. Особенности защиты человека от воздействия низких температур

Подождите немного. Документ загружается.

121

Т а б л и ц а 2.5

Пределы переносимости холодового воздействия в покое

и при физической работе

Показатели Покой

Тяжелая

физическая ра-

бота

СВТ кожи, ºС

Температура тела, ºС

Дефицит тепла, кДж

Теплопродукция, Вт

Температура кожи кистей ºС

Температура кожи стоп, ºС

21,4-23,5

36,8

838,0-938,8

216,0-251,0

13,4-14,9

16,8-16,9

20,6-23,2

37,7

628,5-910

–

9,7-12,5

17,7-23,3

В случае постепенного нарастания дефицита тепла в организ-

ме в связи с превышением отдачи тепла над теплопродукцией процесс

охлаждения ног носит фазовый характер. Если на начальной стадии

охлаждения тепловое состояние организма еще не нарушается, хотя

отмечается начало снижения температуры тканей и активная деятель-

ность компенсаторных терморегуляторных механизмов только разви-

вается, то на следующей стадии охлаждения тела четко проявляются

вазомоторные реакции и колебания температуры кожи ног. При этом

колебания температуры кожи более заметны на большом пальце, по-

дошве, тыльной части стопы при выполнении человеком физической

работы. Меньше заметны колебания средневзвешенной температуры

кожи стопы человека, находящегося в состоянии относительного по-

коя. После прекращения охлаждения организма и обогрева темпера-

тура кожи стопы ног восстанавливается. На дальнейших стадиях ох-

лаждения ощущается недостаточность компенсаторных терморегуля-

торных функций организма, постепенно усиливается травмирующее

122

действие холода. Охлаждение конечностей до такой степени недопус-

тимо, а повторные охлаждения ног способствуют возникновению про-

студных заболеваний. Еще большее охлаждение стопы, усиливающее

травмирующее действие холода, постепенно приводит к отмороже-

нию ног. Температуру кожи большого пальца 15-17ºС рассматривают

как условную нижнюю границу второй стадии охлаждения стопы [58].

Рассмотрев физиологические процессы охлаждения, перейдем

к анализу взаимоотношений «оболочка» – окружающая среда, т.е.

процессов, связанных с потерей тепла.

2.3 Характер охлаждения стопы человека в условиях холода

Окружающей средой для человека в одежде и обуви являются

воздух, твердый грунт или снег и вода. Отдельные участки ног чело-

века могут находиться в контакте с любой из указанных сред.

В условиях холода, при разнице между температурами тела

человека и окружающей средой, происходит непрерывный теплооб-

мен, переход тепловой энергии от тела человека в окружающую сре-

ду. При быстро меняющихся условиях внешней среды и режиме фи-

зической нагрузки поддерживать состояние тепловой уравновешенно-

сти практически невозможно.

Процесс охлаждения стоп сопровождается появлением у нос-

чиков обуви различных тепловых ощущений [58]. Данные таблицы 2.6

демонстрируют общий характер охлаждения ног в обуви, эксплуати-

руемой при пониженных температурах.

123

Т а б л и ц а 2.6

Оценка теплоощущений носчиков обуви при различном

времени охлаждения, % от количества ответов

Тепловое сопротивление

обуви, м²·ºС/Вт

Время охлаждения, мин

сум

Оценка

теплоощущения

30 60 90 120

0,26 0,18 0,34

Тепло

Комфортно

Прохладно

Холодно

Очень холодно

–

0,15 0,13 0,20

Тепло

Комфортно

Прохладно

Холодно

Очень холодно

–

0,22 0,18 0,26

Тепло

Комфортно

Прохладно

Холодно

Очень холодно

–

Результаты исследований подтверждают, что предельно до-

пустимая критическая температура стопы должна быть 25-29ºС. При

этой температуре примерные температуры кожи большого пальца со-

ставляли 18-20 ºС, средней части подошвы – 21-22ºС и тыльной сто-

роны стопы – 28-30ºС.

Представляет интерес данные о предельно допустимом време-

ни нахождения человека в обуви при различных температурах внеш-

ней среды (таблица 2.7) [58].

124

Из данных таблицы 2.7 видно, что по мере снижения темпера-

туры окружающего воздуха фактическая теплозащитная способность

единицы теплового сопротивления обуви уменьшается. Увеличение

теплового сопротивления обуви становится малоэффективным при

очень низких температурах внешней среды.

Физиолого-гигиенические испытания позволяют выявить

влияние на тепловое состояние ног не только суммарного теплового

сопротивления обуви, но и различных конструкций верха и низа обу-

ви.

Т а б л и ц а 2.7

Время охлаждения стопы, мин., до температуры кожи большого

пальца 18ºС в обуви с различными суммарными тепловыми

сопротивлениями

Температура воздуха в закрытом помещении,

С Суммарное те-

пловое сопро-

тивление обу-

ви, м

С/Вт

-10

-20

-30

-40

-50

0,09

0,18

0,26

0,35

0,45

0,53

0,62

0,71

0,80

0,88

1,00

110

105

115

100

105

106

108

125

Закономерность изменения температуры кожи стопы при ох-

лаждении может быть представлена на полулогарифмических графи-

ках, если на них наносить не температуру кожи стопы, а разность ме-

жду температурами кожи стопы и окружающего воздуха. При этих

условиях рассматривается передача тепла через систему материалов

обуви и далее во внешнюю среду. Такой подход позволил увидеть, что

закономерность изменения температуры кожных покровов выражает-

ся прямой, причем температура в отдельные моменты времени колеб-

лется около прямой, поэтому данная закономерность может быть вы-

ражена линейной зависимостью. Однако известно, что линейной зави-

симостью на полулогарифмических графиках выражается экспонен-

циальное изменение температуры во времени, а это в свою очередь

подтверждает предположение о том, что отдача тепла телом человека

во внешнюю среду описывается закономерностью, близкой к закону

Ньютона.

Приведенные данные подтверждают возможность и целесооб-

разность применения метода математического описания процесса из-

менения теплового состояния стопы человека для определения темпе-

ратуры кожи стопы при носке обуви в определенных метеорологиче-

ских условиях.

2.4 Оценка теплового состояния человека в теплозащитной

обуви

Чем сильнее неблагоприятное воздействие окружающей сре-

ды, тем большей защитной способностью должна обладать обувь. По-

этому теплозащитные свойства обуви имеют исключительное значе-

ние для тепловой защиты ног и создания при пониженных температу-

126

рах окружающей среды нормального теплового состояния всего орга-

низма.

Теплозащитные свойства обуви зависят от метеорологических

условий. Показатели теплозащитных свойств, особенности конструк-

ции обуви зависят от ее целевого назначения, интенсивности выпол-

няемой физической работы. Судить об этих показателях позволяют

данные, характеризующие тепловое состояние человека в указанной

обуви, характер его ответных реакций на воздействие окружающей

среды [109].

В условиях холода, при разнице между температурами тела

человека и окружающей среды, происходит непрерывный теплооб-

мен, переход тепловой энергии от тела человека в окружающую сре-

ду. При изучении процесса перехода тепла от стопы человека к внут-

ренней поверхности обуви стопу можно рассматривать как тело с бо-

лее высокой температурой, отдающее тепло. Температура кожного

покрова стопы определяется соотношением количества поступающего

к ней (регулируемого организмом) тепла и интенсивности отдачи его

в окружающую среду при определенной теплоизоляционной способ-

ности обуви и ее конструктивных элементов (верха и низа, утепления

отдельных участков обуви). Температура кожи на разных участках

стопы изменяется во времени.

В низкотемпературных районах выделяют территорию, на ко-

торой утепленная обувь, применяемая в северо-восточных районах

страны, не обеспечивает необходимых теплозащитных свойств. Это

территория с особо низкой температурой, где сильное охлаждение

стопы обусловлено сочетанием низкой температуры воздуха (до –

40ºС) с сильным ветром (до 40 м/с). Неблагоприятное влияние этих

условий на стопу больше, чем влияние температуры до – 60

С при

127

скорости ветра до 2м/с. Температура стопы на открытом воздухе в

первом случае может понизиться до 5ºС.

Нарушение кровотока нижних конечностей резко сказывается

на общем теплообмене, поэтому в условиях низких температур (от

минус 50 до минус 70) обувь должна обеспечивать естественную под-

вижность стопы. Лучшей защитной обувью в этих условиях многие

считают местную обувь типа мягких сапог из меха взрослого оленя

(торбаса, комусы) и внутренние чулки из меха молодого оленя- пыжи-

ка.

Высокие теплозащитные свойства обуви этих видов объясня-

ют строением волоса оленьего меха, внутри которого находится воз-

дух. Благодаря этому тепло стопы сохраняется даже и в ветреную по-

году при низкой температуре. Тонкая плотная кожевая ткань оленьего

меха сохраняет гибкость обуви при очень низкой температуре, при

которой овчина становится ломкой.

Развитие производства синтетических и искусственных мате-

риалов с заданными свойствами открыли широкую перспективу для

разработки конструкций обуви с теплозащитными свойствами, значи-

тельно превышающими теплозащитные свойства всех видов обуви,

применяемых в этих условиях.

В высокогорных районах (более 2000м. над уровнем моря) с

пониженным парциальным давлением кислорода и пониженной тем-

пературой воздуха наблюдается повышенная чувствительность чело-

века к холоду из-за кислородного голодания. На высоте 3000м. над

уровнем моря температура стопы понижается на 3-5

С. В этих усло-

виях обувь и одежда должны быть максимально облегчены и утепле-

ны.

128

К наиболее важным характеристикам метеорологических ус-

ловий, влияющих на человека, которые следует учитывать при разра-

ботке требований к материалам и конструкции обуви, предназначен-

ной для носки в зимний период, необходимо отнести температуру

воздуха, скорость ветра, атмосферные осадки. Такие показатели, как

давление и влажность воздуха, в обычных условиях имеют второсте-

пенное значение, однако при большой влажности воздуха заметно по-

вышается равновесная влажность материалов обуви и их теплопро-

водность.

Мокрый снег или тающий лед создает условия высокой тепло-

отдачи от поверхности обуви во внешнюю среду и может приводить к

значительному охлаждению стопы человека в обуви. Поэтому, при

носке обуви в зимних условиях (при наличии снега) должна быть ис-

ключена возможность попадания снега внутрь обуви через верхний

край или шнуровку. Снег не должен прилипать к поверхности обуви

или забиваться в ворс, так как при входе в теплое помещение снег тает

и увлажняет обувь.

В период напряженной терморегуляции отмечается более ин-

тенсивное кровообращение в конечностях, чем в других частях тела,

поэтому целесообразно вносить поправки в указанные характеристи-

ки.

Так как обувь является защитным барьером между стопой че-

ловека и окружающей средой, она снижает неблагоприятное воздей-

ствие среды, облегчает организму возможность через систему термо-

регуляции обеспечить нормальные или комфортные условия для че-

ловека.

В холодное время года обувь используют с внутренней обу-

вью: носками, колготками. Часто применяют специальные утеплите-

129

ли, входящие в комплект обуви. Таким образом, пространство между

стопой и обувью всегда заполнено прослойками из волокнистых мате-

риалов (трикотаж, текстильные, нетканые или войлочные материалы,

натуральный или искусственный мех и др.). Структура этих материа-

лов включает в себя большое количество воздушных ячеек, пор и про-

слоек. Между стопой и этими материалами, между слоями материа-

лов, а также между поверхностью материалов и внутренней поверхно-

стью обуви образуются воздушные прослойки различной толщины и

протяженности, изменяющиеся при передвижении человека и при его

покое. Степень сжатия материалов внутренней обуви изменяется. Ма-

териалы могут увлажняться потом, при этом влага вытесняет воздух

из ячеек и даже заполняет отдельные поры и капилляры. Тогда пере-

нос тепла сопровождается влагопереносом.

При выборе обуви по размерам стоп обращается внимание так

же на то, чтобы обувь была впорной. Вместе с тем замеры линейных

размеров стопы и размеров применяемой обуви указывают на то, что

это условие не всегда соблюдается.

При носке обуви, размеры которой не учитывают толщину

внутренних утеплителей, происходит сдавливание кровеносных сосу-

дов, затрудняется кровообращение, т.е. результат противоположен

тому, который ожидают получить от применения внутренних утепли-

телей.

Таким образом, передача тепла от стопы к обуви является

сложным процессом в связи с различной степенью соответствия фор-

мы обуви, стопам разных людей, наличием воздушных прослоек при

неодинаковой степени сохранения их в носке. Поэтому сложность

системы материалов и воздушных прослоек обуви привела к необхо-

димости использовать в практических расчетах упрощения, при кото-

130

рых тепловые свойства внутренней обуви рассматриваются и оцени-

ваются отдельно и учитываются при последующих расчетах общего

показателя теплозащитных свойств обуви.

При нахождении человека в спокойном состоянии, после ноч-

ного сна температура кожи стопы выравнивается с температурой ко-

жи на других участках тела. Днем, при нахождении человека в спо-

койном состоянии, сидя, стоя или при выполнении легкой работы да-

же при комнатной температуре в результате теплообмена с окружаю-

щей средой температура кожного покрова стопы снижается и различ-

на на разных ее участках. Наиболее высокая температура наблюдается

на голени тыльной стороны стопы; более низкая – на подошве и еще

более низкая – на отдаленном участке – опорной подушечке большого

пальца. Указанное обстоятельство послужило основанием для иссле-

дования температуры именно на этом участке, по которому можно су-

дить о тепловом состоянии стопы, учитывая температуру кожного по-

крова стопы и на других ее участках (тыльной стороне, подошве).

2.5 Теплообмен обуви с внешней средой

Теплообмен у наружной поверхности обуви обычно рассмат-

ривается как процесс переноса тепла от поверхности тела во внеш-

нюю среду и наоборот. При соприкосновении с воздухом тепловая

энергия частиц твердого тела первоначально путем теплопроводности

передается тем частицам воздуха, которые соприкасаются с поверхно-

стью тела. Через некоторый интервал времени температура приле-

гающего к телу слоя воздуха повышается. Таким образом, вблизи тела

образуется пограничный слой воздуха, имеющий более высокую тем-

пературу. Так как более теплый воздух обладает меньшей плотно-

стью, то на некотором расстоянии от поверхности тела возникают