Технические науки/13. Охрана труда

К.т.н. Родичева М.В., к.т.н. Абрамов А.В.

Госуниверситет – Учебно-научно-производственный комплекс, г. Орел

Исследование роли цвета теплозащитной одежды в тепловом обмене человека с окружающей средой

Инфракрасное излучение Солнца оказывает существенное влияние на тепловой обмен человека с окружающей средой. Известно, что одежда с более темным верхом предпочтительнее светлой одежды при эксплуатации в условиях холода. Однако, проведенный авторами анализ литературных источников не позволил выявить зависимости между цветом верхнего слоя и плотностью теплового потока в пакете одежды и на его поверхности. В то же время, учитывая климатические особенности России, задача эффективной защиты от холода остается актуальной.

Авторский подход к исследованию влияния солнечного излучения на интенсивность теплообмена в биотехнической системе «человек - одежда - окружающая среда» заключается в физическом моделировании. В качестве тепловой модели элемента тела, выбран биотехнический эмулятор процессов теплообмена [1]. Устройство, моделирующее параметры солнечного излучения представлено коробом (1), на котором смонтированы лампы (2), со спектром излучения близким к естественному (рисунок 1 а). Короб размещен на основании (3).

Установка генерирует излучение, поле интенсивности которого определяется расстоянием между источником и облучаемой поверхностью и оценивается интенсивностью, измеряемой пиранометрами Янишевского (6) (рисунок 1 б,в). Пиранометры смонтированным на приемной площадке (4), с размерами соответствующими размерам рабочего тела эмулятора. Площадка устанавливается на основании (5).

а) б) в)

Рисунок 1. Конструкция установки, моделирующая параметры солнечного излучения и приемной поверхности

Поле интенсивности для расстояния 0,5 м представлено на рисунке 2 а, на рисунке 2 б представлены среднеинтегральные значения интенсивности.

а) б)

Рисунок 2. Результаты измерения интенсивности излучения от источника

Исследования проводились на примере хлопчатобумажной ткани полотняного переплетения толщиной 0,2 мм в ахроматических (черный - образец №1 и белый - образец №2) и хроматических (таблица 1) цветовых решениях. Режим проведения эксперимента соответствовал условиям субнормальных температур. При этом тепловая энергия эмулятора рассеивается в окружающую среду через концентрическую оболочку. Заданный режим поддерживается автоматизированной системой, которая подает в рабочий объем тепловую энергию в количестве, соответствующей интенсивности теплоотдачи. Тепловой поток рассеивается в окружающую среду через исследуемую оболочку. Его плотность определяется теплозащитными свойствами образца и численно оценивается по методике [].

Таблица 1. Цветовые характеристики хроматических образцов

№ образца	3	4	5	6	7	8	9
Цвет	красный	розовый	желтый	бежевый	голубой	зеленый	синий
Спектрофото-метрическая температура	2000	2800	3000	3100	5000	7000	10000

Согласно полученным результатам, плотность теплового потока для всех образцов составляет 180÷210 Вт/м², поэтому можно заключить, что уровень теплозащитных показателей всех образцов (рисунок 3 а).

а) б)

Рисунок 3. Результаты экспериментальных исследований

На втором этапе, поверхность оболочки облучалась с интенсивностью 700 Вт/м². Тепловой поток, падающий на поверхность пакета частично отражается, частично поглощается оболочкой. Поглощенный поток, в определенной мере компенсирует теплоотдачу эмулятора, что выражается в снижении тепловыделений в рабочем объеме (рисунок 3 б).

Снижение тепловыделений на примере белой оболочки составляет 37%, что соответствует плотности поглощенного теплового потока на уровне 90 Вт/м². Для черной оболочки снижение составляет 67%, следовательно, плотность поглощенного потока составляет 163 Вт/м².

Наблюдается корреляция между спектрографической температурой хроматической ткани и снижением теплоовыделений в рабочий объем эмулятора. Как видно, хроматические ткани могут быть условно разбиты на несколько блоков. Снижение теплопродукции при облучении синей, голубой и зеленой оболочек составляет 97÷100 Вт/м². В случае желтой оболочки снижение составляет 110 Вт/м². Для красной, розовой и бежевой оболочек величина снижения максимальна и составляет 120÷160 Вт/м².

Как видно, влияние интенсивности инфракрасного излучения солнца на тепловой обмен человека с окружающей средой значительно. Авторская конструкция устройства, моделирующего параметры солнечного излучения и экспериментальная схема позволяют численно оценивать изменение интенсивности теплообмена в биотехнической системе «человек - одежда - окружающая среда». Полученные результаты могут быть использованы при проектировании инновационной теплозащитной одежды.

Литература

1. Пат. Устройство для определения интенсивности теплообмена в системе «Человек - одежда - окружающая среда»

2. Родичева М.В. Моделирование процессов тепломассообмена в биотехнической системе «человек - одежда - окружающая среда» [Текст] / М.В. Родичева, А.В. Абрамов, А.В. Уваров // Швейная промышленность, - №6, - 2009, - с.38-40.

3. Родичева М.В. Устройство для исследования процессов комбинированного теплообмена в биотехнической системе «человек – одежда – окружающая среда» [Текст] / Родичева М.В., Абрамов А.В., Уваров А.В., Татаринова Г.Ю. // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, № 2-5 (292). Орел: Госуниверситет - УНПК, 2012. С.104-111

4. Столл. Теплообмен в биотехнике// Успехи теплопередачи. - М.: Мир, 1971 г.-С. 100- 159.