Уравнение теплового баланса организма с окружающей средой

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение образования

«Витебский государственный  технологический университет»

 

 

Кафедра «Конструирования и технологии одежды»

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине

«Гигиена одежды»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Витебск, 2012

Контрольная работа

Вариант 4

 

Вопрос 1 (4)

Уравнение теплового  баланса организма с окружающей средой

Тепловой баланс достигается координацией процессов, направленных на выработку  тепла в организме (теплопродукции) и его выведение - теплоотдачу. Он осуществляет аппаратом химической и физической терморегуляции человека, а также путем приспособительных  действий человека, направленных на создание оптимального микроклимата, и использования  одежды («поведенческая » терморегуляция).

Тепловой баланс в общем виде может быть описан уравнением:

 

Qт.п+Qт.н=Qрад+Qконв+Qконд+Qисп.д+Qисп.дых+Qисп.п+Qдых.н±Qт.с

 

где Qт.п - теплопродукция человека; Qт.н - внешняя тепловая нагрузка (например, вследствие солнечной радиации); Qконв - потери тепла конвекцией; Qконд - потери тепла кондукцией; Qисп.д - потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи; Qисп.дых -потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей; Qисп.п - потери тепла испарением выделяемого пота; Qдых.н - потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха; Qт.с -изменение теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме).

Обе части равенства, характеризующие  тепловой баланс (теплообразование и  теплоотдача), являются переменными, зависящими как от физиологических, так и  от физических параметров.

Теплообразование в большей  степени зависит от физиологических  реакций, теплоотдача - от физических факторов окружающей среды, одежды. Физиологические реакции регулируют передачу тепла от внутренних тканей тела человека и поверхностью кожи.

Теплообразование (теплопродукция человека) - выработка теплоты в организме  в результате энергетических превращений  в живых клетках; она связана  с непрерывно совершающимся биохимическим  синтезом белком и других органических соединений, с осмотической работой (переносом ионов), с механической работой мышц (сердечной мышцы, гладких  мышц различных органов, скелетной  мускулатуры). В организме человека, находящегося в состоянии относительного физического покоя, 50 % теплоты образуется в органах брюшной полости (главным  образом в печени), 20 % в скелетах мышцах и центральной нервной  системе, 10 % - при работе органов  дыхания и кровообращения. При  выполнении физической работы, а также  при выраженном охлаждении человека в покое (дрожь) значительно увеличивается  доля образования теплоты в скелетных  мышцах. Часть энергии, образующейся в организме при выполнении физической работы, расходуются на внешнюю работу. Основная же ее часть переходит в  тепловую Qт.п (теплопродукцию).

Таким образом, энергия, выделяемая в  организме в виде тепла (теплопродукция) и обеспечивающая поддержание постоянного  уровня тепла температуры тела, составляет при физической работе только часть энерготрат Qэ.т. В случае, когда вырабатываемая в организме человека энергия не расходуется на внешнюю механическую работу, она вся практически превращается в тепловую. Это наблюдается, например, у человека, находящегося в состояние относительного физического покоя (лежа, сидя, стоя) и выполняющего некоторые виды физической работы (такие, как ходьба по ровной местности). Энергия, расходуемая на выполнение внешней работы N, может быть определена из уравнения:

N = η (Qэ.т. - Qо),

где η - термический коэффициент полезного действия

Qо - величина основного обмена

Расход энергии в состоянии  полного покоя (при расслаблении мышц, отсутствие полных раздражителей, натощак, в комфортных микроклиматических условиях), т.е. в условиях, обеспечивающих минимальную активность механизмов терморегуляции, принято называть основным обменом. Он характеризует то минимальное  количество энергии, которое необходимо для поддержания основных жизненных  процессов.

Основной обмен у здорового  человека колеблется в зависимости  от возраста и пола.

Таким образом, для определения  теплопродукции человека, выполняющего физическую работу, необходимо занять его общие энерготраты Qэ.т , термический  коэффициент полезного действия ? и основной обмен Qо, т.е.

Qт.п = Q э.т. - η (Q э.т. - Qо),

Данные о теплообразовании используются для определения теплопотерь  человека, величина которых является основной для расчета теплового  сопротивления одежды, обеспечивающей сохранение теплового баланса организма  в конкретных условиях ее эксплуатации.

 

Вопрос 2 (20)

Гигиенические требования к белью 

Гигиенические требования предъявляются  к одежде для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма человека.   

Бельевые ткани должны удовлетворять следующим гигиеническим требованиям: быть гигроскопичными, обладать хорошей капиллярностью и повышенной воздухопроницаемостью; не должны содержать хлор и другие вредно действующие на  организм человека вещества.

Эти материалы соприкасаются  непосредственно  с поверхностью тела человека и поэтому  имеют большое значение для обеспечения  нормальной деятельности кожных покровов. Белье защищает тело от загрязнения и  охлаждения. Оно, впитывая влагу, жир, очищает кожу от пота, кожного сала, слущивающегося эпителия.

Чтобы белье обеспечивало очистительную  функцию, бельевые материалы должны быть гигроскопичными и влагоемкими. Они не должны препятствовать выделению  и испарению пота,  прилипать  к коже во влажном состоянии. Влага, впитываемая  бельем, должна легко  удаляться во внешнюю среду.

При  гигиенической оценке белья  эталоном служит белье из хлопка,  обладающее хорошей способностью поглощать  влагу с  поверхности тела человека и отдавать ее в окружающую среду.

 Наиболее пригодны для изготовления  белья гидрофильные материалы  или  материалы с низким содержанием гидрофобных волокон.

Некоторые бельевые материалы, содержащие химические волокна, имеют  недостаточную химическую стабильность полимеров, повышенную электризуемость, низкие сорбционные свойства, низкую  способность поглощать продукты выделения кожи, быструю загрязняемость и др.

 Белье из синтетических волокон можно использовать в первом слое пакета материалов при соблюдении определенных условий: химической стабильности волокон; носки одежды в интервале температур окружающей среды и физической нагрузки  человека, не сопровождающихся выраженным потоотделением; низкой электризуемости материалов, достигнутой в результате их  обработки антистатическими препаратами. В последующих слоях пакета материалов такой одежды предполагается использование материала из гидрофильных волокон.

Белье из вискозных волокон обладает высокой  гигроскопичностью и воздухопроницаемостью. Теплоизоляционные  показатели вискозного белья по сравнению с хлопчатобумажным  невелики, поэтому его рекомендуется использовать в теплое время года.

Низкая гигроскопичность и высокая электризуемость  бельевых материалов из ацетатных и триацетатных волокон привели в настоящее время к снижению потребления белья из них.

Гигиенические исследования бельевых изделий показывают, что наиболее целесообразно использование в бельевых  материалах смесей гидрофобных и гидрофильных волокон,  позволяющих сочетать их положительные свойства и применять белье, содержащее гидрофобные волокна, в широком диапазоне  температур окружающей среды при различном уровне влагопотерь человека.

Для изготовления белья рекомендуются материалы из шерсти, хлопка, натурального шелка. Синтетические и ацетатные волокна допускаются в качестве добавок не более 30%. 

Гигиенические свойства бельевых материалов могут быть улучшены не только путем изготовления материалов из смеси гидрофильных и гидрофобных волокон, но путем  совершенствования технологии изготовления волокон и полотен  (например, придания капроновым нитям объемности, бельевым  полотнам ажурности).

Таким образом, гигиенические  свойства бельевых материалов из химических волокон и из смесей натуральных  и химических волокон разнообразны. Это необходимо учитывать при  проектировании, производстве и эксплуатации бельевых изделий.

 

 

Вопрос 3 (31)

Эргономические  требования, предъявляемые к специальной  одежде

 

Специальная одежда (спецодежда) – производственная одежда для защиты работающего от воздействия опасных и вредных производственных факторов.

Специальная одежда – одежда, заменяющая обычную или надеваемая поверх нее с целью защиты работающего от воздействия опасных и вредных производственных факторов, от одной или более опасностей.

Специальная одежда представляет собой полный или  частичный барьер между человеком  и окружающей средой. Специальная  одежда, с одной стороны, защищает человека, а с другой – может вызвать нарушение физиологических функций организма (нарушение деятельности сердечнососудистой системы, затруднение теплообмена с окружающей средой и др.). Поэтому при проектировании специальной одежды особое внимание уделяют эргономическим аспектам, обеспечивающим сочетание безопасности и комфорта человека.

Опасность: производственный фактор, который может быть причиной вреда или ущерба здоровью человека. К основным видам опасности относят: механическую, химическую опасность; опасность пониженных температур; тепловую опасность повышенных температур или огня; опасность биологических веществ; радиации. Некоторые из перечисленных видов опасности могут быть разделены на опасность контактной теплоты, теплового излучения и т.д.

Специальную одежду разрабатывают с учетом требований к эргономике; сохранению свойств  материалов; указанию размеров; маркировке.

Основные  требования к эргономике специальной одежды заключаются в следующем:

- материалы  и компоненты не должны оказывать  неблагоприятного влияния на  человека;

- одежда  должна обеспечивать потребителю  максимально возможную степень  комфорта, согласующуюся с обеспечением  соответствующей защиты;

- части  и детали специальной одежды, контактирующие с телом потребителя,  не должны иметь выступающих  частей, которые могут вызвать  чрезмерное раздражение кожи  или травму;

- конструкция  одежды должна обеспечивать максимально  простое и правильное ее надевание,  удобство при ее использовании  с учетом возможных движений  и поз, принимаемых потребителем  в процессе работы. Для адаптации  специальной одежды к морфологии  потребителя в одежде могут  быть предусмотрены средства  для регулирования размера и  подгонки по фигуре;

-одежда  должна быть настолько легкой, насколько это возможно, без ущерба  прочности и эффективности конструкции; 

- для  улучшения физиологического состояния  пользователя одежду рекомендуется  изготавливать из паропроницаемых  материалов;

- при применении паропроницаемых  материалов для снятия физического  напряжения пользователя допускается  использовать любые другие способы,  например, предусматривают в одежде  вентилирование с помощью вентиляционных  отверстий.

Технические требования к сохранению свойств  материалов спецодежды устанавливают  требования к эксплуатационным показателям старения материала: к устойчивости окраски, изменению линейных размеров после чистки.

Изменения в линейных размерах материала для защитной одежды не должны превышать ± 3 % по длине и  ширине после пяти раз стирки или  сухой чистки, если иное не указано  в специальном стандарте.

 

 

Задача 1

Рассчитать теплопродукцию человека, занятого определенным видом  деятельности.

Дано:

Вариант	Вид физической деятельности	Энергозатраты Qэ.т., Вт/м2	Термический коэффициент  полезного действия η	Площадь пове-рхности тела чело-века S, м2
4	Ходьба вверх по лестнице под углом 250 со скоростью 3,2 км/час	390	0,21	1,80

 

Решение:

Рассчитать теплопродукцию человека по формуле:

Q_m.n.=S[Q_э.m.-η(Q_э.m.-Q_o],

где Q_m.n. - теплопродукция, Вт/м²; S – площадь поверхности тела чело-века,м²; Q_э.m. – энерготраты человека, Вт/м²; η – термический коэффициент полезного действия; Q_o  - основной обмен, Вт/м² (принять 42,3 Вт/м²).

 

Q_m.n.= 1,80*[390-0,21(390-42,3]=1,80*[390-73,017]=570,6 Вт/м²

Ответ: теплопродукция человека поднимающегося вверх по лестнице под  углом 25^о со скоростью 3,2км/час равна 570,6 Вт/м².

 

 

Задача 4

Рассчитать суммарное  тепловое сопротивление и состав пакета материалов одежды для заданных условий эксплуатации, если известны: рост, масса тела, энергозатраты  человека и время его пребывания на холоде.