Исследование влияния различных факторов на теплозащитные свойства одежды
ART 86150
О.
А. ЩедринаБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Щедрина
О.
А.,
Осипенко
Л.
А.,
Михайлова
И.
Д. Исследование влияния различных факторов на теплозащитные свойства одежды // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 11. – С.
691–695. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/86150.htm.
Аннотация. С помощью одежды создается микроклимат, который обеспечивает нормальное функциональное состояние человека и комфортные условия при эксплуатации одежды. Целью научно-исследовательской работы являются исследования, позволяющие выяснить влияние воздухопроницаемости на теплозащитные функции одежды. Теплоизоляционные свойства одежды во многом определяются толщиной ее пакета, которая включает в себя толщину материалов и толщину воздушных прослоек. Задачей данного исследования явилось установление изменения температуры воздуха в пододёжном пространстве на участке туловища в зависимости от воздухопроницаемости исходных материалов, скорости ветра и времени пребывания в неблагоприятных условиях окружающей среды. Анализируя данную исследовательскую работу, можно сделать вывод, что комфортное состояние теплозащитной одежды регулируется подбором пакетов по показателям воздухопроницаемости.
Ключевые слова:
одежда, воздухопроницаемость, пакет материалов, пододежное пространство, температуропроводность, теплозащитные функции одежды
Текст статьи
ЩедринаОлеся Александровна,студент, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахтыlesyabrad@mail.ru
Осипенко Людмила Аркадьевна,кандидат технических наук, доцент,Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахтыosipenko@aaanet.ru
МихайловаИнна Дмитриевна,кандидат технических наук, доцент,Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ,г. Шахтыmichinna124@mail.ru
Исследование влияния различных факторов
на теплозащитные свойстваодежды
Аннотация. С помощью одежды создается микроклимат, который обеспечивает нормальное функциональное состояние человека икомфортные условияпри эксплуатации одежды.Целью научноисследовательской работы являются исследования, позволяющие выяснить влияние воздухопроницаемости на теплозащитные функции одежды.Теплоизоляционные свойства одежды во многом определяются толщиной ее пакета, которая включает в себя толщину материалов и толщину воздушных прослоек.Задачей данного исследования явилось установление изменения температуры воздуха в пододёжном пространстве на участке туловища в зависимости от воздухопроницаемости исходных материалов, скорости ветра и времени пребывания в неблагоприятных условиях окружающей среды.Анализируя данную исследовательскую работу можно сделать вывод, что комфортное состояние теплозащитной одежды регулируетсяподбором пакетов по показателям воздухопроницаемости.Ключевые слова: воздухопроницаемость, пакет материалов, одежда, пододежное пространство, температуропроводность, теплозащитныефункции одежды.
Важнейшими факторами, влияющими на теплоизоляционные свойства материалов для одежды, являются толщина, волокнистый состав, объемная масса, воздухопроницаемость. Значимость каждого из факторов определяется, прежде всего, условиями окружающей среды[1, с.25]. Качество одежды формируется на этапах изготовления материалов, создания модели и конструкции, конфекционирования пакета изделия и собственно процесса пошива.В системе показателей качества одежды важнейшее значение имеют гигиенические показатели, определяющие микроклимат у поверхности тела человека, теплои газообмен его с окружающей средой.Одно из основных и важнейших свойств одежды –ее способность снижать теплопотериорганизма и тем самым создавать тепловой комфорт человеку при наименьшем напряжении функций терморегуляции.Оптимальный микроклимат под одеждой обеспечивает нормальное функциональное состояние человека, хорошее его самочувствие и как следствие этого сохранение высокой работоспособности, рост производительности труда, эффективность жизнедеятельности человека в целом[1, с.8]. Изготовление одежды в соответствии с реальными условиями ее эксплуатации является чрезвычайно важной задачей, решение которой не только способствует улучшению самочувствия человека, сохранению его здоровья, повышению работоспособности и производительности труда, но и позволяет более рационально использовать сырье и материалы. Целью научноисследовательской работы являются исследования, позволяющие выяснить влияние воздухопроницаемости на теплозащитные функции одежды.Воздухопроницаемость характеризует способность тканей пропускать воздух. Этот показатель в значительной мере определяет состояние пододежного микроклимата, от которого зависят процессы теплообмена у одетого человека, а следовательно, его самочувствие и работоспособность[2, с.102].Воздухопроницаемость характеризуется коэффициентом воздухопроницаемости Bр, дм3/(м2*с), который показывает, какое количество воздуха проходит через единицу площади в единицу времени при определенной разнице давлений по обе стороны материала [2,с.103]: BрV/(Sτ), (1)где V
объем воздуха, прошедшего через материал, дм3; S
площадь материала, м2; τ
длительность прохождения воздуха, с.Воздушный поток проходит через поры текстильного материала, поэтому показатели воздухопроницаемости зависят от структурных характеристик материала, определяющих его пористость, число и размеры сквозных пор. Материалы из тонких сильно скрученных нитей имеютбольшое число сквозных пор и соответственно большую воздухопроницаемость по сравнению с материалами из толстых пушистых нитей, в которых поры частично закрыты выступающими волокнами или петлями нитей. С увеличением заполнения ткани существенно снижается ее воздухопроницаемость, причем с увеличением поверхностного заполнения на 1% (при Es>85%) воздухопроницаемость уменьшается примерно в 2 раза[3, с.56].С увеличением объемной массы материала и его толщины воздухопроницаемость снижается.П.А.Колесниковымбыло проведено исследование о влияниичисла слоев материалов на воздухопроницаемость пакетов и установлено, что характер изменения воздухопроницаемости с увеличением числа слоев одного и того же материала одинаков для материалов с различной исходной воздухопроницаемостью, с увеличением числа слоев материала снижается общая воздухопроницаемость пакета [4, с.42]. Изменение воздухопроницаемости ткани в зависимости от числа слоев представлено в соответствии с рисунком 1.
Рис. 1.Изменение воздухопроницаемости ткани
в зависимости от числа слоев
Наиболее резкое снижение воздухопроницаемости (до 50%) наблюдается при увеличении числа слоев материала до двух; дальнейшее повышение числа слоев влияет в меньшей степени[5, с.W8].Основным метеорологическим фактором, вызывающим охлаждение человека, является температура воздуха. Другие природные факторы скорость ветра и влажность воздуха усиливают воздействие холода. Особенно значительная интенсивность охлаждения имеет место при сочетании низких температур с высокой скоростью ветра.Характеризуя теплозащитные свойства одежды в условиях переменной температуры нужноучитывать способности материала быстро или медленно нагреваться или остывать. Исследования теплозащитных свойств материалов одежды показывают, что материалы с малой температуропроводностью имеют определенные преимущества перед материалами с большой температуропроводностью.В условиях реальной эксплуатации одеждытемпературопроводность увеличивается пропорционально скорости ветра.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 (≤5 мм)[6, с.144]..Теплоизоляционные свойства материалов обусловлены главным образом присутствием заключенного в них инертного воздуха и мало зависят от вида волокон. Между тепловым сопротивлением материалов или пакетов материалов и их толщиной существует прямолинейная связь, которая несколько нарушается для пакетов материалов большой толщины (≥16 мм). Эти данные позволяют практически, исходя из толщины пакета материалов, подойти к проектированию одежды с необходимой величиной теплового сопротивления[6, с.14W].Теплозащитные свойства обеспечиваются выбором пакета материалов. В пакете одежды материалы верха и подкладки являются многофункциональными; теплозащитная и ветрозащитная прокладки –специализированными.В пакете материалов значение воздухопроницаемости наиболее важно для материала верха и подкладки.Основными требованиями к пальтовым тканям является соответствие теплозащитных свойств. Теплозащитные свойства тканей определяются их воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость шерстяных пальтовых тканей находится в пределах 45350 дм3/(м2с). Для обеспечения требуемого уровня теплозащитности свойств пальто воздухопроницаемость тканей должна быть не более 100 дм3/(м2с). Этому условию удовлетворяют примерно 50% чистошерстяных мужских и около 20% мужских и детских полушерстяных пальтовых тканей. Практически все ткани для женского пальто имеют воздухопроницаемость более 100 дм3/(м2с).В данной работе для исследований быливыбраны две полушерстяные пальтовые ткани примерно одного волокнистого состава, но с разной поверхностной плотностью и толщиной. Воздухопроницаемость пальтовых тканей составила 130 дм3/(м2с) и 246 дм3/(м2с). Для составления теплозащиных пакетов быливыбраны традиционные подкладочный, утепляющий, прокладочный материал и ветрозащитная прокладкаи определена их воздухопроницаемость и толщина. Кроме материалов пакета пальто учтены будут воздухопроницаемость и толщина белья (трикотажная хлопчатобумажная майка) и полушерстяного свитера. Результаты лабораторных исследований испытаний и нормативные значения показателей свойств предлагаемых пакетов теплозащитной одежды приведены в таблицах 14.Таблица1Показатели свойств теплозащитного пакета 1
Состав пакетаТолщина слоя,ммКоэф. воздухопроницаемости,дм3/(м2с)Коэф.теплопроводности слоя,Вт/(м°С)Коэф. температуропроводности слоя, м²/сВоздухопроницаемость пакета, дм3/(м2с)Бельё (хлопчатобумажная футболка)0.84800.03815,9
воздух0.1
свитер1.54500.04210,0
воздух0.6
подкладка0.31850.043,6
воздух0.5
утепляющая прокладка2.09830.03922.4
воздух0.1
Формоустойчивая прокладка0.55400.03936,W
воздух0
Ткань верха2,41300.04112,3
49,26Таблица 2Теплофизические свойства пакета 1 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/сКоэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С)Тепловое сопротивление пакета, м²°С/ВтЭффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(м2°С)0 0,560,2230,0395220,1630,05310420,0770,11115500,0370,233
Таблица 3
Показатели свойств теплозащитного пакета 2
Состав пакетаТолщина слоя, ммКоэф. воздухопроницаемости, дм3/(м2с)Коэф. теплопроводности слоя,Вт/(м°С)Коэф. температуропроводностислоя, м²/сВоздухопроницаемость пакета, дм3/(м2с)Бельё (хлопчатобумажная футболка)0,84800.03815,9
воздух0.1
Свитер1.54500.04210,0
воздух0.6
подкладка0.31850.043,6
воздух0.5
Утепляющая прокладка2.09830.03922.4
воздух0.1
Ветрозащитная прокладка0.31240.043,6
Формоустойчивая прокладка0.55400.03936,W
воздух0
Ткань верха192460.04112,3
39,2
Таблица 4
Теплофизические свойства пакета 2 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/сКоэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С)Тепловое сопротивление пакета, м²°С/ВтЭффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(м2°С)0 0,560,220,0395220,170,0510420,090,0915500,050,18
Для расчета суммарного теплового сопротивления пакета материалов �сум(м2°С/Вт) с учетом проникания воздуха используется формула [6, с.43]:�сум=����0−1�����0,
(2)где C−теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°С); �0−суммарное тепловое сопротивление пакета материалов при отсутствии инфильтрации воздуха, м2°С/Вт; W–воздухопроницаемость материала, определяемая при перепаде давлений, соответствующем определенной скорости ветра, м3/(м2с). Воздухопроницаемость материала Wопределяется по формуле:W=W1∆ρ∆ρ1,
(3)где �1−количество воздуха, проходящего через образец при разности давлений ∆�1=50Па;∆�−разность давлений, соответствующая определенной скорости ветра; ∆�=0,061�2.Количество воздуха �1,кг/(м2с), определяется по формуле:
�1=�1000,
(4)где B–воздухопроницаемость материала, дм3/(м2с); ρ–плотность воздуха при �В=20°С,кг/м3.
Для описания расчета динамики температуры пододежногопространства была использована математическая модель теплообмена в системе человек –одежда –окружающая среда», представляющая краевую задачу теплопроводности для многослойного цилиндрического пакета[7]. Введем следующие обозначения: δi толщина iго слоя; пределы изменения координаты riiго слоя (); t время; Ti(ri,t)
температура iго слоя; TC–температура окружающей среды; ; ��−коэффициент теплопроводности iго слоя;
коэффициент температуропроводности iго слоя;
плотность теплового потока с поверхности тела;
коэффициент теплоотдачи с поверхности одежды;
начальная температура iго слоя. Рассматривается система уравнений теплопроводности:.Внутренняя поверхность одежды нагревается тепловым потоком тела плотности :
;Теплообмен на внешней поверхности с окружающей средой происходит по закону Ньютона с коэффициентом теплоотдачи :
;условиями сопряжения на стыках слоев: ;
, начальные условия
Для расчета температуры пододежного пространства было использовано программное обеспечение [8]. Результаты расчетов приведены на рисунке 2для пакета 1. и рисунке3для пакета 2. На рисунках кривые:1.Температура пододёжного пространства при отсуствии инфильтрации воздуха;2. Температура пододёжного пространства при скорости ветра 5 м/с ; 3 Температура пододёжного пространства при скорости ветра 10 м/с ;4. Температура пододёжного пространства при скорости ветра 15 м/с .
Рис.2.Изменение температуры в пододёжном пространстве для пакета 1 в зависимости от скорости ветра
Рис.3.Изменение температуры в пододёжном пространстве для пакета 2 в зависимости от скорости ветра
На рисунке 4предсталены изменения температуры воздуха в пододёжном пространстве при разной скоростиветра.
Рис. 4.Сравнение показателей изменения температуры в пододёжном пространстве пакетов:1 Температура пододежногопространства 1го пакета при скорости ветра 10 м/с;2Температура пододежного пространства 2го пакета при скорости ветра 10 м/с.
Анализируя температуру пододежного пространства при различной скорости ветра (рисунки23) можно сделать следующие выводы:
пакеты материалов 1 и 2 обеспечивают комфортное состояние человека при отсуствии инфильтрации воздуха и при скорости ветра 5 м/с;
при скорости ветра 10 м/с и 15 м/с температура пододежного пространства быстро становится ниже 20°С и поэтому пакеты материалов 1 и 2 не обеспечивают комфортных тепловых условий для человека; тепловые сопротивления пакетов 1 и 2 при отсуствии инфильтрации воздуха равны, но воздухопроницаемость пакетов различны 49,26 и 39,2 дм³/(м²с) соответственно. На рисунке 4приведены температуры пододёжного пространства при скорости ветра 10 м/с. Как видно из графиков температура для пакета 2 несколько выше чем для пакета 1, благодаря меньшей воздухопроницаемости пакета 2.
Таким образом, комфортное состояние теплозащитной одежды можно регулировать подбором пакетов по показателям воздухопроницаемости.
Ссылки на источники1.Склянников В.П. Гигиеническая оценка материалов для одежды (теоретические основы разработки)/ В.П.Склянников, Р.Ф.Афанасьева, Е.И.Машкова М.: Легпромбытиздат, 1985.144 с., ил. 2.Стельмашенко В.И., Материаловедение швейного производства: Учеб. для вузов./ В.И.Стельмашенко, Т.И.Разоренова М.: Легпромбытиздат, 198W.224с.3.Бузов, Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства: учебное пособие для студентов вузов / Б.А. Бузов. М.: Академия, 2003 г.416с. 4.Колесников П.А. Теплозащитные свойства одежды./ П.А.Колесников М.: 1965.5.Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство): / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова; под ред. Б.А. Бузова –М.: Издательский центр Академия», 2004 г. –448с.6.Делль Р.А. Гигиена одежды: учебное пособие для вузов: 2е изд., перераб. и доп. / Р.А. Делль, Р.Ф.Афанасьева, З.С.Чубарова М.: Легпромбытиздат, 1991.160с., ил.7.Михайлов А.Б., Михайлова И. Д. Построение математической модели нестационарного процесса теплообмена в системе стопаобувьокружающая среда». Исследования по дифференциальным уравнениям и математическому моделированию. Доклады W международной конференции Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования» ‒ Владикавказ: ВНЦ РАН и РСО А, 2009. – С. WW82.8.Михайлова И. Д. и др. Программный продукт для расчета температурного поля нестационарного процесса теплообмена в системе стопаобувьокружающая среда» при воздействии на стопу низких температур. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611394 , 2011.
Осипенко Людмила Аркадьевна,кандидат технических наук, доцент,Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахтыosipenko@aaanet.ru
МихайловаИнна Дмитриевна,кандидат технических наук, доцент,Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ,г. Шахтыmichinna124@mail.ru
Исследование влияния различных факторов
на теплозащитные свойстваодежды
Аннотация. С помощью одежды создается микроклимат, который обеспечивает нормальное функциональное состояние человека икомфортные условияпри эксплуатации одежды.Целью научноисследовательской работы являются исследования, позволяющие выяснить влияние воздухопроницаемости на теплозащитные функции одежды.Теплоизоляционные свойства одежды во многом определяются толщиной ее пакета, которая включает в себя толщину материалов и толщину воздушных прослоек.Задачей данного исследования явилось установление изменения температуры воздуха в пододёжном пространстве на участке туловища в зависимости от воздухопроницаемости исходных материалов, скорости ветра и времени пребывания в неблагоприятных условиях окружающей среды.Анализируя данную исследовательскую работу можно сделать вывод, что комфортное состояние теплозащитной одежды регулируетсяподбором пакетов по показателям воздухопроницаемости.Ключевые слова: воздухопроницаемость, пакет материалов, одежда, пододежное пространство, температуропроводность, теплозащитныефункции одежды.
Важнейшими факторами, влияющими на теплоизоляционные свойства материалов для одежды, являются толщина, волокнистый состав, объемная масса, воздухопроницаемость. Значимость каждого из факторов определяется, прежде всего, условиями окружающей среды[1, с.25]. Качество одежды формируется на этапах изготовления материалов, создания модели и конструкции, конфекционирования пакета изделия и собственно процесса пошива.В системе показателей качества одежды важнейшее значение имеют гигиенические показатели, определяющие микроклимат у поверхности тела человека, теплои газообмен его с окружающей средой.Одно из основных и важнейших свойств одежды –ее способность снижать теплопотериорганизма и тем самым создавать тепловой комфорт человеку при наименьшем напряжении функций терморегуляции.Оптимальный микроклимат под одеждой обеспечивает нормальное функциональное состояние человека, хорошее его самочувствие и как следствие этого сохранение высокой работоспособности, рост производительности труда, эффективность жизнедеятельности человека в целом[1, с.8]. Изготовление одежды в соответствии с реальными условиями ее эксплуатации является чрезвычайно важной задачей, решение которой не только способствует улучшению самочувствия человека, сохранению его здоровья, повышению работоспособности и производительности труда, но и позволяет более рационально использовать сырье и материалы. Целью научноисследовательской работы являются исследования, позволяющие выяснить влияние воздухопроницаемости на теплозащитные функции одежды.Воздухопроницаемость характеризует способность тканей пропускать воздух. Этот показатель в значительной мере определяет состояние пододежного микроклимата, от которого зависят процессы теплообмена у одетого человека, а следовательно, его самочувствие и работоспособность[2, с.102].Воздухопроницаемость характеризуется коэффициентом воздухопроницаемости Bр, дм3/(м2*с), который показывает, какое количество воздуха проходит через единицу площади в единицу времени при определенной разнице давлений по обе стороны материала [2,с.103]: BрV/(Sτ), (1)где V
объем воздуха, прошедшего через материал, дм3; S
площадь материала, м2; τ
длительность прохождения воздуха, с.Воздушный поток проходит через поры текстильного материала, поэтому показатели воздухопроницаемости зависят от структурных характеристик материала, определяющих его пористость, число и размеры сквозных пор. Материалы из тонких сильно скрученных нитей имеютбольшое число сквозных пор и соответственно большую воздухопроницаемость по сравнению с материалами из толстых пушистых нитей, в которых поры частично закрыты выступающими волокнами или петлями нитей. С увеличением заполнения ткани существенно снижается ее воздухопроницаемость, причем с увеличением поверхностного заполнения на 1% (при Es>85%) воздухопроницаемость уменьшается примерно в 2 раза[3, с.56].С увеличением объемной массы материала и его толщины воздухопроницаемость снижается.П.А.Колесниковымбыло проведено исследование о влияниичисла слоев материалов на воздухопроницаемость пакетов и установлено, что характер изменения воздухопроницаемости с увеличением числа слоев одного и того же материала одинаков для материалов с различной исходной воздухопроницаемостью, с увеличением числа слоев материала снижается общая воздухопроницаемость пакета [4, с.42]. Изменение воздухопроницаемости ткани в зависимости от числа слоев представлено в соответствии с рисунком 1.
Рис. 1.Изменение воздухопроницаемости ткани
в зависимости от числа слоев
Наиболее резкое снижение воздухопроницаемости (до 50%) наблюдается при увеличении числа слоев материала до двух; дальнейшее повышение числа слоев влияет в меньшей степени[5, с.W8].Основным метеорологическим фактором, вызывающим охлаждение человека, является температура воздуха. Другие природные факторы скорость ветра и влажность воздуха усиливают воздействие холода. Особенно значительная интенсивность охлаждения имеет место при сочетании низких температур с высокой скоростью ветра.Характеризуя теплозащитные свойства одежды в условиях переменной температуры нужноучитывать способности материала быстро или медленно нагреваться или остывать. Исследования теплозащитных свойств материалов одежды показывают, что материалы с малой температуропроводностью имеют определенные преимущества перед материалами с большой температуропроводностью.В условиях реальной эксплуатации одеждытемпературопроводность увеличивается пропорционально скорости ветра.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 (≤5 мм)[6, с.144]..Теплоизоляционные свойства материалов обусловлены главным образом присутствием заключенного в них инертного воздуха и мало зависят от вида волокон. Между тепловым сопротивлением материалов или пакетов материалов и их толщиной существует прямолинейная связь, которая несколько нарушается для пакетов материалов большой толщины (≥16 мм). Эти данные позволяют практически, исходя из толщины пакета материалов, подойти к проектированию одежды с необходимой величиной теплового сопротивления[6, с.14W].Теплозащитные свойства обеспечиваются выбором пакета материалов. В пакете одежды материалы верха и подкладки являются многофункциональными; теплозащитная и ветрозащитная прокладки –специализированными.В пакете материалов значение воздухопроницаемости наиболее важно для материала верха и подкладки.Основными требованиями к пальтовым тканям является соответствие теплозащитных свойств. Теплозащитные свойства тканей определяются их воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость шерстяных пальтовых тканей находится в пределах 45350 дм3/(м2с). Для обеспечения требуемого уровня теплозащитности свойств пальто воздухопроницаемость тканей должна быть не более 100 дм3/(м2с). Этому условию удовлетворяют примерно 50% чистошерстяных мужских и около 20% мужских и детских полушерстяных пальтовых тканей. Практически все ткани для женского пальто имеют воздухопроницаемость более 100 дм3/(м2с).В данной работе для исследований быливыбраны две полушерстяные пальтовые ткани примерно одного волокнистого состава, но с разной поверхностной плотностью и толщиной. Воздухопроницаемость пальтовых тканей составила 130 дм3/(м2с) и 246 дм3/(м2с). Для составления теплозащиных пакетов быливыбраны традиционные подкладочный, утепляющий, прокладочный материал и ветрозащитная прокладкаи определена их воздухопроницаемость и толщина. Кроме материалов пакета пальто учтены будут воздухопроницаемость и толщина белья (трикотажная хлопчатобумажная майка) и полушерстяного свитера. Результаты лабораторных исследований испытаний и нормативные значения показателей свойств предлагаемых пакетов теплозащитной одежды приведены в таблицах 14.Таблица1Показатели свойств теплозащитного пакета 1
Состав пакетаТолщина слоя,ммКоэф. воздухопроницаемости,дм3/(м2с)Коэф.теплопроводности слоя,Вт/(м°С)Коэф. температуропроводности слоя, м²/сВоздухопроницаемость пакета, дм3/(м2с)Бельё (хлопчатобумажная футболка)0.84800.03815,9
воздух0.1
свитер1.54500.04210,0
воздух0.6
подкладка0.31850.043,6
воздух0.5
утепляющая прокладка2.09830.03922.4
воздух0.1
Формоустойчивая прокладка0.55400.03936,W
воздух0
Ткань верха2,41300.04112,3
49,26Таблица 2Теплофизические свойства пакета 1 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/сКоэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С)Тепловое сопротивление пакета, м²°С/ВтЭффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(м2°С)0 0,560,2230,0395220,1630,05310420,0770,11115500,0370,233
Таблица 3
Показатели свойств теплозащитного пакета 2
Состав пакетаТолщина слоя, ммКоэф. воздухопроницаемости, дм3/(м2с)Коэф. теплопроводности слоя,Вт/(м°С)Коэф. температуропроводностислоя, м²/сВоздухопроницаемость пакета, дм3/(м2с)Бельё (хлопчатобумажная футболка)0,84800.03815,9
воздух0.1
Свитер1.54500.04210,0
воздух0.6
подкладка0.31850.043,6
воздух0.5
Утепляющая прокладка2.09830.03922.4
воздух0.1
Ветрозащитная прокладка0.31240.043,6
Формоустойчивая прокладка0.55400.03936,W
воздух0
Ткань верха192460.04112,3
39,2
Таблица 4
Теплофизические свойства пакета 2 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/сКоэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С)Тепловое сопротивление пакета, м²°С/ВтЭффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(м2°С)0 0,560,220,0395220,170,0510420,090,0915500,050,18
Для расчета суммарного теплового сопротивления пакета материалов �сум(м2°С/Вт) с учетом проникания воздуха используется формула [6, с.43]:�сум=����0−1�����0,
(2)где C−теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°С); �0−суммарное тепловое сопротивление пакета материалов при отсутствии инфильтрации воздуха, м2°С/Вт; W–воздухопроницаемость материала, определяемая при перепаде давлений, соответствующем определенной скорости ветра, м3/(м2с). Воздухопроницаемость материала Wопределяется по формуле:W=W1∆ρ∆ρ1,
(3)где �1−количество воздуха, проходящего через образец при разности давлений ∆�1=50Па;∆�−разность давлений, соответствующая определенной скорости ветра; ∆�=0,061�2.Количество воздуха �1,кг/(м2с), определяется по формуле:
�1=�1000,
(4)где B–воздухопроницаемость материала, дм3/(м2с); ρ–плотность воздуха при �В=20°С,кг/м3.
Для описания расчета динамики температуры пододежногопространства была использована математическая модель теплообмена в системе человек –одежда –окружающая среда», представляющая краевую задачу теплопроводности для многослойного цилиндрического пакета[7]. Введем следующие обозначения: δi толщина iго слоя; пределы изменения координаты riiго слоя (); t время; Ti(ri,t)
температура iго слоя; TC–температура окружающей среды; ; ��−коэффициент теплопроводности iго слоя;
коэффициент температуропроводности iго слоя;
плотность теплового потока с поверхности тела;
коэффициент теплоотдачи с поверхности одежды;
начальная температура iго слоя. Рассматривается система уравнений теплопроводности:.Внутренняя поверхность одежды нагревается тепловым потоком тела плотности :
;Теплообмен на внешней поверхности с окружающей средой происходит по закону Ньютона с коэффициентом теплоотдачи :
;условиями сопряжения на стыках слоев: ;
, начальные условия
Для расчета температуры пододежного пространства было использовано программное обеспечение [8]. Результаты расчетов приведены на рисунке 2для пакета 1. и рисунке3для пакета 2. На рисунках кривые:1.Температура пододёжного пространства при отсуствии инфильтрации воздуха;2. Температура пододёжного пространства при скорости ветра 5 м/с ; 3 Температура пододёжного пространства при скорости ветра 10 м/с ;4. Температура пододёжного пространства при скорости ветра 15 м/с .
Рис.2.Изменение температуры в пододёжном пространстве для пакета 1 в зависимости от скорости ветра
Рис.3.Изменение температуры в пододёжном пространстве для пакета 2 в зависимости от скорости ветра
На рисунке 4предсталены изменения температуры воздуха в пододёжном пространстве при разной скоростиветра.
Рис. 4.Сравнение показателей изменения температуры в пододёжном пространстве пакетов:1 Температура пододежногопространства 1го пакета при скорости ветра 10 м/с;2Температура пододежного пространства 2го пакета при скорости ветра 10 м/с.
Анализируя температуру пододежного пространства при различной скорости ветра (рисунки23) можно сделать следующие выводы:
пакеты материалов 1 и 2 обеспечивают комфортное состояние человека при отсуствии инфильтрации воздуха и при скорости ветра 5 м/с;
при скорости ветра 10 м/с и 15 м/с температура пододежного пространства быстро становится ниже 20°С и поэтому пакеты материалов 1 и 2 не обеспечивают комфортных тепловых условий для человека; тепловые сопротивления пакетов 1 и 2 при отсуствии инфильтрации воздуха равны, но воздухопроницаемость пакетов различны 49,26 и 39,2 дм³/(м²с) соответственно. На рисунке 4приведены температуры пододёжного пространства при скорости ветра 10 м/с. Как видно из графиков температура для пакета 2 несколько выше чем для пакета 1, благодаря меньшей воздухопроницаемости пакета 2.
Таким образом, комфортное состояние теплозащитной одежды можно регулировать подбором пакетов по показателям воздухопроницаемости.
Ссылки на источники1.Склянников В.П. Гигиеническая оценка материалов для одежды (теоретические основы разработки)/ В.П.Склянников, Р.Ф.Афанасьева, Е.И.Машкова М.: Легпромбытиздат, 1985.144 с., ил. 2.Стельмашенко В.И., Материаловедение швейного производства: Учеб. для вузов./ В.И.Стельмашенко, Т.И.Разоренова М.: Легпромбытиздат, 198W.224с.3.Бузов, Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства: учебное пособие для студентов вузов / Б.А. Бузов. М.: Академия, 2003 г.416с. 4.Колесников П.А. Теплозащитные свойства одежды./ П.А.Колесников М.: 1965.5.Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство): / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова; под ред. Б.А. Бузова –М.: Издательский центр Академия», 2004 г. –448с.6.Делль Р.А. Гигиена одежды: учебное пособие для вузов: 2е изд., перераб. и доп. / Р.А. Делль, Р.Ф.Афанасьева, З.С.Чубарова М.: Легпромбытиздат, 1991.160с., ил.7.Михайлов А.Б., Михайлова И. Д. Построение математической модели нестационарного процесса теплообмена в системе стопаобувьокружающая среда». Исследования по дифференциальным уравнениям и математическому моделированию. Доклады W международной конференции Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования» ‒ Владикавказ: ВНЦ РАН и РСО А, 2009. – С. WW82.8.Михайлова И. Д. и др. Программный продукт для расчета температурного поля нестационарного процесса теплообмена в системе стопаобувьокружающая среда» при воздействии на стопу низких температур. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611394 , 2011.
