Гигиена одежды. Расчет пакета материалов для швейного изделия бытового назначения с учетом климатического районирования (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ГИГИЕНА одежды.

РАСЧЕТ ПАКЕТА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ШВЕЙНОГО ИЗДЕЛИЯ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ С УЧЕТОМ КЛИМАТИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальности 260902.65

«Конструирование швейных изделий»

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2010

Лабораторная работа 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ БЫТОВОЙ ОДЕЖДЫ НА ОСНОВЕ КЛИМАТИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ И

БЛИЖНЕГО ЗАРУБЕЖЬЯ

Цель работы: изучение климатических условий различных районов России и ближнего зарубежья, создание рациональных моделей бытовой одежды в соответствии с климатическими условиями выбранного района.

Задание

1. Изучить климатические условия различных районов России и ближнего зарубежья и их классификацию в соответствии с медицинской климатологией.

2. Разработать комплект бытовой одежды в соответствии с климатическими условиями выбранного района.

3. Составить описание внешнего вида разработанного комплекта с учетом климатических условий выбранного района.

Литература: [1], с. 53, [2], с. 86-90, [3], с. 24-27

Методические указания

1. Медицинская климатология, как раздел биометеорологии, изучает воздействие на человека климата и особенно колебаний погоды, ее отклонений от обычных, привычных для нее значений [1].

С теплофизической точки зрения одежду можно рассматривать как слоистую оболочку вокруг тела человека, состоящую из дисперсных волокнистых материалов и прослоек воздуха, которые играют в теплоизоляции одежды весьма существенную роль.

Потребность в одежде различных видов из разных материалов в значительной степени зависит от природно-климатических условий. Состав гардероба одежды человека, количество изделий разного сезонного назначения, выполненных из различных материалов (шерстяных, шелковых, хлопчатобумажных и др.), определяются в основном климатическими особенностями данной местности.

Проектирование одежды осуществляется с учётом климатических условий различных районов России.

На территории России и стран ближнего зарубежья выделен ряд климатических зон, отличающихся метеорологическими условиями и определяющих требования к теплозащитным свойствам одежды, ее ассортименту (рис. 1). Климатическое районирование страны проведено в целях создания гигиеничной одежды, обеспечивающей нормальные условия для людей, проживающих на ее территории. Важнейшие метеорологические факторы, которые необходимо учитывать при проектировании зимней бытовой одежды для различных климатических зон и районов, – это температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра (табл. П 1).

Рис. 1 Районирование территории России по климатическим регионам

Зона холодного климата, отличающаяся продолжительной морозной зимой с сильными ветрами и коротким и прохладным летом, обусловливает необходимость включения в гардероб меховой одежды, изделий ветростойких, шерстяного нательного белья, верхних трикотажных изделий. Зимнюю одежду для этой зоны проектируют с высокими теплозащитными свойствами.

Зона умеренного климата включает западные районы с повышенной влажностью, небольшими морозами зимой, прохладным летом, а также восточные районы с резко континентальным климатом. Для западных районов предпочтительна зимой умеренно теплозащитная одежда, предохраняющая от влаги, а в восточных районах нужна зимняя одежда с высокой теплозащитностью.

Зона теплого климата распространяется на южные районы. В субтропических районах с очень высокой влажностью воздуха необходима гигиеничная, легкая летняя одежда повышенной гигроскопичности и воздухопроницаемости. Зимняя же одежда предпочитается из материалов, обработанных водоотталкивающими и противогнилостными составами. В районах с очень жарким, сухим климатом летом и непродолжительной зимой высока потребность в летней одежде, защищающей от перегрева и воздействия солнечной радиации.

Зона высокогорного климата (Кавказ, Алтай, Средняя Азия) требует особого внимания, поскольку характеризуется очень неустойчивым летом и продолжительной суровой зимой с сильными ветрами и снежными буранами. В условиях кислородной недостаточности особенно велика потребность в легкой одежде, не стесняющей дыхание и кровообращение, теплозащитной, ветростойкой [2].

Проектирование одежды в соответствии с реальными условиями её эксплуатации является сложной научной и практической задачей, так как эта одежда должна удовлетворять требованиям, часто не совместимым друг с другом. Например, в одежде должны сочетаться малая масса и высокие теплозащитные свойства; низкая воздухопроницаемость и достаточная влагопроницаемость, необходимая для обеспечения влагообмена человека с окружающей средой. Одежда должна защищать человека от внешней влаги и не препятствовать удалению влаги с поверхности тела, она должна одновременно защищать человека от охлаждения в состоянии покоя и не вызывать перегревания при выполнении интенсивной физической работы [3].

2.  В соответствии с вариантом задания (табл. П 2) студенты разрабатывают модель комплекта бытовой одежды в соответствии с климатическими условиями выбранного района (табл. П 1). При этом разрабатываются эскизы комплекта бытовой одежды с указанием всех слоев, составляется описание внешнего вида изделий, входящих в комплект с указанием основных требований к изделию и рекомендуемым материалам с учетом климатических условий выбранного района.

Лабораторная работа 2

РАСЧЁТ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ТЁПЛОЙ БЫТОВОЙ ОДЕЖДЫ

ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ПАКЕТА

ТЁПЛОЙ ОДЕЖДЫ.

Цель работы: изучение методики расчёта теплозащитных свойств бытовой одежды.

Задание

1.  Изучить методику расчёта теплозащитных свойств бытовой одежды.

2.  Рассчитать теплозащитные свойства бытовой одежды.

Литература: [4], с. 83-89

Методические указания

1. В климатических условиях нашей страны теплозащитная одежда является предметом первой необходимости. Правильно подобранная теплозащитная одежда способствует сохранению здоровья и повышению работоспособности человека.

Теплозащитные свойства одежды определяются приближенными методами, трудоемкость и точность расчётов которых различна. В инженерной расчётной практике при проектировании теплозащитной одежды человека широко используется метод, разработанный ЦНИИШП, в котором наиболее полно учитываются сведения о физиологии человека, текстильного материаловедения, теплофизики, климатических условий нашей страны и др. [4].

Основной показатель теплозащитной функции одежды – суммарное тепловое сопротивление Rсум.

Rсум зависит от ряда факторов:

1.  От величины воздушной прослойки и теплопроводности воздуха. Мах Rсум достигается за счёт инертности воздуха. Чем больше величина воздушной прослойки, тем выше теплозащитные свойства одежды. Однако при в > 10 мм, вследствие разности температур возникает естественная циркуляция воздуха и тепловое сопротивление одежды снижается. Наиболее эффективным воздушными прослойками считаются замкнутые прослойки малой толщины в < 5 мм, расположение вблизи от наружной поверхности одежды;

2.  От толщины тканей пакета одежды (тк). Тепловое сопротивление повышается при увеличении толщины пакета. (средневзвешенное берётся для головы, кистей рук, ног, туловища), (на отдельных участках). Тепловое сопротивление тканей определяется содержанием в порах и волокнах ткани неподвижного воздуха. Безгранично увеличивать тк нельзя, т. к. увеличивается масса одежды. Поэтому для повышения теплозащитности одежды применяют специальные пористые материалы, лёгкие утепляющие прокладки (вату, поролон, синтетическую вату, синтепон и др.);

3.  От воздухопроницаемости материалов пакета одежды. Чем выше воздухопроницаемость, тем ниже Rсум. Для снижения воздухопроницаемости применяют ветростойкие прокладки, покрытия, а также рациональные конструкции одежды (глухие застёжки, цельнокроеные детали), рекомендуется использовать комбинезоны, куртки и брюки (наиболее «холодный» вид зимней одежды − пальто);

4.  От метеорологических условий внешней среды:

  Скорости движения воздуха. Движение воздуха возникает при ходьбе, беге, ветре. Ветер оказывает самое большое влияние, т. к. снижает Rсум в 3,5−4 раза. При увеличении скорости ветра от 1 до 10 м/с Rсум уменьшается в 2 раза. Для уменьшения влияния скорости ветра необходимо использовать материалы с низкой воздухопроницаемостью, ветростойкие прокладки, конструктивное решение модели. Например, наиболее резко (до 50 %) снижается воздухопроницаемость при увеличении числа слоёв одежды до двух; дальнейшее увеличение числа слоёв в одежде сказывается на снижении воздухопроницаемости в меньшей степени;

  От влажности. Влажность влияет отрицательно. Влажный воздух поглощает тем больше тепла, чем выше его насыщенность (особенно быстро наступает охлаждение организма при ветре, если воздух насыщен влагой), при этом Rсум снижается. Повышение влажности происходит вследствие воздействия атмосферной влаги и недостаточной вентилируемости одежды.

При расчёте теплой одежды исходными данными являются: метеорологические условия, в которых будет эксплуатироваться одежда, энергозатраты человека, время непрерывного пребывания человека на холоде, дефицит тепла в организме для теплоощущения «комфорт» или «прохладно», средневзвешенная температура кожи, средний рост и средний возраст человека.

При расчётах теплой одежды широко используется понятие «тепловой баланс» для характеристики состояния человека, при котором отмечается равенство между теплообразованием в организме и теплоотдачей.

При изменении теплофизических условий окружающей среды, при различной жизнедеятельности человека составные части уравнения теплового баланса изменяются. Однако система терморегуляции организма человека приводит в соответствие процессы теплообразования и теплоотдачи, сохраняя температуру тела на одном постоянном уровне (36,5 ± 0,5 °С). Вместе с тем, возможности системы терморегулирования организма человека ограничены. Например, при длительном и постоянном снижении температуры окружающего воздуха система терморегуляции не в состоянии обеспечить человеку комфортное самочувствие, наступают дискомфортные условия, которые могут быть устранены путём создания одежды, жилищ.

Для создания комфортной теплой одежды в составляющих уравнениях теплового баланса наибольшее значение имеют радиационно-конвективные теплопотери (73–88 % от общих теплопотерь). С помощью теплозащитной одежды, которая изменяет величины радиационно-конвективных теплопотерь, можно в суровых условиях существования обеспечить человеку относительный комфорт.

Поэтому для правильного выбора и расчёта теплозащитной одежды определяют по условиям комфорта потери тепла радиацией и конвекцией с поверхности тела человека, которые в настоящее время используются в инженерной расчётной практике при проектировании тёплой одежды.

2. Расчёт тёплой бытовой одежды выполняют в следующей последовательности:

2.1.  Определяют радиационно-конвективные теплопотери человека:

Вт,

где Qтп - теплопродукция человека, Вт;

Qисп , Qдых. н - потери тепла испарением и дыханием, Вт;

Д - дефицит тепла, Вт.

При расчёте бытовой одежды потери энергии на механическую работу для такого вида физической деятельности, как ходьба (Qэт ≈ 209 Вт), равны 0 (N = 0), поэтому значение теплопродукции принимают Qтп = Qэт.. при данном уровне энерготрат теплоощущениям «прохладно» соответствует дефицит тепла в организме 58 Вт. Потери тепла испарением с учётом некоторого охлаждения организма человека принимают равными 20 % от общих теплопотерь.

, Вт,

Потери тепла дыханием зависят от температуры окружающего воздуха и принимают по данным таблицы П 3.

2.2. При расчёте бытовой одежды определяют термическое сопротивление одежды в области туловища, так как на этом участке тела человека наблюдается наиболее плотное прилегание одежды. По этой величине производят приближённый подбор пакета бытовой одежды.

(м2 · °С)/Вт,

где Rтул - термическое сопротивление одежды в области туловища,

(м2 ∙ °С) / Вт;

tс. в.к. - средневзвешенная температура кожи, °С (табл. П 4);

tв - температура окружающего воздуха, °С.

Тепловой поток с поверхности туловища qтул., Вт, при ходьбе составляет 21,8 % от общих радиационно-конвективных теплопотерь и определяется по формуле:

Вт,

где Sт – поверхность туловища, м2; Sт = 0,34 ∙ S,

S – общая поверхность тела человека, м2, зависит от веса и роста человека (табл. П 5).

Расчётные показатели теплового потока с поверхности туловища человека не должны превышать нормируемые (табл. 1).

Таблица 1

Показатели теплового потока с поверхности туловища человека

Температура воздуха, °С	qтул., Вт/м2	Температура воздуха, °С	qтул., Вт/м2	Температура воздуха, °С	qтул.,Вт/м2
+ 10 + 5 0 – 5	74,0 73,5 73,0 72,5	– 10 – 15 – 20 – 25	72,0 71,5 71,0 70,5	– 30 – 35 – 40 – 45	70,0 69,5 69,0 68,5

2.3. Термическое сопротивление одежды уточняют на охлаждающее действие ветра. Для этого вначале по рис. 2 устанавливают степень снижения теплового сопротивления одежды под действием ветра, а затем по формуле определяют , (м2 ∙ оС)/Вт:

, (м2 ∙ оС) / Вт,

Где С – снижение термического сопротивления одежды в области туловища под влиянием ветра, %

Рис. 2. Снижение термического сопротивления одежды в области туловища под влиянием ветра

2.4. По термическому сопротивлению бытовой одежды определяют общую толщину пакета в области туловища (табл. П 6), а затем переходят к формированию пакета одежды. Задача заключается в том, что по известным величинам толщин материалов и коэффициентам теплопроводности необходимо подобрать пакет с требуемыми теплозащитными свойствами. Структура пакета тёплой одежды должна формироваться с учётом толщин воздушных прослоек между материалами одежды.

Для ориентировочной оценки теплозащитных свойств материалов пакета и воздушных прослоек можно пользоваться данными табл. П 7 и

П 8.

Подбор материалов пакета необходимо производить таким образом, чтобы расхождение расчётного значения термического сопротивления и полученного в результате формирования пакета одежды не превышало ±10%. Для наглядности расчётов необходимо графически изображать структуру пакета (рис. 3). Пользуясь схемой пакета бытовой одежды на участке туловища и данными таблиц П. 7 и П. 8, подбирают пакет с термическим сопротивлением равным или близким к расчётным. Если расхождение составляет более ± 10 % чем требуется, можно изменить структуру пакета, добавляя в неё, например, утепляющий слой.

 

Рис. 3 Схема пакета бытовой одежды на участке туловища:

1, 3, 5, 7, 10 и 12 – прослойки воздуха, 2 – нижнее белье,

4 – верхняя сорочка, 6 – подкладка пиджака,

8 – бортовая прокладка, 9 – основной материал пиджака,

11 – подкладка пальто, 13 – бортовая прокладка,

14 – основной материал пальто

Полученные в результате расчёта значения могут служить конструктору в качестве исходных данных при расчёте величин припусков на толщину пакета одежды и воздушных прослоек.

3. В отчёте по лабораторной работе необходимо представить методику и результаты расчёта тёплой бытовой одежды в соответствии с выбранным комплектом бытовой одежды в лабораторной работе 1, составить структуру пакета.

Структуру пакета бытовой одежды на участке туловища и основные показатели его теплозащитных свойств необходимо записать в табл. 2.

Подобрать образцы материалов в пакет комплекта одежды, прикрепить к отчету по работе. Сравнить полученный пакет материалов с рекомендуемым в лабораторной работе 1, сделать соответствующие выводы.

Таблица 2

Структура пакета бытовой одежды на участке туловища и основные показатели теплозащитных свойств

Состав пакета	Толщина элементов пакета d, м	Коэффициент теплопроводности l, Вт / (м оС)	Термическое сопротивление R, (м2 оС) / Вт	Артикул ткани

ЛИТЕРАТУРА:

1.  Основы медицинской и биологической климатологии. − М.: Медицина, 19с.

2.  , Метеорология и климатология./ , -6-е изд., перераб;− КОЛОСС, 2004 г.- 582 с.

3.  Гигиена, комфортность и безопасность одежды: учеб. пособие / , , . – Иваново: ИГТА, 2006. – 256 с.

4.  , , Гигиена одежды: учебное пособие для ВУЗов./ , , – М.: Легпромбытиздат, 199с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П 1

Средние значения температуры, влажности и скорости ветра

в климатических зонах

Месяц	Температура воздуха, °С	Скорость ветра средняя, υ, м / с	Относительная влажность воздуха, %
средняя	максимальная	минимальная
Зона I А (гг. Воркута, Норильск, Верхоянск, Верхне-Колымск)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	– 34,3 – 30,8 – 24,1 –13,6 –2,1 8,4 13,3 10,2 3,3 – 9,4 – 24,8 –31,4	– 7,3 – 1,5 3,8 9,8 23,0 29,8 32,3 29,5 21,8 11,8 2,3 – 3,0	– 58,8 – 59,3 – 54,8 – 46,3 – 30,5 – 11,8 – 1,5 – 5,5 – 16,0 – 38,8 – 49,5 – 57,5	3,4 3,7 3,6 4,2 4,5 4,3 3,9 4,7 3,9 3,8 3,4 3,4	70 – 80
65 – 75
Зона I Б (гг. Олекминск, Магадан, Якутск, Петропавловск-Камчатский)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	– 26,7 – 22,7 – 15,7 – 4,6 4,5 12,0 15,6 13,8 7,6 – 3,0 – 15,7 – 23,6	– 1,5 – 0,8 6,1 14,4 25,2 30,2 32,8 30,4 24,8 15,7 6,1 1,6	– 49,8 – 49,0 – 40,5 – 29,8 – 16,0 – 4,2 0,3 – 3,3 – 9,0 – 28,3 – 39,5 – 46,0	2,1 2,4 2,5 2,9 2,9 2,7 2,5 2,4 2,3 2,8 2,8 2,4	75 – 80
70 – 80
Зона II (гг. Свердловск, Красноярск, Хабаровск, Сыктывкар, Новосибирск, Иркутск, Благовещенск)
1 2 3 4 5	– 19,7 – 16,8 – 9,2 1,3 9,5	2,1 5,0 12,7 25,7 31,4	– 46,9 – 44,7 – 38,3 – 24,6 – 11,6	3,6 3,4 4,1 4,3 4,1	70 – 80
6 7 8 9 10	15,9 18,9 16,5 10,1 1,5	34,9 36,6 34,9 30,0 23,1	– 2,4 2,9 0,9 – 7,9 – 26,3	3,5 3,0 3,1 3,8 4,3	55 – 80

Продолжение табл. П 1

Месяц	Температура воздуха, °С	Скорость ветра средняя, υ, м / с	Относительная влажность воздуха, %
средняя	максимальная	минимальная
11 12	– 9,1 – 17,3	12,1 3,6	– 37,9 – 44,6	4,2 3,6	55–80
Зона III А (гг. Архангельск, Мурманск, Москва, Санкт-Петербург, Киров, Минск, Саратов, Киев, Оренбург)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	– 10,9 – 10,1 – 5,2 3,2 10,5 15,0 17,9 16,4 11,1 4,4 – 2,6 – 8,5	4,3 5,4 13,7 23,4 30,2 33,0 35,2 34,4 29,3 22,0 14,3 6,6	– 38,3 – 37,0 – 30,9 – 22,3 – 7,1 – 0,7 4,1 2,1 – 4,9 – 18,3 – 25,9 – 36,4	5,2 5,1 5,0 4,6 4,5 4,2 3,9 3,9 4,4 4,8 5,0 5,0	80–90
65–80
Зона III Б (гг. Владивосток, Астрахань, Актюбинск, Кзыл-Орда, Балхаш)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	– 12,0 – 10,4 – 3,3 7,9 16,9 22,1 24,5 22,4 15,7 7,4 – 1,3 – 8,4	8,3 9,8 22,8 29,3 35,8 38,5 40,8 40,0 36,0 29,0 19,8 10,0	– 37,5 – 36,5 – 30,5 – 15,5 – 5,0 3,0 8,0 4,8 – 4,0 – 14,5 – 31,8 – 36,0	4,9 5,1 5,2 4,8 4,6 4,4 4,1 4,1 4,0 4,2 4,5 4,7	70–80
30–50
Зона IV А (гг. Брест, Таллин, Вильнюс, Львов, Ужгород, Кишинёв)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	– 4,2 – 3,5 – 0,9 7,0 11,6 16,5 18,7 17,6 13,5 8,2 2,4 – 1,9	9,7 11,8 20,3 27,5 31,2 33,2 35,0 35,2 30,8 26,5 20,0 12,3	– 31,5 – 31,7 – 25,1 – 12,2 – 2,8 0,8 5,3 4,0 – 2,0 – 12,7 – 20,0 – 24,5	4,3 4,4 4,3 4,2 3,9 3,5 3,3 3,4 3,8 3,9 4,2 4,2	80–90
60–80

Окончание табл. П 1