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

Подождите немного. Документ загружается.

система CYBOR - результат совместной работ нескольких немецких

научных центров. [4]

Система CYBOR предназначена для создания различных кли-

матических условий для проведения испытаний изделий. Система

включает узел нагрева с измерительно-регулирующими устройствами,

куда помещается тестируемое изделие, и систему управления, которая

с помощью математических программ позволяет наглядно проследить

процесс. Кроме того, система располагает моделями различных частей

тела - анимационными моделями (рис. 1.9). Термодинамические рабо-

чие характеристики CYBOR ориентированы на физиологические па-

раметры.

Методы, использованные в работе системы, сопоставимы с

международными апробированными стандартными методами.

Рис. 1.9. Анимационные модели

При этом практика показала, что чувствительные элементы

CYBOR реагируют даже на незначительные различия в их свойствах.

Главным же её преимуществом стал уже упомянутый выше гуманно-

физиологический аспект. CYBOR была применена для определения

глобальных показателей обуви. В качестве опытных образцов были

выбраны три пары обуви с мембранным материалом Gore-Tex две из

нубука светло-коричневого и темно-коричневого цветов, одна - из

гладко-чёрной кожи. Условия испытания указаны в таблице 1.3.

При сравнении результатов этих опытов видно, что данные

опыта №3, имеющего гуманно-физиологическую направленность, не

коррелируют с данными физически ориентированных опытов №1 и

№2. Это вполне объяснимо, поскольку при смещении потоков сухого

и влажного воздуха, по сравнению с сепаратным (отдельным) их по-

ступлением имеет место распределение энтальпии.

Т а б л и ц а 1.3

Условия испытания

Номер

опыта

Температура,

°С

Перепад давления водяных паров,

Мбар

1 15

1 9,7

(только сухой тепловой поток)

2 0

19,7

(только влажный тепловой поток)

3 0 19,7

Таким образом, становится ясно, что на основе только физиче-

ских испытаний сделать надёжный прогноз о комфортности обуви не-

возможно - необходимо учитывать реальные условия носки. В этой

связи в дальнейшем было проведено сравнение опыта № 3 с динами-

ческими испытаниями (с использованием модели ноги) и опытной

ноской, которая осуществлялась в климатической камере фирмы

Fa.Gore. При этом два сенсора температуры и влаги, расположенные в

середине свода стопы и в области пальцев, измеряли параметры мик-

роклимата во внутренней части обуви и передавали результаты на вы-

числительную машину.

Для анализа использовались значения, полученные после три-

дцатиминутной физической нагрузки. Результаты этих испытаний по-

казали, что в случае опыта №3 и динамического моделирования имеет

место существенная дифференциация температуры и относительной

влажности воздуха в зависимости от материала.

В случае же опытной носки у всех трёх пар испытываемой

обуви их значения мало отличались друг от друга. Это ещё раз под-

твердило правильность выбора физиологически оправданного уровня

температуры.

В изменении показателей относительной влажности воздуха

при всех видах испытаний прослеживалась чёткая закономерность. В

зависимости от материала они варьировались в одной и той же после-

довательности, только на разных уровнях влажности.

С помощью CYBOR исследуются и свойства подкладочных

материалов. Для тех же пар обуви были проведены тесты на сопро-

тивление паропроницаемости и термическое сопротивление. Решаю-

щее значение для внутриобувного микроклимата имеет не только со-

противление материала подкладки паропроницаемости, но и его

структура: через искусственный мех, имеющий рыхлую ворсистую

поверхность, влага отводится эффективнее, чем через относительно

гладкий текстиль.

Проведённые исследования наглядно показывают, что для по-

лучения точной оценки комфортности обуви необходимо проводить

её всесторонние испытания. Данные, которые базируются только на

тестировании материалов заготовки, могут оказаться непригодными

для использования или даже неправильными. Эта проблема успешно

решается с помощью CYBOR, которая благодаря высокой точности

измерений выявляет незначительные различия в материалах и конст-

рукциях обуви, позволяя оптимизировать технологии её производства.

[4]

Условия среды на территории нашей страны настолько раз-

личны, что они требуют разнообразных способов обеспечения челове-

ку комфорта с помощью жилища и одежды. Имеется ряд профессий и

видов деятельности, которые связаны с длительным пребыванием че-

ловека на открытом воздухе и часто совершенно лишают его возмож-

ности пользоваться жильём. С точки зрения комфортности обуви

очень важны данные об особенностях опорной поверхности - характер

почвы, которая может быть песчаной, каменистой, болотистой, глини-

стой, наличие на ней снега или льда. Существенными являются пока-

затели температуры поверхности почвы, глубины снежного или рас-

тительного покрова, влажность почвы. Решающими часто служат

данные о климатических и погодных условиях.

Обувь, спроектированная с учётом климатических особенно-

стей, рас ширит зону комфорта, повысит трудоспособность, а в от-

дельных случаях предохранит от некоторых заболеваний. Особую

роль она приобретает в тех условиях, когда человек вынужден дли-

тельное время находиться без жилищ или по роду своей деятельности

подвергаться охлаждению в закрытых помещениях.

Комфортность обуви - это обеспечение удобства при эксплуа-

тации обуви, способность обуви к поддержанию микроклимата, наи-

более благоприятно го для стопы (температура, влажность, биологи-

ческие факторы), впорность (облагаемость обувью стопы) и вес обуви

[1].

Комфортность обуви зависит от сочетания многих факторов -

качеств; кожи, температурных и химических характеристик материала

подошвы и верха, правильно сконструированной колодки, эластично-

сти, веса и т.д., а также внутреннего микроклимата ботинка (тепло,

влажность и т.д.).

С учетом трудоемкости и надежности различных методов,

достоверности и точности получаемых результатов признано целесо-

образным оценивать комфортность прямым измерением температуры

стопы, особенно для выявления степени обжатия, а также температу-

ры и влажности внутриобувного пространства в процессе эксплуата-

ции обуви.

Теплозащитные свойства обувных материалов определяют на

стандартном приборе по коэффициенту теплопроводности (ГОСТ

6068-51) или по методу Г.К. Кондратьева на бикалориметре [7].

Целью этих исследований является оценка влияния обуви из

полимерных материалов на функциональное состояние организма че-

ловека в зависимости от климатических условий, сезона года, возрас-

та, физической нагрузки.

Изучение зависимости теплового состояния человека от тепло-

защитных свойств обуви проводится на практически здоровых людях,

подобранных по возрасту, весу, росту, характеру питания.

Исследование образцов проводятся на 5 испытуемых путем 3-х

кратного повторения опыта. До начала опыта испытуемые должны в

течение 40-50 минут находиться в комфортных условиях при темпе-

ратуре от +20 °С до -20 °С, т.к. в течение этого времени устанавлива-

ется стационарный режим теплообмена человека с окружающей сре-

дой при минимальном напряжении терморегуляторных реакций, по-

сле чего производится регистрация изучаемых показателей. Длитель-

ность опыта составляет 1,5 часа, в течение которых показатели реги-

стрируются через каждые 30 минут. Если испытуемый отмечает дис-

комфортное состояние замеры необходимо произвести в этот момент.

Исследования проводятся до ощущения "холодно" или "жарко", если

эти ощущения появляются к концу 1,5 часового опыта, исследуемая

обувь считается соответствующей изучавшимся метеоусловиям и мо-

жет быть рекомендована населению. Исследования проводятся в ме-

теорологических условиях, соответствующих назначению изделия в

одно и то же время суток. Наряду с исследуемой частью комплекта

одежды остальные ее части подбираются так, чтобы они по своим те-

плозащитным свойствам соответствовали сезону года и были бы оди-

наковыми у всех испытуемых [7].

Для суждения о теплообменных процессах организма человека

изучается температура тела и кожи, радиационно-конвективный теп-

лообмен, влагопотери, теплопродукция, интенсивность потоотделе-

ния, а также показатели внутриобувного микроклимата (температура,

влажность). Температуру кожи, плотность теплового потока и интен-

сивность потоотделения измеряют в следующих точках: лоб, кисть,

грудь, бедро, голень, стопа.

Термическое сопротивление обуви рассчитывается по сле-

дующей формуле:

Р= (Т

-Т

)/О-0,15м

-град/Вт (1.1)

где Р - термическое сопротивление обуви;

- средневзвешенная температура кожи;

Т о - температура наружной поверхности обуви;

О - средневзвешенный тепловой поток поверхности кожи;

0,15 м

-град/Вт - термическое сопротивление воздуха. При

изучении терморегуляторных реакций большое внимание уделяется

исследованию уровней тепловых потоков с поверхности тела челове-

ка, что позволяет оценивать теплозащитные свойства обуви в связи с

непосредственным ее назначением, которое заключается в снижении

радиационно-конвективных теплопотерь [7].

Для определения тепловых потоков с поверхности тела чело-

века может быть использован биотепломер, который изготавливается

экспериментально-техническим производством Московского НИИ ги-

гиены им. Ф.Ф. Эрисмана.

Теплопотери испарением рассчитываются на 1 час и опреде-

ляются путем взвешивания человека на медицинских весах до начала

и в конце опыта. Полученная разница в весе (в граммах) умножается

на 585 кал. И, таким образом, определяется теплоотдача путем испа-

рения.

Одновременно с измерением тепловых потоков производится

измерение температуры кожной поверхности. С этой целью могут

быть использованы биотепломер и установка для измерения темпера-

туры кожи человека, разработанная во ВНИИГИНТОКСе. Эта уста-

новка может быть использована и для измерения температуры внут-

риобувного пространства. При измерении тепловых потоков и темпе-

ратур комплект датчиков крепится на кожу испытуемых, а разъем вы-

водится наружу и подвешивается к поясу. Во время опытов нельзя по-

правлять датчики на коже, производить на ней какие-либо замеры и

т.п., так как это будет нарушать внутриобувной микроклимат, что по-

влечет за собой изменение уровней тепловых потоков, температуры

кожи, вследствие чего будет получена неправильная информация о

теплозащитных свойствах обуви [7].

Тепломеры и температурные датчики крепятся на коже в 8

точках. Для суждения о теплообменных процессах и условиях тепло-

отдачи рассчитываются средневзвешенные значения температуры ко-

жи и теплового потока с поверхности тела человека. При определении

абсолютного количества тела, отдаваемого организмом в окружаю-

щую среду, расчет производится на всю поверхность тела испытуемо-

го.

Средневзвешенная температура кожи, т.е. температура ряда

областей с учетом той доли, которую каждая область занимает в об-

щей поверхности тела, вычисляется по следующей формуле:

Тс.в.т. = 0,07-Т°лба + 0,5-Т°груди + 0,05-Т°кисти +

+ 0,18-Т°бедра + 0,13- Гголени + 0,07- Т°стопы. (1.2)

При расчете средневзвешенной температуры стопы темпера-

тура пальцев, тыла и свода стопы учитывается отдельно по формуле:

Т°стопы = 0,012-Т°палъцев стопы + 0,04-Т°тыла стопы +

+ 0,018-Т°свода стопы. (1.3)

Температура тела измеряется в подмышечной впадине до на-

чала и после окончания опыта медицинским термометром.

Влажность внутриобувного пространства регистрируется с

помощью термоэлектрических датчиков [7].

При проведении исследований регистрируются показатели ме-

теорологических условий внешней среды (температура, влажность и

скорость движения воздуха). Результаты исследований выражаются в

единицах международной системы средств измерений [7].

Влияние вида материалов наружных деталей заготовок из

опойка и выростка хромового дубления на тепловое сопротивление

незначительно. В большей степени это влияние сказывается, если на-

ружные детали изготовляются из шерстяных и полушерстяных тканей

повышенной толщины. При использовании на наружные детали боти-

нок вместо опойка хромового дубления и других, близких по структу-

ре материалов той же толщины, разницы в показателях теплового со-

противления верха и всей обуви нет.

Однако в зависимости от материала подкладки тепловое со-

противление меха изменяется более чем в три раза. В наибольшей

степени увеличивается тепловое сопротивление обуви при использо-

вании подкладки из толстых волокнистых или ворсовых материалов,

например меха. Однако следует иметь в виду, что ворс меха легко

сминается под давлением. При этом уменьшаются толщина ворса,

суммарная толщина воздушных прослоек, ухудшается тепловое со-

противление сминаемого меха [8].

Влияние межподкладки из обычных материалов (бязи или

миткаля) на теплозащитные свойства обуви несущественно, так как

толщина этих тканей очень мала. При использовании других материа-

лов тепловое сопротивление обуви может быть повышено. Это дости-

гается за счет того, что межподкладка обуви изготавливается из утол-

щенного материала с большим количеством воздушных прослоек. Для

межподкладки обуви повседневной носки были использованы хлопча-

тобумажные сетки, а капроновые сетки в два слоя, скрепленные зигза-

гообразной строчкой, - в качестве промежуточной детали передом и

поднарядом в утепленных сапогах. Сетки в два - три слоя повышают

тепловое сопротивление верха обуви в такой же степени, как и под-

кладка из шерстяных тканей. Использование в обуви подкладок с сет-

чатыми утеплителями с высоким сопротивлением истиранию позво-

ляет повысить долговечность обуви, сохранить теплозащитные свой-

ства обуви в процессе носки [8].

Комфортные условия в обуви определяются ее способностью

поддерживать во внутриобувном пространстве необходимые влаж-

ность и температуру, которые, в свою очередь, зависят от выбранных

для изготовления обуви материалов и ее конструкции. За результата-

ми научных данных, проведенными чешскими учеными было уста-

новлено, что относительная влажность во внутриобувном пространст-

ве составляет 40-60%, а температура 21-25 ˚С [8].

В связи с широким применением синте-

тических материалов, эти данные требуют про-

верки.

AIR 8000 - это воздухопроницаемый ма-

териал. Используется для изготовления верха

ботинка.

Воздухопроницаемость AIR 8000 в 11,5

раз выше, чем у любого обычного материала.

Через 24 часа ношения ботинка AIR 8000 будет пропускать 8021 г ис-

парений, тогда как стандартные материалы - всего 700 г. Таким обра-

зом, AIR 8000 вносит существенный вклад в формирование благопри-

ятного микроклимата внутри ботинка. Превосходная вентилируемость

этого материала сокращает риск возникновения микоза, воспаления и

мозолей. Эти материалы работают по теории теплопроводности (тео-

рии трех слоев) [9].

Первый - нижний слой - «ячеистый». Ячейки, которые приле-

гают к телу, отторгают конденсирующуюся влагу, а верхние ячейки

работают на максимальное распределение ее по поверхности. Таким