Приложение 4. Методика прогнозирования теплоизоляции СИЗ X

Приложение 4

Методика прогнозирования теплоизоляции СИЗ X

1. Определение теплоизоляции комплекта СИЗ от холода

1.1. Теплоизоляция комплекта СИЗ (I_к, м2 х °С/Вт) рассчитывается по формуле:

                            I = (Т - Т )/q                           (1)

                             к    к   в   п

Для расчета величины теплоизоляции необходимы сведения о величинах Т_к и q_п, а также температуре окружающей среды (Т_в), при которой предполагается эксплуатировать одежду.

2. Расчет величины теплового потока, необходимого для определения должной теплоизоляции комплекта СИЗ

2.1. Величина q_п вычисляется в соответствии с уравнением теплового баланса:

 q =q     +q    = q -W-q     -q        -q      +-Дельта q    , где    (2)

  п  конв.  рад.   м    к.дых. исп.дых.  исп.к.          т.с.

       W             -    эффективная  мощность   механической   работы,

                          Вт/м2;

       q             -    теплопотери конвекцией при дыхании, Вт/м2;

        к.дых.

       q             -    теплопотери  испарением  влаги  при   дыхании,

        исп.дых.          Вт/м2;

       q             -    потери тепла испарением  влаги  с  поверхности

        исп.к.            тела, Вт/м2;

       Дельта q      -    изменение теплосодержания в организме, Вт/м2.

               т.с.

Изменение теплосодержания в организме представляет собой разность между величиной q_м и суммой теплопотерь организма.

2.2. Величина q_к.дых. может быть определена по формуле 3:

                 q      = 0,0014 х q (T    -T ),  где                (3)

                  к.дых.            м  выд.  в

 Т     -  температура выдыхаемого воздуха, °С, вычисляемая по формуле 4:

  выд.

                     Т    = 29 + 0,2 х Т  , °С.                      (4)

                      выд               в

2.3. Величина q_исп.дых. вычисляется по формуле 5:

                                                  2

            q        = 0,0173 х q (Р    -Р ), Вт/м  ,       где      (5)

             исп.дых.            м  выд.  в

        Р        -    давление насыщенного водяного пара при температуре

         выд.         выдыхаемого воздуха (Т_выд.), кПа;

        Р        -    давление водяного пара в атмосфере, кПа.

         в

2.4. Теплопотери испарением влаги с поверхности тела, q_исп.к., могут быть определены по формуле 6:

                                                     2

               q      = w x (P      -P )/R    , Вт/м  ,   где        (6)

                исп.к.        нас.к.  в   сум

   е   w        -    доля  увлажненного  участка  тела,   участвующего в

                     теплообмене испарением, безразмерная величина.

Величина w в условиях некоторого охлаждения принимается равной 0,06; в условиях теплового комфорта может быть определена как равная 0,001 х q_м.

 Р      - давление насыщенного водяного пара при температуре кожи, кПа.

  нас.к.

Оно может быть определено, либо по психрометрическим таблицам, либо по формуле 7:

                            18,6686-4030,183/(Тк+235)

          Р     = 0,1333 х е                                         (7)

           нас.к

 R        -    суммарное   сопротивление   одежды       испарению влаги,

  cум          м2 х кПа/Вт, которое может быть определено из выражения:

                           R   = R +R   , где

                            сум   в  од

       R         -    сопротивление  испарению   влаги   слоя   воздуха,

        в             прилегающего к поверхности одежды;

       R         -    сопротивление испарению  влаги  пакета  материалов

        од            одежды и воздушных прослоек между ними.

Величина R_сум с некоторым приближением может быть определена из формулы 8:

                         R   = 0,18 x (I -I )                        (8)

                          сум           к  в

2.5. Если для изготовления одежды используются паропроницаемые материалы, то расчет потерь тепла испарением с поверхности тела человека может быть осуществлен по формуле 9:

                 q      = (8,816+0,390 x q )/S-q         ,           (9)

                  исп.к.                  м     исп.дых.

 где   S        -    площадь поверхности тела обнаженного  человека,  м2

                     (по Д'Буа).

Примечание. Средняя поверхность тела человека составляет 1,8 м2.

3. Пример расчета комфортной величины q_п для определения теплоизоляции комплекта применительно к человеку, выполняющему физическую работу с энерготратами 130 Вт/м2 при температуре воздуха -10°С

3.1. По формуле 4 определяется температура выдыхаемого воздуха:

                   Т    = 29 + 0,2 х (-10) = 27°С

                    выд.

3.2. По формуле 3 рассчитываются потери тепла дыханием за счет конвекции:

                                                          2

              q       = 0,0014 x 130[27-(-10)] = 6,73 Вт/м

               к.дых.

3.3. По формуле 5 рассчитываются потери тепла за счет испарения влаги с верхних дыхательных путей:

                                                           2

         q        = 0,0173 х 130 х (3,56-0,285) = 7,37 Вт/м

          исп.дых.

3.4. По формуле 9 определяется величина q_исп.к.:

                                                           2

          q      = (8,816+0,390 х 130)/1,8-7,37 = 25,7 Вт/м .

           исп.к.

3.5 По формуле 2 рассчитывается величина q_п при условии, что эффективная мощность механической работы (W) равна 0:

                                                   2

               q = 130-0-6,75-7,37-25,7 = 90,2 Вт/м .

                п

Примечание. Если для изготовления одежды предполагается использовать паропроницаемые материалы (индекс паропроницаемости пакета материалов составляет 0,30 и более), то должная величина q_п (в диапазоне температур воздуха до -10°С) может быть ориентировочно определена также из формулы 10:

                                                                 2

q =46,1+21,9[(q -64,4)/32,2]=46,1+21,9[(130-64,4)/32,2]=90,7 Вт/м . (10)

 п             м

3.6. При необходимости регламентации времени пребывания на холоде величина q_n, рассчитанная для случая сохранения теплового комфорта (см. выше), может быть увеличена в соответствии с допускаемой степенью охлаждения человека и продолжительностью его пребывания на холоде. Согласно [11] величина дефицита тепла в организме (Д) не должна превышать 52 Вт х ч/м2. Данная степень охлаждения человеком воспринимается как "прохладно", т.е. она является безопасной с позиций влияния на состояние его здоровья.

3.7. Величина q_п, используемая для вычисления теплоизоляции, может быть определена с учетом планируемого времени непрерывного пребывания на холоде (тесла, час):

                                            2

                    q = q   + Д/тесла , Вт/м  , где

                     п   п.к

 q        -   величина теплового потока при условии сохранения теплового

  п.к         комфорта.

При непрерывном пребывании на холоде, например, в течение трех часов, для расчета теплоизоляции комплекта величину q_n следует принять равной 108 Вт/м2 (90,7+52/3).

4. Расчет средневзвешенной температуры кожи, Т_к

4.1. Значение Т_к определяется в соответствии с допускаемым теплоощущением и уровнем энерготрат по формулам 11-13:

Теплоощущение	Формула
комфорт	Т = 36,07-0,0354 х q (11) к м
прохладно	Т = 33,34-0,0354 х q (12) к м
холодно	Т = 30,06-0,0310 х q (13) к м

5. Расчет теплоизоляции комплекта

5.1. Величина теплоизоляции комплекта для обеспечения теплового комфорта в течение длительного времени, при уровне энерготрат 130 Вт/м2 рассчитывается из значений q_пк и Т_к, равных соответственно 90,7 Вт/м2 и 31,5°С (формула 11):

                                  2                            2

 I = (31,5-(-10))/90,7=0,458°С х м /Вт (2,95 кло)(1 кло=0,155 м  х °С/Вт)

  к

5.2. Величина I_к при допущении некоторого охлаждения(прохладно) по истечении трех часов определяется, исходя из величин q_п и Т_к, равных соответственно 108 Вт/м2 и 28,7°С:

                                       2

           I = (28,7-(-10))/108-0,358 м  х °С/Вт (2,13 кло)

            к

5.3. Для условий воздействия ветра и выполнения физической работы, вводится поправка в величину I_к, рассчитанную для относительно спокойного воздуха, которая определяется по формуле 14:

                    C = (0,07 х B+2) х V+5, где                     (14)

 В       -    воздухопроницаемость внешнего слоя спецодежды,  измеренная

              при перепаде давления 49 Па, дм3/м2 х с;

 V       -    скорость ветра, м/с;

 С       -    снижение теплоизоляции в %.

5.4. Величины снижения теплоизоляции комплекта СИЗ (в %) при различной скорости ветра и воздухопроницаемости внешнего слоя спецодежды приведены в табл.

Зависимость степени снижения теплоизоляции комплекта СИЗ от воздухопроницаемости внешнего слоя спецодежды и скорости ветра, С, %

Скорость ветра, м/с	Воздухопроницаемость внешнего слоя спецодежды, дм3/м2 х с
	10	20	30	40
0	5	5	5	5
2	10,4	11,8	13,2	14,6
4	15,8	18,6	21,4	24,2
6	21,2	25,4	29,6	33,8
8	26,6	32,2	37,8	43,4
10	32,0	39,0	46,0	53,0