Лекция 1. Введение (стр. 1 )

Лекция 1

Введение.

План

1. Развитие учения о гигиене одежды.

1. Гигиена одежды – наука, изучающая одежду во взаимосвязи с человеком Изготовление качественной одежды не возможно без учета гигиенических требований, т. к. они определяют соответствие одежды условиям жизни И деятельности человека.

Попытки обосновать гигиенические требования к одежде относятся к 19 веку .в 1865 году ученый гигиенист Петенкоффер положил начало экспериментальному исследованию одежды и материалов.

Позднее Доброславин и Макс Рубнер показали, что нельзя сводить исследование одежды только к исследованию свойств материалов. Надо установить качественную зависимость влияния готовой одежды на микроклимат под одеждой и на организм человека.

Они впервые начали проводить экспериментальные исследования готовой одежды в сравнительном плане с целью выбора наиболее рациональной структуры материала и покроя одежды. Ими была сделана попытка разработать физиологические и теплофизические нормы для рационального проектирования одежды.

В 1946 г. была впервые проведена конференция по вопросам гигиены одежды. Галанин показал, чтобы создать рациональную одежду, нужен тесный контакт физиологов - гигиенистов и работников текстильной и легкой промышленности

Гигиенические требования к одежде от холода сформированы Вамковской, Калтыковым и др.

Гигиенические требования к одежде жаркого климата Вамковской.

Институт Академии Наук в 1932 г. начал исследовать влияние одежды на человека в различных климатических условиях.

В области разработки специальной одежды работали: Калмыков, Грозицкий, Колесников, Кокеткин.

Одним из направлений на современном этапе развития науки в области одежды является разработка и физиолого-гигиеническое обоснование требований к специальной одежде, защищающей человека от внешних факторов, не поддающихся регулированию.

Главные задачи курса:

1. Освещение основных гигиенических требований к одежде различного назначения;

2. Физиология теплообмена человека с внешней средой;

3. Физиологические показатели определяющие соответствие одежды гигиеническим требованиям;

4. Основные принципы проектирования одежды различного назначения и пути ее совершенствования;

5. Методы физиолого-гигиенической оценки одежды.

Лекция 2

Теплообмен человека с внешней средой.

План:

1.  Терморегуляция человека.

2.  Тепловой баланс.

3.  Пути отдачи тепла организмом человека

1. Одной из важнейших функций одежды является обеспечение теплового комфорта с целью нормальной жизнедеятельности человека.

Необходимым условием сохранения теплового комфорта является поддержание теплового баланса человека, который достигается за счет терморегуляции организма и одежды. Организм человека – саморегулирующаяся система физиологический механизм, который направлен на обеспечение соответствующего количества образованного тепла в организме количеству отданного тепла с целью поддерживания постоянной температуры тела.

Терморегуляция, которая обеспечивает увеличение теплообразования в организме называется химической терморегуляцией, а которая направлена на уменьшение отдачи тепла называется физической.

Физическая терморегуляция осуществляется за счет расширения или сужения кровеносных сосудов в коже человека и происходит изменение теплопроводности тканей организма, испарения влаги которое приводит к изменению отдачи тепла.

Для сохранения постоянной температуры тела вся система должна находиться в термостабильном состоянии.

2. Для обозначения равенства теплообразованием и теплоотдачей в организме принят термин “тепловой баланс“. Он достигается координацией процессов, направленных на выработку тепла в организме (теплообразование) и его выведения (теплоотдача).

Уравнение теплового баланса

Qтп + Qтв=Q рад+Qконв+Q конд +Q исп. диф +Qисп. дых +Q исп. пота +Qдых ±D

Qисп. диф+ Q исп. дых +Q исп. пота=Q исп

где

Q тп- теплопродукция человека;

Q тв –внешняя тепловая нагрузка;

Q рад - отдача тепла радиацией;

Q конв – отдача тепла конвекцией;

Q конд – отдача тепла кондукцией;

Q исп. диф – отдача тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи;

Q исп. дых –отдача тепла с верхних дыхательных путей;

Q исп. пота – отдача тепла использованного пота;

Q дых. – отдача тепла за счет нагревания вдыхаемого воздуха;

D-дефицит тепла.

Обе части равенств являются переменными величинами: теплообразование зависит от физиологического фактора, а теплоотдача – от факторов окружающей среды.

Теплопродукция (Q тп)

Необходимым условием существования организма является обмен веществ с внешней средой.

В организме человека происходит окислительно-восстановительные реакции в результате которых вещества богатые энергией, расщепляются в вещества с меньшим энергетическим потенциалом с освобождением энергии. Часть энергии в организме превращается в механическую (N) , которая расходуется на выполнение внешней работы. Основная часть энергии переходит в тепловую.

Q т. п= Q э т –N, где Q э т – общая энерготрата

N=h (Q э т – Q о), где h- термический к. п. д

Q о – величина основного обмена

Величину расхода энергии в условиях обеспечивающих min активность механизмов терморегуляции, называется основным обменом.

Возраст	муж	жен
20	44,7	39, 9
70	37 ,7	35, 7

Q т п = Q э т - h (Q э т –Q о)

h=N/Q э т - Q о

Данные о теплопродукции необходимы при расчете теплопотери организма, теплозащитных свойств одежды.

3. Теплоотдача

В окружающую среду человек отдает тепло различными путями: радиацией, конвекцией, проведением, испарением, дыханием.

3.1 Отдача тепла радиацией

В нагретом теле часть энергии превращается в лучистую. Одним из носителей ее являются инфракрасные лучи они называются тепловыми.

Процесс их распространения называется тепловым излучением (лучеиспускание или радиация ).

В повседневной жизни: нагретая поверхность Земли, отопительные приборы в производственной деятельности: в цехах.

Теплоотдача радиацией составляет – 43-59% по отношению к общей величине потерь.

Если в помещении находятся различные ограждения с температурой более низкой, чем окружающая среда, то отдача тепла излучением составляет »70%

Тепловое излучение зависит от разности температур поверхности тела человека и окружающих предметов. При небольшой разности температур уравнение для определения выделившейся теплоты радиацией будет

Q рад = a рад ∙S рад (t1-t2), Вт

где

a рад-коэффициент теплоотдачи радиацией, Вт/ (м2∙°С);

Sрад - поверхность тела участвующая в радиационном теплообмене, м2;

t1 - температура поверхности тела (одежды) (tо), °С;

t2 - температура окружающих тел, °С.

Существует положительный и отрицательный радиационный тепловой баланс. Положительный тепловой баланс - человек встречается с нагретыми поверхностями. Отрицательный радиационный тепловой баланс – человек встречается с предметами температура которых ниже температуры поверхности тела человека.

В комфортных условиях отдача тепла радиацией составляет 43-59%. Если температура окружающей среды более низкая, то теплоотдача - до 70%.

Поверхность тела, участвующая в теплообмене меньше общей поверхности. В радиационном теплообмене участвует 70-95% от общей поверхности тела человека.

Q рад =3, 95∙ ∙ S∙ Sод /Sо ∙ [(t од+273)4 – (tср +273)4 ] - Формула Квангеля

где

S - поверхность тела раздетого человека, м2;

S од - поверхность тела покрытого одеждой, м2;

Sо - площадь открытой поверхности, м2;

T од- температура поверхности одежды, °С;

T ср - средняя радиационная температура, °С.

3.2 Конвекционный теплообмен

Процесс теплообмена между телом человека и воздухом называется конвекционным теплообменом. Различают свободный конвекционный теплообмен и принудительный. Свободный происходит вследствие разницы температур тела и воздуха. Принудительный - под влиянием движения воздуха. Отдача тепла конвекцией составляет свыше 25-30%.

Отдачу тепла конвекцией можно определить по закону охлаждения тел Ньютона

Qконв = aконв ∙S ∙(t од - t в), Вт

где

aконв - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2 ∙°С);

S – площадь поверхности тела, м2;

tод - температура поверхности одежды, °С;

t в – температура поверхности воздуха, °С;

a конв. зависит от скорости движения воздуха

V=0,6-1,7 м/с, a=10,5 вт/(м2 ∙°С)

V = 15,3-18 м/с, a=68,6 вт/(м2 ∙°С)

3.3 Теплоотдача проведением

( теплопроводностью, кондукцией)

Теплоотдача от поверхности тела человека с соприкасающимся с ним твердыми предметами осуществляется теплопроводностью. Ее можно определить по закону Фурье

Qконд = l (t1 –t 2 )/d ∙S ∙t, Вт

где

S – площадь стенки через которую проходит тепло, м2;

l - коэффициент теплопроводности материала, вт/(м2 ∙°С);

t1 , t 2 - температура внутренней и наружной стороны стенки, соответственно, °С;

d - толщина пакета одежды, м

t - время, час.

В обычных условиях передача тепла теплопроводностью составляет небольшую величину, поэтому ее не вычисляют.

3.4 Отдача тепла испарением

Отдача тепла испарением складывается из:

Испарения диффузионной влаги;

Испарения с верхних дыхательных путей;

Испарения пота.

Теплоотдача испарением оценивается на основе уравнения Дальтона

Q исп = b F (Pнас - Pа), Вт

где

F –площадь увлажненной поверхности тела, м2

P нас- парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе, Па

P а – парциальное давление пара над поверхностью кожи, Па

b - коэффициент влагоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений ( г/ч∙ м2 ∙Па)

На основании уравнения Дальтона имеются следующие уравнения:

Q исп. диф = 3S (256 t к -3360- P a ), Вт

где

Q исп диф – потребление тепла за счет испарения диффузионной влаги с поверхности кожи.

Pa –парциальное давление пара в окружающем воздухе, Па

t к- температура кожи, °С

S – поверхность кожи, м2

Потребление тепла за счет испарения влаги с верхних дыхательных путей

Qисп дых = 1Qтп (5880-Pa), Вт

Q тп – теплопродукция человека

Q исп пота = 17,3 (Е ф - E) (0,5-), Вт

где

Еф –максимально возможное напряжение водяного пара при определенной температуре кожи человека, мм. рт. ст. ∙H /м 2

E - напряжение водяного пара в воздухе (абсолютная влажность), мм. рт. ст. ∙H /м 2

V - скорость ветра, м/с

(Еф - Е) - физиологический дефицит насыщения

Отдача тепла испарением опытным путем определяется взвешивания человека (по потере веса).

Отдача тепла испарением зависит от одежды человека и от окружающих условий.

Потеря тепла дыханием составляет незначительную величину по сравнению с другими видами теплопотерь.

Qдых =0.0012 Qэт (34-tв), Вт

где

Qэт - энерготраты, Вт

tв - температура окружающей среды, °С

34-средняя температура выдыхаемого воздуха, °С

Через кожу выделяются и поглощается кислород – происходит кожное дыхание.

Для удаления влаги и углекислоты одежда должна быть вентилируемой.

Материалы должны иметь хорошую воздухо – и паропроницаемость; Материалы одежды должны обладать высокой гигроскопичностью, для удаления капельно – жидкой влаги (пота) при высокой t0 внешней среды,
при t > 250 требуется костюм, предохраняющий тело от перегревания; Конструирование одежды должно быть рациональной (наличие вентиляционных отверстий, кокеток, шлиц, складок). Особенно это важно в изделиях из синтетических тканей с пропитками.

Лекция 3

Показатели теплового состояния человека и критерии оценки.

План

1.  Температура тела.

2.  Температура кожи.

3.  Топография температуры кожи.

4.  Дефицит тепла в организме.

5.  Тепловой поток.

6.  Потоотделение.

7.  Реакция сердечно-сосудистой системы на термическое воздействие внешней среды.

8.  Теплоощущения.

9.  Микроклимат в пододежном пространстве.

Под тепловым состоянием человека понимают такое состояние, которое характеризуется с одной стороны содержанием и распределением тепла в глубоких слоях тела человека (ядро) и поверхностных слоях тела человека (оболочка), с другой стороны - степенью напряжения аппарата терморегуляции.

Показателями теплового состояния человека являются: температура тела, температура кожи, энерготраты, интенсивность потоотделения, теплоощущения, дефицит и накопление тепла, тепловой поток.

Косвенными показателями являются частота пульса, кровяное давление, работоспособность человека.

1. Температура тела – температура внутренних органов человека ректальная (желудка, печени). При нормальных условиях температура тела человека изменяется незначительно (в пределах 0,10).

Средняя температура тела (находящегося в покое) составляет 37,20.

tтела=37,60 является признаком перегрева организма

Предельная температура –38,30 C

Температуру тела можно определить расчетным путем тогда, когда известны энерготраты человека.

t=36,61+0,07Qэт/S

Температура тела человека необходима для косвенной оценки одежды, для определения соответствия одежды условиям эксплуатации и т. д.

2. Температура кожи - это температура поверхности тела очень тесно корректирует с теплоощущениями человека.

Температура тела на разных участках тела человека неодинакова. Поэтому физиологи используют средневзвешенную температуру кожи, учитывая площадь отдельных участков тела и температуру на этом участке.

Средневзвешенная температура кожи и теплоощущения человека

Теплоощущения	Средневзвешенная t кожи, 0C
Очень жарко	Более 360
жарко	35-370
тепло	34-350
комфортно	32-340
прохладно	30-320
холодно	28-300
Очень холодно	Менее 28 0

Комфортную температуру кожи можно определить расчетным путем по энерготратам:

tсв к=36.07-0.054 Qэт/S

Для того, чтобы определить средневзвешенную температуру кожи экспериментальным путем используют 11-точечную систему измерения Рамзаева.

По системе Рамзаева измерение температуры кожи в 11 точках поверхности тела. Так как площадь поверхности тела известна.

tсв к=0.088tлба+0.340tтул+0.134tпл+0.045tкисти+0.230tбедра+0.125tгол+0.0644стопы

3. Топография температуры кожи

Температура кожи человека в различных участках разная. Эти различия обусловлены системой кровоснабжения. На температуру кожи влияет одежда, обувь, головные уборы, степень охлаждения, перегревания. (У различных людей более высокая температура в области головы, у одетых в области туловища.)

У мужчин и женщин находящихся в одинаковом состоянии температура кожи примерно одинакова, но у женщин она больше.

Физическая работа: при беге у человека более низкая температура кожи в области нижних конечностей.

Нагревание на верхний плечевой пояс – область туловища и верхних конечностей.

У рабочих металлургической промышленности наиболее высокая температура в области головы.

Температура кожи »400 является верхним пределом, при которой проявляются болевые ощущения.

4. Дефицит тепла в организме

Особенностью организма человека является поддержание постоянства температуры тела и кожи вне зависимости от условий окружающей среды.

Организм человека может регулировать теплопотери в определенной зоне температур (климат, близкий к тропическому 18-220)

В этом случае сохраняет тепловое равновесие человека одежда и жилище расширяет зону перепада температур внешней среды и обеспечивает комфортное состояние человека.

Возможности организма ограничены. При постоянном и длительном действии высокой или низкой температуры и терморегуляция не обеспечивает тепловое равновесие.

Теплообразование человека может превосходить теплопотери и наоборот, теполоотдача может быть больше теплообразования. В теле человека образуется дефицит тепла D :

Определяется по разнице величин теплопродукции и теплоотдачи

D= Qтп –Qэт

D >0 , если теплоотдача превышает теплообразование, D<0, если теплообразование превышает теплоотдачу

Между теплообразованием и теплоощущением человека существует тесная связь.

Дефицит и накопление тепла в теле человека и его теплоощущения

Теплоощущение	Дефицит тепла D (ккал)
Очень жарко	Более 80 предел выносимости 120
Жарко	До 80
тепло	До 50
комфорт	До 29
прохладно	50
холодно	110
Очень холодно	176

Знание величин дефицита тепла позволяет судить о степени перегревания или охлаждения человека, прогнозировать время пребывания в тех или иных условиях, рассчитать теплозащитные свойства одежды.

Иногда тепловое состояние человека оценивают по величине телосодержания:

Qт=C Р(0.7tт +0.3tк ),ккал

C - удельная теплоемкость тела человека C = 0,83 ккал\кг 0С

Р - вес тела человека, кг

tт - температура тела, °С

tк - температура кожи, °С

Qт=29-30ккал/кг оценивается как оптимальное

5. Тепловой поток

Тепловой поток позволяет судить о тепловом состоянии человек, количественно оценить теплозащитные функции одежды.

Тепловой поток определяют экспериментальным путем с помощью специальных приборов. Измерения проводят на тех же участках тела, что и при измерении температуры кожи. Рассчитывают средневзвешенный тепловой поток :

qсрв=0.088tлба+0.340tтул+0.134tпл+0.045tкисти+0.230tбедра+0.125tгол+0.0644стопы

Средневзвешенный тепловой поток тесно связан с теплоощущениями человека

Тепоощущения	Энерготраты, ккал
комфорт	41	100	188	222
прохладно	77	137	230	282
холодно	105	154	300	300

Комфортный уровень теплового потока можно определить расчетным путем:

qсрв=83+39,5 ((Qтп-116)/58)

6. Потоотделение

Одним из показателей теплового состояния является потоотделение.

По поверхности кожи около 2-3млн. потовых желез (большенство на стопах, спине, ладонях)

В условиях температурного комфорта в сутки выделяется около 500 мл. пота. В районах с умеренным климатом человек выделяет в сутки около 1 л пота. В жарком климате – 4-5 л пота в сутки.

Испарение пота зависит от влажности воздуха.

При высокой температуре и высокой влажности воздуха человек чувствует себя хуже.

В сухом воздухе при высокой температуре (500) человек может находиться без заметного ухудшения самочувствия около трех часов.

При обильном потоотделении состояние человека ухудшается. Это объясняется тем, что относительное количество испаренной влаги относительно общих влагопотерь снижается (часть пота стекает, это недопустимо, охлаждающий эффект снижается). В этом случае происходит не рациональная трата влаги, которая сопровождается большими солевыми потерями.

Нормальная величина влагопотерь составляет 40-60 г/час

Теплоощущения и величина влагопотерь

теплоощущения	Влагопотери, г/час
Очень жарко	(часть пота стекает)
жарко	250-500 (часть пота стекает)
тепло	60-250
Комфортно	40-60
прохладно	Ниже 40
холодно	Не характерно
Очень холодно	Не характерно

7. Реакция сердечно–сосудистой системы человека

Показатели сердечной деятельности являются частью сердечных сокращений и кровяного давления.

Частота сердцебиения определяется подсчетом пульсовых колебаний артериальных стенок и зависит от условий, которых находится человек.(40-60 ударов в минуту норма). Энергию сообщаемую крови сердцем можно измерить - кровяное давление – давление крови о стенки кровеносных сосудов.

Наибольшее давление крови в артериях: максимальное кровяное давление в артериях соответствует началу сердечных сокращений =115-130 мм рт ст.

Минимальное кровяное давление соответствует концу сердечного сокращения =70-80 мм тр ст.

8. Работоспособность человека

Характеризует воздействие на организм окружающей среды, удобство конструкции одежды и другое.

Не соответствие одежды деятельности человека приводит к снижению умственной и физической работоспособности.

Например зимняя спецодежда сконструирована с учетом физических движений снижает работоспособность на 11% , без учета – на 20%.

На работоспособность человека оказывает влияние вес одежды. Увеличение веса одежды приводит к увеличению энерготрат.

Одной из основных задач при конструировании одежды является изыскание путей повышения теплозащитных свойств одежды, при уменьшении веса (использование облегченных тканей, синтетических утеплителей, уменьшение материалоемкости одежды.

Работоспособность человека оценивают по величине теплосодержания.

MAX величина теплосодержания при котором длительное время (в течение 6 часов) не снижается умственная и физическая работоспособность составляет 30,8-31,2 ккал/кг

Физиологоические показатели комфортного состояния человека

Показатели	Значение
Температура тела (подмышечная)	36,50С
Температура кожи (средневзвешенная)	33,2±10С
Теплосодержание	25-30 ккал\кг
Влагопотери	40-60 г\час

9. Микроклимат под одеждой

Гигиеническая оценка микроклимата под одеждой производится на основе теплового состояния человека и таких показателей микроклимата: температура воздуха, влажность и содержание CO2 в воздухе и под одеждой.