авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |

«ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ВОЗДЕЙ- СТВИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР Монография УДК ББК Авторский коллектив Прохоров ...»

-- [ Страница 3 ] --

Одной из важнейших функций одежды и обуви является соз дание у человека комфортных теплоощущений, т. е. нормального теп лового состояния, которое поддерживается при определенном соот ношении процессов теплообразования и теплоотдачи.

Под тепловым состоянием человека понимается такое функ циональное состояние организма, которое характеризуется содержа нием тепла в тканях тела с относительно постоянной температурой («ядре») и в тканях тела с меняющейся температурой («оболочке»), а также степенью напряжения аппарата терморегуляции [58].

О тепловом состоянии человека можно судить по его тепло ощущениям и объективным показателям: температуре тела («ядра») и кожи («оболочки»), топографии температуры кожи, величине влаго потерь, гемодинамическим показателям (частота пульса, артериальное давление). Тепловое состояние человека обусловливает и его работо способность [2].

Для удовлетворения наиболее полных запросов потребителей требуется значительный и разнообразный ассортимент обуви с учетом сезонов и условий носки в пределах каждой климатической зоны.

Обычная бытовая, производственная и другие виды обуви предназначаются для носки в течение сравнительно длительного пе риода, на протяжении ряда месяцев, а иногда и нескольких лет;

по этому для суждения о том, какими свойствами должна обладать эта обувь, необходимо знать, при сочетаниях каких показателей метеоро логических условий будет она эксплуатироваться.

Совокупность средних значений метеорологических элемен тов, составленных на основе многолетних наблюдений в каком нибудь районе, а также средние изменения этих элементов во времени характеризуют собой климат данного района.

Более полные данные для конструирования обуви могут быть составлены на основе разработки требований, полученных при рай онировании территории Российской Федерации, с учетом не только климатических и географических характеристик отдельных террито рий, но и физиологических реакций, теплоощущений, испытываемых человеком при носке одежды и обуви в различных климатических ус ловиях.

Территория Российской Федерации характеризуется широким разнообразием климатов. В зависимости от того, какие важнейшие признаки принимаются за основу (гидрологические, ландшафтные, циркуляционные и прочие), Российская Федерация разделена на ряд районов или областей.

Д.М. Деминой [34] были разработаны карты распределения эквивалентно-эффективных температур для территории Российской Федерации исходя из метеорологических характеристик для отдель ных пунктов. Вместе с тем для характеристики отдельных климатиче ских зон использовались материалы по режиму погоды, оцениваемой приемами комплексной климатологии, разработанными Е.Б. Лопатки ной и Л.А. Чубуковым [72].

На основании указанных материалов, с учетом природных особенностей в пределах Российской Федерации, выделены террито рии (зоны) I-VI.

Территории I,II,III,IV,V разделены на две части (А и Б), отли чающиеся между собой по отдельным элементам климата, но в сово купности создающие примерно одинаковое теплоощущение человека.

Каждая территория характеризуется сравнительно однородным типом одежды и обуви:

I (А и Б) – территория особо утепленной одежды и обуви (Арктические острова и восточная часть тундровой зоны – А и ульт раконтинентальная тайга, районы Камчатки, Северного Сахалина и побережья Охотского моря – Б).

II – территория преимущественно обычной меховой одежды и утепленной обуви (резко континентальные таежные, лесные и степ ные районы Предуралья, Сибири и Дальнего Востока).

III (А и Б) – территория преимущественно теплой ватной оде жды зимой (континентальные районы таежной, лесной и пустынной зон с холодной зимой).

IV – территория, не требующая теплой одежды, но ставящая повышенные запросы по защите от сырости (влажные субтропики).

V – (А и Б) территория, не требующая теплой зимней одежды, но ставящая повышенные запросы по защите от перегрева летом.

VI – территория высокогорных районов (выше 2000 метров), где кислородная недостаточность требует легкой одежды из высоко качественного меха.

Как видно из приведенных данных, в I зону вошли территории А и Б, которые характеризуются резко отличающимися элементами климата, но вызывающими примерно одинаковое, общее теплоощу щение. Это зона наиболее холодного климата.

В таблице 2.2 приводятся климатологические данные, которые характеризуют I-III зоны, являющиеся основными территориями, где для населения в зимний период требуется утепленная обувь.

I климатическая зона отличается тем, что на протяжении дли тельного периода времени наблюдаются низкие температуры воздуха, очень сильные ветры и значительная влажность воздуха (зона I А) и особо низкие температуры воздуха при высокой его сухости (зона I Б).

На данной территории находится сибирский полюс холода (Верхо янск, Оймякон), где абсолютный минимум температур достигает – 68 700С.

Скорость ветра на побережье северных морей I зоны составля ет зимой 7-9 м/сек, достигая в отдельные периоды 15-30 м/сек и более.

В континентальных районах I зоны скорость ветра меньше, но и в этих областях она может составлять 5-7 м/сек. В наименьшей сте пени наблюдаются ветры в районе Сибирского полюса холода. Наи более низкие температуры воздуха, как правило, наблюдаются в пери од затишья ветра, так что жесткость (суровость) погоды в этом районе не выше, чем на побережье.

Т а б л и ц а 2. Характеристика климатических зон России, для населения кото рых требуется утепленная обувь Продолжительность Средняя (в днях) периодов темпера Мини тура са Территория основных мальная мого хо климатических зон Рос- темпе лодного холод- пере- теп сии ратура месяца ного ходного лого в град.

(январь) в град I (А и Б) – территория особой и высококачест венной одежды и особо утепленной обуви А – Арктические острова от - 260 и восточная часть тундры до – 280 20-30 80- Б – территория ультра- - континен-тальной тайги, абсолютный от - 200 Камчатки, северного Са- минимум до - 220 60-80 70- халина, – побережья Охотского моря II- территория преиму щественно обычной ме от - 180 ховой 70-120 60- до - одежды и утепленной обуви III (А и Б) - территория преимущественно теплой ватной одежды зимой – на западе от континентальные районы –50 до –55, от - 140- 140 таежной на востоке 60- до - 160 лесной, степной и пус- от –50 до – тынной зон (с холодной зимой) и южный Сахалин II климатическая зона характеризуется резко континентальным климатом с холодной зимой и продолжительным холодным периодом, в течение которого средняя месячная температура остается ниже нуля, с четко выраженными переходными периодами. Отдельные показате ли, характеризующие климат данной зоны, отличаются разнообрази ем. Наиболее низкие температуры воздуха зимой в Забайкалье, одна ко, при менее сильных ветрах, чем в других районах этой зоны. Ско рость ветра зимой на западе этой зоны составляет в среднем 5-6 м/сек и постепенно повышается от запада на восток. Сильные ветры и снежные бури наблюдаются зимой в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. Количество осадков, выпадающих зимой в данной зоне, раз лично. Этим определяется различная высота снежного покрова (30- см).

III климатическая зона характеризуется умеренно холодной зимой. В холодный период года на этой территории бывают оттепели, особенно в западных и центральных районах европейской территории России. В отдельные периоды наблюдаются понижения температуры, которые в ряде районов достигают от минус 35 до минус 40 0С и ниже.

В зимний период года наблюдаются ветры. Скорость ветра зи мой составляет 4-5 м/сек, однако наблюдается и повышение скорости ветра до 7-8 м/сек. Скорость ветров и частота их повторяемости по вышаются с востока к западу указанной зоны. Влажность воздуха зи мой выше, чем во II зоне и повышается от востока к западу, от мате рика к побережьям морей.

Наряду с характеристикой основных климатических зон, ука занных в таблице 2.2, в которых требуется утепленная обувь для нос ки зимой, следует дать краткую характеристику IV климатической зо ны. В этой зоне хотя и не требуется теплой специальной одежды и обуви зимой, но в связи с большой влажностью воздуха и почвы мо жет наблюдаться значительное охлаждение ног.

IV климатическая зона характеризуется мягкой (район А) и очень мягкой (район Б) зимой. Средняя температура января (в районе А) составляет от 0 до минус 50С. Снежный покров неустойчив, и про должительность времени со снежным покровом в году изменяется от 20 до 60-100 дней. Специфические условия носки обуви в этих рай онах создаются частыми оттепелями и обводненностью почвы зимой, значительной сыростью грунта при большом количестве осадков в пе реходные периоды (особенно осенью).

Специфические условия каждой среды неодинаково влияют на организм человека. Поэтому рассматривать специфические условия среды следует отдельно, чтобы выявить особенности требований к защитным свойствам обуви.

В различных климатических условиях температура нижних конечностей человека колеблется в больших интервалах, значительно превышая диапазон колебаний температуры тела.

В тех районах, где морозы чередуются с оттепелями, влажная вязкая почва или мокрый снег интенсивно охлаждают стопу при про мокании обуви. В этих условиях с поверхности обуви вытесняется по граничный слой воздуха, который играет положительную роль в эко номии тепла организмом. Основное требование к конструкции обуви для первых трех климатических зон – предохранение ног от переох лаждения.

Таким образом, определение основных требований к теплоза щитным свойствам обуви позволит разработать рациональный ассор тимент обуви для населения, проживающего в различных климатиче ских условиях.

2.2 Человек в условиях холода Жизнедеятельность человека неотрывно сопряжена с тесным контактом с окружающей средой. Чрезмерные тепло и холод оказы вают на него негативное действие, а порой и становятся причиной, ко торая препятствует нахождению человека в этих условиях. Охлажде ние организма в процессе производственной деятельности приводит к снижению работоспособности человека, что может быть вызвано не достаточными или избыточными свойствами одежды и обуви. Угроза потери работоспособности может исходить и из-за чрезмерного нако пления тепла или его дефицита в организме человека [7,66,64,80,23].

При нахождении человека в среде, имеющей температуру, от личную от температуры тела человека, между его организмом и окру жающей средой происходит постоянный теплообмен. Влияние внеш ней среды вызывает в организме ответные физиологические реакции, способствующие поддержанию наиболее благоприятных для него ус ловий.

Стабильная температура внутренних жизненно важных орга нов при изменениях температуры внешней среды сохраняется благо даря присущим организму физиологическим механизмам, регули рующим образование и отдачу тепла, – химической и физической терморегуляции. Химическая терморегуляция является основной [26, 64]. Она базируется на изменениях обменных процессов, происходя щих в мышцах (в результате произвольных и непроизвольных сокра щений) и во внутренних органах. У обнаженного человека в покое прирост обменных процессов при понижении внешней температуры на 1°С составляет около 10%, а при интенсивном охлаждении он мо жет возрасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена. Раз личные виды сократительной деятельности мышц дают следующий прирост теплопродукции (в % к основному обмену):

терморегуляторный тонус 30- дрожь физическая работа Теплопродукция человека определяется в зависимости от вы полняемых им видов работ и измеряется в ваттах, причем различается в зависимости от возраста, как для мужчин, так и для женщин, что представлено в таблице 2.3 [50].

Т а б л и ц а 2. Теплопродукция человека (Вт) в зависимости от возраста и пола Возраст Мужчины/ Женщины/ Возраст Мужчины Женщины в годах Мальчики Девочки в годах 4-8 61,5 57,2 20-30 45,56 41, 8-12 56,2 53,5 30-40 44,66 40, 12-16 52,1 46,17 40-50 42,68 41, 16-18 49,54 43,03 50-60 41,26 38, 18-20 46,57 42,33 60-70 40,3 37, Рассматривая физическую работу как источник теплопродук ции, нельзя не отметить ее малую эффективность, т.к. большая часть энергии здесь расходуется на механическую энергию. При физиче ской работе усиливается приток крови к работающим мышцам, в ре зультате усиливается теплоотдача (в 2-3 раза) и ухудшаются тепло изолирующие свойства тканей [50].

Наиболее эффективным источником теплопродукции является терморегуляторный тонус и дрожь. Они характерны для относительно умеренного охлаждения. Интенсивность его коррелирует с величиной холодового воздействия. При тонусе имеет место незначительный приток крови к мышцам, в связи с чем теплоизоляция тканей практи чески не меняется. Кроме того, локализация тонуса в определенных областях тела (шея, голень) исключает значительные потери тепла в результате влияния «продольного градиента» температур [50].

При более сильном охлаждении к тонусу присоединяется дрожь, которую можно рассматривать как приступ озноба, причем он может быть различным: от очень слабого до очень сильного. Следует подчеркнуть, что при появлении дрожи терморегуляторный тонус не исчезает. К.П. Иванов установил [50], что он проявляется в промежут ках между приступами дрожи, как бы заполняя появившиеся паузы.

Во время дрожи не совершается внешней работы, и вся энергия мы шечного сокращения переходит в тепло. Энергетически интенсивная холодовая дрожь эквивалентна работе средней тяжести.

Дрожь концентрируется в мышцах проксимальных отделов те ла и не распространяется на периферию. При ее возникновении воз растает кровоток в мышцах, что приводит к увеличению теплопро водности тканей, расположенных над дрожащими мышцами, а, следо вательно, к повышению теплоотдачи в окружающую среду. В резуль тате снижается эффективность дрожи как источника теплопродукции.

Процессы образования тепла в мышцах и во внутренних орга нах протекают параллельно, однако, в случае острых холодовых реак ций на первый план выступают мышцы, которые компенсируют ох лаждение организма повышенной продукцией тепла. В условиях от носительного покоя основную часть тепла продуцируют внутренние органы.

Т а б л и ц а 2. Коэффициенты теплопроводности по В.Байеру Вт/(м·К) Коэффициент теплопроводности Ткани человека по В.Байеру, Вт/(м·К) Кожа (при слабом кровотоке) 0, Кожа (при сильном кровотоке) 0, Мышцы (в отсутствие кровотока) 0, Мышцы (при нормальном кровотоке) 0, Мышцы (при сильном кровотоке) 0, Изолированная кожа (эпидермис) 0, Теплосодержание организма претерпевает весьма заметные колебания вследствие неравенства теплопродукции и теплоотдачи.

Образующееся в «ядре» тепло путем конвективного переноса кровью и проведения тепла тканями подводится к «оболочке». Оба процесса теплопередачи осуществляются одновременно. Основную транспорт ную роль в процессе передачи тепла играет конвективная теплопере дача. Второй путь проведение менее значительно, так как тепло проводность тканей (в отсутствии кровотока) сравнительно невелика [64].

Как видно, процессы теплопередачи в тканях в первую оче редь зависят от их кровоснабжения. Кожа и мышцы при слабом кро вотоке по теплопроводности отличаются друг от друга на 0, Вт/(м·К). Теплопроводность кожи при сильном кровотоке (по сравне нию с малым) увеличивается почти в 5 раз, в то время как теплопро водность мышц всего на 36%. Это указывает на то, что перенос ос новной доли тепла на поверхность происходит за счет кровотока.

Остановимся несколько подробнее на важных с точки зрения теплообмена особенностях кровообращения в конечностях. По дан ным Clara (1939), количество артерио-венозных анастомозов состав ляет на 1 см в ногтевом ложе 500, в кончике пальцев 236 и в про ксимальной фаланге 93. Таким образом, в конечностях создаются условия для противотока в рядом расположенных артериях и венах.

«Противоточная система» играет существенную роль в теплообмене конечностей, так как стенка вены обогревается тесно прилегающим к ней теплым артериальным стволом. Поэтому даже при существенном охлаждении конечностей в центральные части поступает сравнитель но теплая кровь, и температура ядра не снижается [7].

Процессы теплопередачи в тканях и теплоотдачи в окружаю щую среду можно выразить количественно. А. Бартон и О. Эдхолм [7] в соответствии с законом Ньютона представляют эти потери следую щим образом:

H Tk TB = (2.2), S I0 + I B где H теплоотдача, Вт;

S поверхность тела, м;

Tk температура кожи, °С;

TB температура воздуха, °С;

I 0 теплоизоляция одежды;

I B теплоизоляция воздуха.

Эта формула правомерна для условий, когда испарение, как один из путей теплоотдачи, отсутствует. Отдаче тепла во внешнюю среду предшествует процесс его поступления от «ядра» к «оболочке»

тела. Этот процесс складывается из теплопроводности самих тканей и переноса тепла кровью. Отношение наружного градиента температу ры (T"оболоч." Т среды ) к внутреннему градиенту (T" ядра." Т "оболоч." ) получило название «индекса циркуляции тепла» [7]. Это отношение определяется в первую очередь интенсивностью потока крови от «яд ра» к «оболочке». Последняя как бы приспосабливается к условиям среды, меняя свою толщину за счет изменения кровотока, а, следова тельно, и теплоизолирующие свойства, включая в себя то более, то менее глубоко расположенные ткани.

По расчетным данным, с поверхности стоп и кистей, состав ляющей около 10% общей поверхности тела, должно отдаваться более половины всего тепла, образующегося в организме. Однако благодаря физической терморегуляции этого не происходит. В случае, когда температура кожи кисти при комнатной температуре снижается до 25°С, теплоотдача не становится больше, чем при температуре 28°С (температурный градиент равен 6°С). При температуре окружающего воздуха – 2°С кожная температура кисти может снизиться до 16°С и теплоотдача в этом случае увеличится не в 6, а только в 3 раза по сравнению с первоначальной (при 28° С). В результате сосудистых реакций может возникнуть весьма высокий градиент температур меж ду «ядром» и «оболочкой» – так называемый поперечный градиент, максимальная величина которого может достигать 12-15°С. В литера туре отмечается, что наибольшее сужение сосудов «оболочки» на столько же повышает теплоизоляцию «ядра», насколько обычный костюм повышает теплоизоляцию кожной поверхности.

Кроме поперечного градиента существует продольный, кото рый особенно хорошо выражен в области конечностей. На этих участ ках тела перенос тепла осуществляется в основном не кондукцией, как это имеет место в случае поперечного градиента, а путем переноса его с кровью. Физиологическое значение продольного градиента в созда нии необходимой теплоизоляции организма огромно. Несмотря на то, что в зависимости от температуры окружающей среды меняется ин тенсивность кровообращения в сосудах конечностей, существующий физиологический механизм терморегуляции регламентирует поступ ление к ним охлажденной артериальной крови и тем самым повышает теплоизолирующие свойства тканей этих участков тела. Отсюда ясно, насколько более изменчива теплоизоляция, создаваемая тканями ко нечностей, по сравнению с теплоизоляцией туловища и сколь право мерно положение о том, что конечности являются теми областями, где физическая терморегуляция наиболее совершенна. Другими словами, значение продольного градиента намного выше поперечного[64].

Но важно знать не только характер и степень воздействия на организм отрицательных температур, но и предельные возможности человека переносить эти воздействия. Субъективным пределом пере носимости холода человеком, находящимся в покое, следует считать жалобы на общее охлаждение. Доминирующими являются неприят ные ощущения в области дистальных отделов конечностей (стоп, кис тей). Субъективным пределом при выполнении тяжелой физической работы являются в первую очередь болевые ощущения в дистальных отделах конечностей. Жалобы на общее охлаждение при этом обычно менее выражены. Пределы переносимости холодового воздействия указаны в таблице 2.5 [2].

Т а б л и ц а 2. Пределы переносимости холодового воздействия в покое и при физической работе Тяжелая Показатели Покой физическая ра бота СВТ кожи, С 21,4-23,5 20,6-23, Температура тела, С 36,8 37, Дефицит тепла, кДж 838,0-938,8 628,5- Теплопродукция, Вт 216,0-251,0 – Температура кожи кистей С 13,4-14,9 9,7-12, Температура кожи стоп, С 16,8-16,9 17,7-23, В случае постепенного нарастания дефицита тепла в организ ме в связи с превышением отдачи тепла над теплопродукцией процесс охлаждения ног носит фазовый характер. Если на начальной стадии охлаждения тепловое состояние организма еще не нарушается, хотя отмечается начало снижения температуры тканей и активная деятель ность компенсаторных терморегуляторных механизмов только разви вается, то на следующей стадии охлаждения тела четко проявляются вазомоторные реакции и колебания температуры кожи ног. При этом колебания температуры кожи более заметны на большом пальце, по дошве, тыльной части стопы при выполнении человеком физической работы. Меньше заметны колебания средневзвешенной температуры кожи стопы человека, находящегося в состоянии относительного по коя. После прекращения охлаждения организма и обогрева темпера тура кожи стопы ног восстанавливается. На дальнейших стадиях ох лаждения ощущается недостаточность компенсаторных терморегуля торных функций организма, постепенно усиливается травмирующее действие холода. Охлаждение конечностей до такой степени недопус тимо, а повторные охлаждения ног способствуют возникновению про студных заболеваний. Еще большее охлаждение стопы, усиливающее травмирующее действие холода, постепенно приводит к отмороже нию ног. Температуру кожи большого пальца 15-17С рассматривают как условную нижнюю границу второй стадии охлаждения стопы [58].

Рассмотрев физиологические процессы охлаждения, перейдем к анализу взаимоотношений «оболочка» – окружающая среда, т.е.

процессов, связанных с потерей тепла.

2.3 Характер охлаждения стопы человека в условиях холода Окружающей средой для человека в одежде и обуви являются воздух, твердый грунт или снег и вода. Отдельные участки ног чело века могут находиться в контакте с любой из указанных сред.

В условиях холода, при разнице между температурами тела человека и окружающей средой, происходит непрерывный теплооб мен, переход тепловой энергии от тела человека в окружающую сре ду. При быстро меняющихся условиях внешней среды и режиме фи зической нагрузки поддерживать состояние тепловой уравновешенно сти практически невозможно.

Процесс охлаждения стоп сопровождается появлением у нос чиков обуви различных тепловых ощущений [58]. Данные таблицы 2. демонстрируют общий характер охлаждения ног в обуви, эксплуати руемой при пониженных температурах.

Т а б л и ц а 2. Оценка теплоощущений носчиков обуви при различном времени охлаждения, % от количества ответов Тепловое сопротивление Время охлаждения, мин Оценка обуви, м·С/Вт теплоощущения ' Pсум PB PH 30 60 90 Тепло 15 – – – Комфортно 77 31 – – Прохладно 0,26 0,18 0,34 8 69 46 Холодно – – 54 Очень холодно – – – Тепло – – – – Комфортно 93 21 – – Прохладно 7 58 21 – 0,15 0,13 0, Холодно – 21 65 Очень холодно – – 14 Тепло 13 – – – Комфортно 74 40 – – Прохладно 0,22 0,18 0,26 13 53 53 Холодно – 7 47 Очень холодно – – – Результаты исследований подтверждают, что предельно до пустимая критическая температура стопы должна быть 25-29С. При этой температуре примерные температуры кожи большого пальца со ставляли 18-20 С, средней части подошвы – 21-22С и тыльной сто роны стопы – 28-30С.

Представляет интерес данные о предельно допустимом време ни нахождения человека в обуви при различных температурах внеш ней среды (таблица 2.7) [58].

Из данных таблицы 2.7 видно, что по мере снижения темпера туры окружающего воздуха фактическая теплозащитная способность единицы теплового сопротивления обуви уменьшается. Увеличение теплового сопротивления обуви становится малоэффективным при очень низких температурах внешней среды.

Физиолого-гигиенические испытания позволяют выявить влияние на тепловое состояние ног не только суммарного теплового сопротивления обуви, но и различных конструкций верха и низа обу ви.

Т а б л и ц а 2. Время охлаждения стопы, мин., до температуры кожи большого пальца 18С в обуви с различными суммарными тепловыми сопротивлениями Температура воздуха в закрытом помещении, 0С Суммарное те пловое сопро тивление обу- -10 -20 -30 -40 - ви, м2*0С/Вт 0,09 30 20 10 - 0,18 60 40 35 30 0,26 90 50 60 55 0,35 110 90 70 65 0,45 - 105 90 75 0,53 - - 105 90 0,62 - - 115 95 0,71 - - - 100 0,80 - - - 105 0,88 - - - 106 1,00 - - - 108 Закономерность изменения температуры кожи стопы при ох лаждении может быть представлена на полулогарифмических графи ках, если на них наносить не температуру кожи стопы, а разность ме жду температурами кожи стопы и окружающего воздуха. При этих условиях рассматривается передача тепла через систему материалов обуви и далее во внешнюю среду. Такой подход позволил увидеть, что закономерность изменения температуры кожных покровов выражает ся прямой, причем температура в отдельные моменты времени колеб лется около прямой, поэтому данная закономерность может быть вы ражена линейной зависимостью. Однако известно, что линейной зави симостью на полулогарифмических графиках выражается экспонен циальное изменение температуры во времени, а это в свою очередь подтверждает предположение о том, что отдача тепла телом человека во внешнюю среду описывается закономерностью, близкой к закону Ньютона.

Приведенные данные подтверждают возможность и целесооб разность применения метода математического описания процесса из менения теплового состояния стопы человека для определения темпе ратуры кожи стопы при носке обуви в определенных метеорологиче ских условиях.

2.4 Оценка теплового состояния человека в теплозащитной обуви Чем сильнее неблагоприятное воздействие окружающей сре ды, тем большей защитной способностью должна обладать обувь. По этому теплозащитные свойства обуви имеют исключительное значе ние для тепловой защиты ног и создания при пониженных температу рах окружающей среды нормального теплового состояния всего орга низма.

Теплозащитные свойства обуви зависят от метеорологических условий. Показатели теплозащитных свойств, особенности конструк ции обуви зависят от ее целевого назначения, интенсивности выпол няемой физической работы. Судить об этих показателях позволяют данные, характеризующие тепловое состояние человека в указанной обуви, характер его ответных реакций на воздействие окружающей среды [109].

В условиях холода, при разнице между температурами тела человека и окружающей среды, происходит непрерывный теплооб мен, переход тепловой энергии от тела человека в окружающую сре ду. При изучении процесса перехода тепла от стопы человека к внут ренней поверхности обуви стопу можно рассматривать как тело с бо лее высокой температурой, отдающее тепло. Температура кожного покрова стопы определяется соотношением количества поступающего к ней (регулируемого организмом) тепла и интенсивности отдачи его в окружающую среду при определенной теплоизоляционной способ ности обуви и ее конструктивных элементов (верха и низа, утепления отдельных участков обуви). Температура кожи на разных участках стопы изменяется во времени.

В низкотемпературных районах выделяют территорию, на ко торой утепленная обувь, применяемая в северо-восточных районах страны, не обеспечивает необходимых теплозащитных свойств. Это территория с особо низкой температурой, где сильное охлаждение стопы обусловлено сочетанием низкой температуры воздуха (до – 40С) с сильным ветром (до 40 м/с). Неблагоприятное влияние этих условий на стопу больше, чем влияние температуры до – 60 0С при скорости ветра до 2м/с. Температура стопы на открытом воздухе в первом случае может понизиться до 5С.

Нарушение кровотока нижних конечностей резко сказывается на общем теплообмене, поэтому в условиях низких температур (от минус 50 до минус 70) обувь должна обеспечивать естественную под вижность стопы. Лучшей защитной обувью в этих условиях многие считают местную обувь типа мягких сапог из меха взрослого оленя (торбаса, комусы) и внутренние чулки из меха молодого оленя- пыжи ка.

Высокие теплозащитные свойства обуви этих видов объясня ют строением волоса оленьего меха, внутри которого находится воз дух. Благодаря этому тепло стопы сохраняется даже и в ветреную по году при низкой температуре. Тонкая плотная кожевая ткань оленьего меха сохраняет гибкость обуви при очень низкой температуре, при которой овчина становится ломкой.

Развитие производства синтетических и искусственных мате риалов с заданными свойствами открыли широкую перспективу для разработки конструкций обуви с теплозащитными свойствами, значи тельно превышающими теплозащитные свойства всех видов обуви, применяемых в этих условиях.

В высокогорных районах (более 2000м. над уровнем моря) с пониженным парциальным давлением кислорода и пониженной тем пературой воздуха наблюдается повышенная чувствительность чело века к холоду из-за кислородного голодания. На высоте 3000м. над уровнем моря температура стопы понижается на 3-5 0С. В этих усло виях обувь и одежда должны быть максимально облегчены и утепле ны.

К наиболее важным характеристикам метеорологических ус ловий, влияющих на человека, которые следует учитывать при разра ботке требований к материалам и конструкции обуви, предназначен ной для носки в зимний период, необходимо отнести температуру воздуха, скорость ветра, атмосферные осадки. Такие показатели, как давление и влажность воздуха, в обычных условиях имеют второсте пенное значение, однако при большой влажности воздуха заметно по вышается равновесная влажность материалов обуви и их теплопро водность.

Мокрый снег или тающий лед создает условия высокой тепло отдачи от поверхности обуви во внешнюю среду и может приводить к значительному охлаждению стопы человека в обуви. Поэтому, при носке обуви в зимних условиях (при наличии снега) должна быть ис ключена возможность попадания снега внутрь обуви через верхний край или шнуровку. Снег не должен прилипать к поверхности обуви или забиваться в ворс, так как при входе в теплое помещение снег тает и увлажняет обувь.

В период напряженной терморегуляции отмечается более ин тенсивное кровообращение в конечностях, чем в других частях тела, поэтому целесообразно вносить поправки в указанные характеристи ки.

Так как обувь является защитным барьером между стопой че ловека и окружающей средой, она снижает неблагоприятное воздей ствие среды, облегчает организму возможность через систему термо регуляции обеспечить нормальные или комфортные условия для че ловека.

В холодное время года обувь используют с внутренней обу вью: носками, колготками. Часто применяют специальные утеплите ли, входящие в комплект обуви. Таким образом, пространство между стопой и обувью всегда заполнено прослойками из волокнистых мате риалов (трикотаж, текстильные, нетканые или войлочные материалы, натуральный или искусственный мех и др.). Структура этих материа лов включает в себя большое количество воздушных ячеек, пор и про слоек. Между стопой и этими материалами, между слоями материа лов, а также между поверхностью материалов и внутренней поверхно стью обуви образуются воздушные прослойки различной толщины и протяженности, изменяющиеся при передвижении человека и при его покое. Степень сжатия материалов внутренней обуви изменяется. Ма териалы могут увлажняться потом, при этом влага вытесняет воздух из ячеек и даже заполняет отдельные поры и капилляры. Тогда пере нос тепла сопровождается влагопереносом.

При выборе обуви по размерам стоп обращается внимание так же на то, чтобы обувь была впорной. Вместе с тем замеры линейных размеров стопы и размеров применяемой обуви указывают на то, что это условие не всегда соблюдается.

При носке обуви, размеры которой не учитывают толщину внутренних утеплителей, происходит сдавливание кровеносных сосу дов, затрудняется кровообращение, т.е. результат противоположен тому, который ожидают получить от применения внутренних утепли телей.

Таким образом, передача тепла от стопы к обуви является сложным процессом в связи с различной степенью соответствия фор мы обуви, стопам разных людей, наличием воздушных прослоек при неодинаковой степени сохранения их в носке. Поэтому сложность системы материалов и воздушных прослоек обуви привела к необхо димости использовать в практических расчетах упрощения, при кото рых тепловые свойства внутренней обуви рассматриваются и оцени ваются отдельно и учитываются при последующих расчетах общего показателя теплозащитных свойств обуви.

При нахождении человека в спокойном состоянии, после ноч ного сна температура кожи стопы выравнивается с температурой ко жи на других участках тела. Днем, при нахождении человека в спо койном состоянии, сидя, стоя или при выполнении легкой работы да же при комнатной температуре в результате теплообмена с окружаю щей средой температура кожного покрова стопы снижается и различ на на разных ее участках. Наиболее высокая температура наблюдается на голени тыльной стороны стопы;

более низкая – на подошве и еще более низкая – на отдаленном участке – опорной подушечке большого пальца. Указанное обстоятельство послужило основанием для иссле дования температуры именно на этом участке, по которому можно су дить о тепловом состоянии стопы, учитывая температуру кожного по крова стопы и на других ее участках (тыльной стороне, подошве).

2.5 Теплообмен обуви с внешней средой Теплообмен у наружной поверхности обуви обычно рассмат ривается как процесс переноса тепла от поверхности тела во внеш нюю среду и наоборот. При соприкосновении с воздухом тепловая энергия частиц твердого тела первоначально путем теплопроводности передается тем частицам воздуха, которые соприкасаются с поверхно стью тела. Через некоторый интервал времени температура приле гающего к телу слоя воздуха повышается. Таким образом, вблизи тела образуется пограничный слой воздуха, имеющий более высокую тем пературу. Так как более теплый воздух обладает меньшей плотно стью, то на некотором расстоянии от поверхности тела возникают конвективные токи, перемещающие отдельные объемы воздуха, т.е.

передача тепла осуществляется путем конвекции.

Размеры пограничного слоя воздуха, условия его существова ния и разрушения зависят от свойств и состояния газообразной среды, температуры тела, состояния поверхности, геометрических размеров, формы тела и расположения его в пространстве.

Одновременно с передачей тепла конвекцией от нагретой по верхности тела тепло передается излучением. Интенсивность процес са зависит от температуры тела, а также от температуры и свойств воспринимающих тепло предметов, особенностей отдающей тепло поверхности тела. Такими путями происходит отдача тепла от наруж ной поверхности верха обуви.

На участках плотного контакта поверхности обуви с твердыми частицами грунта (при стоянии или ходьбе человека) происходит пе ренос тепла теплопроводностью. На участках низа обуви, не соприка сающихся с грунтом (например, в геленочной части обуви), тепло в воздух отдается теплопроводностью, конвекцией и излучением. Об щая отдача тепла от поверхности низа может условно характеризо ваться эквивалентным коэффициентом теплоотдачи, учитывающим как теплопроводность на участках плотного контакта низа с грунтом, так и отдачу тепла на участках, не имеющих с грунтом плотного кон такта. Общий эквивалентный коэффициент теплоотдачи от поверхно сти низа определяется как средневзвешенный коэффициент теплоот дачи в грунт и воздух с учетом площади контакта с грунтом и окру жающим воздухом.

Отдача тепла конвекцией При естественной конвекции при повышении температуры воздуха увеличивается длина свободного пробега молекул и темпера тура пограничного слоя, уменьшается плотность воздуха, вследствие чего на некотором расстоянии от поверхности тела возникают конвек тивные потоки воздуха [58,91]. Отдача тепла конвекцией поверхно стью тела, имеющей температуру Tп, в газообразную среду, имею щую более низкую температуру Tc, определяется законом Ньютона qk = k (Tп Tc ), (2.3) где qk плотность потока тепла, теряемого за счет конвекции единицей поверхности тела в единицу времени;

k коэффициент теплоотдачи конвекцией;

Tп Tc разность температур поверхности тела и среды (воздуха).

Теплопотери единицы поверхности тела dS за момент време ни находят по зависимости Q k = k (T п Tc ) dS. (2.4) Принято полагать, что вся сложность процесса теплоотдачи конвекцией характеризуется основной величиной – коэффициентом теплоотдачи, представляющим собой сложную функцию большого числа параметров, влияющих на процесс теплообмена, k = (Tп, Tc, в, в, aв, C р.в., в, g, Ф), (2.5) где Ф совокупность параметров, характеризующих форму, строение и размеры тела. Коэффициент объемного расширения газов 1 = = (2.6).

Tc tc + Физические параметры для воды обычно берут из таблиц.

Многочисленные исследования привели к выводу о том, что решающее влияние на процесс естественной конвекции имеют физи ческие свойства воздуха и температурный напор T = Tп Tc между телом и средой. Конфигурация тела имеет меньшее значение.

Теоретически определить зависимость между всеми парамет рами удается лишь для простых случаев теплоотдачи при известных допущениях и упрощениях. По этой причине результаты расчетов не редко существенно отличаются от данных опыта. Поэтому единствен ным надежным средством для выяснения зависимости теплоотдачи от различных параметров является эксперимент. Обычно уменьшают число исследуемых параметров на основе теории подобия с использо ванием безразмерных комплексов или критериев подобия.

Из работ [16,17,82,91], известно, что явления естественной конвекции характеризуются следующими критериями:

k L критерием Нуссельта Nu =, L критерием Грасгофа Gr = g (Tп Tc ), критерием Прандтля Pr =, a где L характерный (определяющий) геометрический размер тела.

k от разных факторов выражается кри Общая зависимость териальным уравнением Nu = F (Gr Pr). (2.7) При теплообмене, подчиняющемся закону степени, k рас считывается по формулам:

для вертикально ориентированной поверхности, цилиндрической по верхности и сферы k = A3 (Tп Tc ) ;

3 (2.8) для горизонтально ориентированной поверхности с верхней нагретой стороной k = 1,3(Tп Tc ) ;

3 (2.9) для горизонтально ориентированной поверхности с нижней нагретой стороной k = 0,7 A3 (Tп Tc ). (2.10) В коэффициент A3 вошли все физические параметры среды m A3 = 0,135( в g (2.11) Pr) m.

m Формула (2.8) пригодна для вычисления k при теплоотдаче от тел разной формы, т.е. возможно ее использование для приближен ного вычисления k для обуви.

Отдача тепла излучением Всякое нагретое тело часть своей энергии отдает в окружаю щее пространство в виде электромагнитных волн – излучением, или радиацией. В окружающем пространстве, заполненном воздухом и водяными парами, часть энергии излучения поглощается. Если на пу ти теплового излучения встречается другое тело, то тепловая энергия частично поглощается этим телом, частично отражается и частично может проходить сквозь тело.

Теплоотдача излучением подчиняется закону Стефана:

H = E (T 4 TB4 ), (2.12) где E константа, зависящая от природы поверхности, более или ме универсаль нее приближающейся к «абсолютно черному телу», ная константа Стефана и, следовательно, пропорциональна разнице четвертых степеней абсолютных температур тела человека и среды.

Однако, в условиях охлаждения тела одетого человека отклонение от линейной зависимости теплоотдачи от разности температур организма и среды невелико – около 5% [7]. По мере снижения внешней темпе ратуры, как мы увидим далее, падает и доля теплоотдачи излучением (по сравнению с теплопроводностью и конвекцией).

Одновременная отдача тепла излучением и конвекцией А.В. Лыков [75] предложил формулу учета одновременной от дачи тепла излучением и конвекцией. Если температура окружающей среды и температура воспринимающего тепло тела одинаковы, а ко эффициент поглощения лучей воздухом очень мал, то величина пере даваемого потока тепла может быть найдена по формуле, отражающей закон Ньютона:

q = (Tп Tc ). (2.13) Здесь Tп температура теплоотдающей поверхности;

Tc температура окружающей среды;

= k + T суммарный коэффициент теплообмена;

k коэффициент теплоотдачи конвекцией;

T коэффициент лучистого теплообмена.

2.6 Методы прогнозирования теплозащитных свойств изделий Первые приборы для определения теплопроводности обувных материалов были созданы работниками Центрального научно исследовательского института кожевенно-обувной промышленности (ЦНИИКПа) и УкрНИИКПа [58], а затем И.Г. Манохиным и Е.Н. Чу нихиной [81] исследованы тепловые свойства основных обувных ма териалов на приборе Всесоюзного теплотехнического института спе циальными методами и на приборах, разработанных авторами.

В ЦНИИКПе М.Г. Любичом [78] и Ю.Л. Кавказовым [53] соз даны методы оценки тепловых свойств обувных материалов и конст рукций обуви при нестационарном теплообмене. В работах ЦНИИКП впервые показана возможность использовать условия теплообмена в регулярном тепловом режиме для оценки теплозащитных свойств обуви.

Е.А. Мирошниковым [78] исследована теплопроводность обувных материалов и влияние на этот показатель различных факто ров.

А.И. Саутиным [96] при изучении гигиенических свойств ис кусственных материалов и обуви из них установлена связь между ла бораторными показателями теплозащитных свойств обуви и теплопо терями человека, реакциями организма, определяемыми физиолого гигиеническими испытаниями обуви.

Принцип работы первых приборов для оценки теплозащитных свойств обуви, изготовленных В. Бахманом, А.Д. Астафьевым, Г.А.

Казаковым, П.В. Рамзаевым и П.Е. Калмыковым [58], основан на ста ционарном теплообмене. В обувь, испытываемую на приборах, вкла дывается ядро, форма которого примерно соответствует форме обуви.

В ядро помещены электронагреватель и термопары для измерения температуры ядра в обуви. Температура внешней среды поддержива ется постоянной. После нагревания ядра до температуры выше темпе ратуры внешней среды тепло от ядра передается через обувь во внеш нюю среду. Мощность электронагревателя, а, следовательно, и коли чество выделяемого тепла регулируются до тех пор, пока система не достигнет режима стационарного теплообмена. Оценка теплозащит ных свойств осуществляется по одному из нижеуказанных способов:

а) по абсолютному количеству тепла Q, передаваемому через обувь во внешнюю среду в единицу времени:

Q = K сум S об (Tя To ), (2.14) где K сум суммарный коэффициент теплопередачи;

S об об щая внутренняя поверхность обуви;

(Tя To ) разность температур ядра и внешней среды;

б) по относительному охлаждению, т.е. по отношению количе ства тепла, отдаваемого поверхностью обуви в окружающую среду, к количеству тепла, отдаваемого от поверхности ядра, когда на него не надета обувь, выраженному в процентах;

в) по сопоставлению величин Q для двух сравниваемых видов обуви, один из которых является эталоном.

К приборам, предназначенным для экспериментального изуче ния теплового сопротивления обувных материалов и пакетов из них, реализующим принцип стационарного теплового режима, следует от нести прибор, созданный на кафедре товароведения промышленных товаров МИНХ имени Плеханова [77]. Для снятия изотерм и одно временного контроля постоянства теплового потока на поверхности исследуемого образца используются жидкокристаллические термоин дикаторы (ЖКИ) в виде термопленки, обладающие способностью из бирательно рассеивать свет в зависимости от температуры.

Жидкокристаллическая термоиндикаторная пленка, обладаю щая незначительной теплоемкостью, высокой чувствительностью к изменению температуры, обеспечивает высокую степень точности контроля температуры и постоянства теплового потока. Особенно стью прибора является и то, что теплоизолирующий корпус его вы полнен открытым, это позволяет проводить испытания в условиях, наиболее приближенных к эксплуатационным, одновременно опреде лять коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи и проводить по ним расчет суммарного теплового сопротивления. Использование ука занного прибора для измерения суммарного теплового сопротивления многослойных пакетов, моделирующих различные участки верха (но сок, союзка, задинка) позволило исследовать теплозащитную способ ность отдельных участков обуви и выявить ряд факторов, обусловли вающих неравномерность теплозащитных свойств поверхности обуви.

При нестационарном теплообмене теплозащитные свойства обуви оцениваются при регулярном тепловом режиме, теория которых разработана Г.Н. Кондратьевым [75, 110, 89]. При испытании в обувь закладывается специальное ядро, т.е. обувь с ядром, по существу, яв ляется бикалориметром.

В работе М.Г. Любича [78], ядром бикалориметра являлась де ревянная колодка, а в работе Ю.Л. Кавказова [53] – резиновая пусто телая колодка, заполненная водой. Температура ядра бикалориметра была выше температуры внешней среды, поэтому тепло от него через обувь передавалось во внешнюю среду. Скорость охлаждения ядра за висела от теплозащитных свойств обуви. Для регулярного теплового режима скорость охлаждения ядра выражалась через темп регулярно го охлаждения m, одинаковый для любой точки ядра бикалориметра и определяемый для двух моментов времени по формуле:

ln T1 ln T m= (2.15), 2 T2 разность температур ядра и внешней среды для где T1 и 2 1 интервал времени между момента двух моментов времени;

ми 2 и 1 замера температур.

В указанных работах определялись темпы регулярного охлаж дения обуви различных видов и ядра бикалориметра без обуви. О теп лозащитных свойствах обуви судили по отношению указанных тем пов регулярного охлаждения в процентах.

На наш взгляд, такое отношение, не выраженное через показа тели тепловых свойств, не может достаточно полно характеризовать теплозащитные свойства обуви, а метод не может быть принят для прогнозирования теплозащитных свойств обуви, так как ядро бикало риметра, выполненное в виде жесткой или полужесткой формы, не может обеспечить точного и плотного прилегания его поверхности к внутренней поверхности обуви.

А.И. Саутиным и Л.В. Кедровым [58, 96], а также П.Я. Ажев ским [1] были проведены комплексные физиолого-гигиенические ис пытания обуви, включающие в себя гигиеническую, санитарно химическую и токсикологическую оценку обуви и материалов, из ко торых она изготовлена, теплозащитные свойства обуви оцениваются носчиками в процессе эксплуатации. При испытаниях теплозащитных свойств обуви фиксируются показатели внешней среды и физиологи ческие реакции организма: температура тела и средневзвешенная тем пература кожного покрова стопы и отдельных ее участков, разница температур кожи на груди и на стопе;

снижение температуры кожи стопы во время опыта;

время, в течении которого снижается темпера тура кожи стопы до предельно допустимой, радиационно конвективные теплопотери (тепловые потоки) различных участков стопы;

электрическое сопротивление кожи, характеризующее интен сивность потоотделения стопы, привес внутренней обуви в результате увлажнения. Учет общего теплового состояния организма и его ответ ных реакций на охлаждающее действие внешней среды, а также пока зателей гигиенических свойств обуви дает достаточно полное пред ставление о теплозащитной способности обуви в условиях экспери мента, приемлемости ее с гигиенической точки зрения для носки в за данных условиях.

Л.В. Кедровым [58] создан метод, позволяющий оценивать суммарное тепловое сопротивление обуви, характеризующее его фак тическую теплозащитную способность, получить данные для расчета тепловых сопротивлений конструктивных элементов обуви – верха и низа, установить коэффициент теплоотдачи при различных состояни ях окружающей среды, учесть форму обуви и влияние деталей конст рукции на суммарный показатель теплозащитных свойств. Метод ос нован на теории регулярного теплового режима и испытан на различ ных видах обуви. Теплоносителем является ядро с нагретой водой, за полняющей тонкую резиновую оболочку – баллон, помещаемый в обувь. Результирующим показателем, характеризующим теплозащит ные свойства обуви, является полное суммарное сопротивление обуви R'сум :

R'сум = Rсум + Rn = Rсум + (2.16), об где Rсум – среднее тепловое сопротивление внутренней теплопро водности через систему материалов обуви;

Rn среднее поверхност ное тепловое сопротивление обуви;

об средний коэффициент теп лоотдачи на границе с внешней средой.

Показатели Rсум ', Rсум, Rn, об определяют при испытании обуви в условиях естественной конвекции и при очень большом ко эффициенте теплоотдачи.

В работе [49] производится оценка комфортности обуви по па раметрам внутриобувного микроклимата, а именно по температуре Tк к внутриобувного воздуха. Получены и относительной влажности к от вре аналитические и графические зависимости изменения Tк и мени носки обуви.

Проведенные эксперименты показали, что изменения темпера туры стопы, а также температуры и относительной влажности внутри обувного воздуха в зависимости от продолжительности непрерывной носки обуви всех вариантов имеют один и тот же характер в – начальный период все контролируемые параметры возрастают и при мерно через 1-1,5 ч носки достигают максимальных значений, после чего остаются примерно на достигнутом уровне независимо от про должительности носки.


В работе [24] с целью оценки теплозащитных свойств обуви разработаны новые методы определения, расчета и прогнозирования теплопереносных свойств обувных материалов. Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:

- теоретическое обоснование и практическая реализация мето дов экспериментального определения теплопроводности обувных ма териалов;

- изучение, систематизация и обобщение теоретических и экс периментальных данных по теплопроводности обувных материалов;

- разработка методов расчета и прогнозирования теплопровод ности обувных материалов в зависимости от структурных характери стик.

На наш взгляд, разработанные в указанных работах методы лабораторных испытаний позволяют достаточно точно оценивать и прогнозировать теплозащитные свойства обуви, проектируемой для определенных тепловых условий ее эксплуатации.

В работе указывается, что при определении числа видов обуви учитывается то обстоятельство, что носчики должны быть обеспечены обувью на все периоды носки: от переходного до крайне холодного, характерного для указанного района, т.е. каждый период носки требу ет определенной теплозащитной обуви. Указано, что потребное число видов обуви для человека может быть вычислено из отношения вре мени носки данного вида обуви к средней продолжительности служ бы, а число видов обуви в общем ассортименте и количество обуви каждого вида для одного человека может служить в качестве базового ассортимента для данного района. Также отмечается, что при опреде лении ассортимента обуви учитывается повышенный спрос на от дельные виды или модели обуви, а также уменьшенный спрос на дру гие ее виды. На наш взгляд, установление базового ассортимента для данного района должно служить базой для отработки рационального ассортимента обуви с теплозащитными свойствами, необходимыми для холодных периодов носки на определенный год.

Проведенный обзор по методам оценки теплозащитных свойств изделий позволяет сделать следующие выводы:

а) в настоящее время проблемы прогнозирования теплозащит ных свойств обуви и одежды достаточно хорошо изучены. Все эти ме тоды основываются или на стационарном или на нестационарном теп ловых режимах и позволяют производить усредненное прогнозирова ние теплозащитных свойств изделий, причем методы, основанные на нестационарном тепловом режиме, более тяготеют к теории регуляр ного теплообмена Г.М. Кондратьева;

б) во многих работах определяется выраженное в процентах отношение темпов регулярного охлаждения обуви различных видов и ядра бикалориметра без обуви, что не в полной мере характеризует теплозащитные свойства обуви ввиду отсутствия в этом отношении тепловых свойств материалов;

в) на наш взгляд, выработка рациональных принципов зональ ного утепления обуви должна вестись с учетом локального теплооб мена стопы человека в обуви с внешней средой наподобие того, как это сделано в работах Р.Ф. Афанасьевой для одежды, т. е. необходимо проводить локальное прогнозирование теплозащитных свойств.

2.7 Анализ имеющихся математических моделей оценки теп лозащитных свойств обуви при нестационарном тепловом процессе.

Уравнение теплообмена, происходящего между стопой чело века и окружающей средой, может быть выражено следующим обра зом:

M + R Q Qr Qe = ± D, (2.17) где M теплообразование стопы за счет кровообращения (Вт/м);

R внешняя тепловая нагрузка (солнечная радиация);

Q потери тепла конвекцией;

Qr потери тепла радиацией;

Qe потери тепла испарением;

D дефицит или накопление тепла в организме;

При носке обуви зимой испарение пота не имеет основного значения в терморегуляции, поэтому Qe часто принимается как часть Q + Qr :

Qe = K 0 (Q + Qr ). (2.18) Коэффициент K 0 меньше 1 А.Бартон и О. Эдхолм [7] счита ют, что K может быть равно 0,21.

При тепловом состоянии организма, когда теплообразование уравновешивается теплоотдачей (теплопотерей), создается тепловой баланс (D=0). При D0 тепло накапливается в организме, и теплосо держание и средняя температура тканей тела человека повышаются, а при D0 теплосодержание и средняя температура тканей снижаются.

Дефицит тепла D может быть установлен из следующего соотноше ния [7] mc d D= (2.19), S d где m масса тела;

с- средняя теплоемкость тканей человека;

S – d площадь поверхности тела;

– изменение средней температуры те d ла за интервал времени.

Отношение m / c является теплоинерционной характеристикой и для человека может быть вычислено по уравнениям, таблицам или номограммам, широко используемым в расчетах физиологами и ги гиенистами.

Основываясь на уравнении теплового баланса, Л.Д. Лебедевой в [58,67,68,69,70,71] построена математическая модель процесса охлаж дения стопы в обуви. Расчет средней температуры кожи стопы Tср.к производится по формуле:

(1+ K 0 ) (1+ K 0 ) ' mc µ 2 Pсум Q + mc mc µ1Pсум 1 e S µ1Pсум ' ' S, Tср.к = T0.ср.к e + TВ + (2.20) S (1 + K 0 ) где T0.ср.к начальная средняя температура кожи;

TВ температура окружающего воздуха;

время;

Q теплообразование стопы;

dT p K 0, µ1, µ 2 коэффициенты;

= скорость изменения внутрен d них тканей стопы;

Pсум полное суммарное тепловое сопротивление.

При получении данной математической модели было исполь зовано следующее представление для плотности теплового потока от стопы через обувь посредством конвекции и излучения:

Q + Qr Tср.к TВ = (2.21).

S Pсум Эта формула справедлива для стационарного процесса тепло обмена, когда температура кожи постоянна и не зависит от времени.

Поэтому математическая модель Л.Д. Лебедевой точнее описывает температуру кожи по истечении некоторого времени, когда распреде ление температуры в обуви будет близким к устоявшемуся.

По формуле (2.21) представляется возможность расчета сред невзвешенной температуры стопы, что не дает детального представ ления о ее локальном тепловом состоянии. Охлаждение голени, по дошвы, тыльной и носочной части стопы происходит с различной скоростью. Это зависит от различного теплообразования участков стопы за счет периферийной кровеносной системы, от пакета мате риалов, составляющих обувь, от различных коэффициентов теплоот дачи для различных участков поверхности обуви, от формы той или иной части поверхности обуви и т.д. Наиболее подвержена охлажде нию носочная часть стопы и может случиться так, что ее температура будет достаточно низкой, хотя средневзвешенная температура стопы будет в пределах допустимой нормы. Полное суммарное тепловое со противление в формуле (2.22) представляет собой совокупность теп ловых сопротивлений низа и верха, а также среднее поверхностное тепловое сопротивление обуви [99]:

1 PВ PН Pсум = Pсум + Pп = Pсум + = +, (2.22) PВ + Н PН SВ S SОб SОб где Pсум среднее тепловое сопротивление внутренней теплоотдаче через систему материалов обуви;

Pп среднее поверхностное тепло вое сопротивление обуви;

PН, РВ суммарные тепловые сопротивле ния верха и низа;

средний коэффициент теплообмена на границе с окружающей средой;

S В, S Н, SОб внутренние площади поверхности верха, низа и всей обуви.

Тепловое сопротивление низа будет неоднородно за счет раз личной толщины пакетов материалов, использующихся для изготов ления подошвы, а также при неплоской внешней части подошвы (на пример, наличие каблука) коэффициенты теплоотдачи различных час тей подошвы будут разными. Для верха обуви тепловые сопротивле ния носочной части, союзки, пяточной части или голенища также бу дут разные из-за использования различных пакетов материалов, фор мы, коэффициента теплоотдачи.

Для исследования процесса теплообмена между стопой и ок ружающей средой через обувь М.Н. Ивановым было использовано уравнение теплопроводности t ( x, ) 2t ( x, ) =a (2.23), x где t - потенциал переноса тепла (температура);

x - координата, по которой распространяется тепловой поток;

a - температуропровод ность;

- время.

Критерием комфортности выбирается температура контакта между стопой и обувью. Температура в зоне контакта t k будет изме няться в зависимости от термических свойств материалов конструк ции обуви, начальной температуры t k = t 0 (температура окружающей среды), температуры стопы tc и продолжительности контакта. В пер вый период температура в зоне контакта резко повышается от t0 до t k, а затем в зависимости от свойств материалов и начальной темпе ратуры изменяется по одному из следующих вариантов:

а) если потери тепла через обувь меньше количества тепла, вырабатываемого терморегуляторной системой организма, то темпе ратура в зоне контакта будет повышаться;

б) если потери тепла больше, чем выделения стопы, то t k сни жается, в этом случае рефлекторно сужаются кровеносные сосуды стопы, уменьшается приток крови, следовательно, тепла, в результате чего снижается температура стопы;

в) если потери тепла равны или близки количеству тепла, вы рабатываемого организмом, то температура контакта останется при мерно постоянной. Именно это состояние обеспечивает комфорт сто пе. Таким образом, в условия комфортности обуви входит как посто янство температуры самой стопы, так и постоянство температуры в зоне контакта стопы с обувью. При этом температура в зоне контакта не должна превышать температуры стопы.

Заготовка верха обуви в [49] представляется в виде полуогра ниченного тела 2 с уложенной на него бесконечной пластиной 1 тол щиной l1 из другого материала (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Расчетная схема для определения теплоотдачи заготовки верха обуви = 0 тем Предполагается, что в начальный момент времени пературы тела и пластины равны по всему объему и имеют величину t0. С момента 0 на поверхности x = 0 поддерживается постоян ная температура контакта t k. Математически задача описывается сле дующей системой уравнений:

t1 ( x;

) 2t1 ( x;

) = a1, 0 x l1 ;

x t 2 ( x;

) = a t 2 ( x;


), l x ;

x 2 начальные условия t1 ( x;

0) = t 2 ( x;

0) = t0 ;

граничные условия t1 (l1 ;

) 2 t2 (l1 ;

) x = ;

x t1 (l1 ;

) = t 2 (l1 ;

);

t (0;

) = t ;

1 k t 2 (;

) = t0.

Здесь t1,t 2 температура, 1, 2 коэффициенты теплопроводности, a1, a2 коэффициенты температуропроводности, 1 = b1, = b2 коэффициенты тепловой активно a1 a сти материалов соответственно пластины и тела.

Решение задачи имеет вид:

t1 ( x;

) x = erfc 2 a + tk t0 (2.24) 2nl + x 2nl x + h ( h) n 1 erfc 1 erfc 1 2 a ;

2 a h =1 1 a ( x l1 ) + ( 2n 1)l1 a t 2 ( x;

) (h) n 1 erfc =, t k t0 1 + n =1 2 a где = b2 / b1 и h = (1 ) /(1 + );

h 1.

Рассмотренная математическая модель теплообмена между стопой и окружающей средой через обувь предполагает неизменной температуру контакта t k стопы и обуви, т.е. стопа пребывает все время в комфортных условиях. В реальных условиях пребывания человека на холоде температура контакта как правило не остается постоянной, поэтому формула (2.24) не дает ответ на вопрос о предельном времени пребывания в условиях недостатка тепла. Также в постановке задачи теплоотдача с окружающей средой определяется только температурой t0 окружающей среды. Между тем плотность теплового потока с по верхности обуви в окружающую среду зависит, например, от скорости ветра, влажности воздуха, солнечного излучения и т.д., и часто выра жается законом Ньютона и соответствующим коэффициентом тепло отдачи. Стоит также отметить, что заготовка верха обуви рассматри вается как плоское тело без учета его конструктивных особенностей.

В работе О.Г. Арутюняна [4] для построения математической модели были использованы результаты [16] расчетов несимметрично го температурного поля в многослойной пластине. Математическая модель теплообмена в системе «стопа – обувь – окружающая среда»

представляется системой уравнений теплопроводности с краевыми условиями III рода:

2 i (i, F0 ) i (i, F0 ) = ki (2.25), i F где TC – температура окружающей среды;

T0 – температура внутриобувного пространства;

а – наименьшая температуропроводность из всех слоев;

– теплопроводность слоя с температуропроводностью а;

– толщина этого слоя;

at t – время;

F0 = - число Фурье;

xi i = – координата i-го слоя;

i i = – безразмерная толщина i-го слоя;

Ti ( xi, t ) температура i-го слоя;

Ti T i (i, F0 ) = – относительная температура i-го слоя;

Tc ai ki = - безразмерная температуропроводность;

a i hi = - безразмерная теплопроводность, i= 1, … n.

Начальное распределение температуры i ( i,0 ) = f i ( i ), i = 1,.., n.

Граничные условия 1 (0, F0 ) + Bi1 1 (0, F0 ) = 0, n ( n, F0 ) T T + Bin c 0 n ( n, F0 ) = 0, T n c где Bi1, Bin числа БИО.

Между слоями подошвы предполагается идеальный контакт, который выражается условиями сопряжения на стыках.

i 1 ( i 1, F0 ) = i (0, F0 ), i ( i1, F0 ) = hi i (0, F0 ), i = 2,...n.

hi i 1 i В [1] проведен расчет поля температур трехслойной заготовки верха при температуре окружающей среды –15°С и постоянной тем пературе внутриобувного пространства, равной 30°С. В такой поста новке задачи предположение о постоянстве температуры внутриобув ного пространства делает практически бесконечным время пребыва ния стопы в комфортных условиях и не дает возможности реального представления о предельном времени пребывании в обуви в условиях холода. Также следует отметить, что использование в модели только многослойной пластины сводит рассмотрение заготовки верха обуви только к плоскому случаю без учета формы этой заготовки.

Анализ рассмотренных математических моделей «стопа – обувь – окружающая среда» приводит к выводу о необходимости соз дания математической модели, с помощью которой можно будет рас считать зависимость температуры внутриобувного пространства от времени для различных участков стопы. Это даст возможность отве тить на вопрос: сколько времени в комфортных условиях может нахо диться в обуви человек в условиях низких температур. Математиче ская модель должна использовать основные факторы, влияющие на температуру внутриобувного пространства: условия окружающей среды, теплообразование стопы человека, теплофизические свойства и форму пакетов материалов, из которых составлены различные детали обуви.

2.8 Оценка и прогнозирование технологических свойств паке тов материалов для защиты стоп от воздействия на них низких темпе ратур (Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса) Качество обуви определяется уровнем разработки образца эталона (проекта) и качества его производственного исполнения (соблюдения требований, норм, технологических предписаний, ТУ, стандартов и т.д.);

именно на стадии проектирования и разработки ассортимента закладывается качество будущей готовой обуви, пре допределяется спрос населения и эффективность производства.

Ошибки в оценке уровня качества образца (проекта) обуви приво дят к затовариванию или неоправданно высоким производственным затратам.

В ряду потребительских свойств обуви одно из первых мест принадлежит комфортности, т.е. обеспечению удобств при эксплуа тации. Чем выше степень соответствия обуви условиям жизнедея тельности человека, тем лучше его самочувствие, выше работоспо собность. Удобство обуви определяется как соответствием ее внут ренней формы и размеров стопы, так и гигиеничностью. Создание комфортной обуви невозможно без объективной оценки качества материалов с целью обоснованного формирования пакетов обувных материалов путем подбора рациональных сочетаний верха, под кладки, стельки, подошвы;

выбора конструкции обуви, а также тех нологий сборки заготовок и обуви.

Комфортность является сложным эргономическим свойст вом обуви, характеризующим ее способность обеспечивать нор мальное состояние стопы и всего организма человека при различ ных условиях и в течение всего срока эксплуатации, определяемых назначением обуви. Составляющие комфортности обуви - это соот ветствие внутренней формы и размеров обуви форме и размерам стопы при отсутствии чрезмерного давления на стопу при носке (впорность обуви).

Гигиеничность - способность поддерживать нормальный влаготемпературный режим стопы и всего организма при недопус тимости воздействия вредных и токсических веществ на нее [1].

В настоящее время за основные критерии комфортности приняты следующие показатели, характеризующие нормальное со стояние стопы и всего организма в процессе эксплуатации обуви:

- отсутствие механических повреждений стопы и травм;

- отсутствие токсического воздействия на стопу и организм;

- температура стопы 27-33°С;

- температура внутриобувного воздуха 21-25°С;

- относительная влажность внутриобувного воздуха 60 90%;

- содержание СО2 во внутириобувном пространстве не более 0,08% - давление обуви на стопу 1060-8010 Па.

Обувь создает вокруг стопы человека определенный микро климат, на состояние которого оказывает влияние три основных фак тора: организм носчика, условия внешней среды и собственно обувь [2]. Влияние организма носчика определяется его тепловым состояни ем и интенсивностью потовыделения, зависящими от уровня физиче ской нагрузки и индивидуальных особенностей человека;

влияние внешней среды - температурой, влажностью и скоростью движения воздуха;

влияние обуви - ее конструкцией и свойствами используемых материалов.

Эти свойства обуви имеют жизненно важное значение для ор ганизма, особенно в условиях очень высоких или низких температур.

Жизнедеятельность организма ограничена температурой тела 32-42°С [3]. При нормальной температуре тела в подмышечной впадине тем пература над поверхностью икорной мышцы равна 32,2°С, голено стопного сустава - 30°С, пальцев стопы - 24,4°С. Температура поверх ности стопы должна быть 19-33°С [2]. При понижении температуры стопы появляется ощущение холода;

уменьшение температуры до 15°С может вызвать простудные заболевания. Повышение температу ры тела резко активизирует потовыделение.

Колебания температуры внешней среды воспринимаются дву мя видами терморецепторов: одни возбуждаются холодом, другие теплом. Этими рецепторами снабжена не только кожа, но и слизистые оболочки. Число рецепторов равно 280000, 90% из них воспринимают холод и только 10% - тепло. Это в среднем составляет на 1 см2 кожи от 6 до 23 рецепторов холода и 3 тепловых. Неравномерное распреде ление рецепторов по поверхности тела определяет разную чувстви тельность отдельных участков его к температуре внешней среды [4].

Теплозащитные свойства являются важными характеристика ми обуви, если принять во внимание, что многие районы РФ отлича ются продолжительной зимой, низкой температурой и значительным снежным покровом. Для многих районов характерны также и сильные ветры. Учитывая эти особенности климата, исследованиям теплоза щитных свойств обуви всегда уделялось большое внимание [5-17].

Под теплозащитными свойствами понимают способность обу ви препятствовать излишней теплоотдаче стопы в окружающую сре ду.

Эти работы позволили выявить закономерности терморегуля ционных реакций организма и его теплового состояния, разработать средства и методы лабораторных исследований теплозащитных свойств обуви, определить параметры для конкретных условий среды и наметить пути обеспечения теплозащитных свойств обуви из новых материалов с заданными параметрами тепло-, влаго- и ветрозащитных свойств. Теплозащитные свойства обуви характеризуются показате лями теплового сопротивления, которые складываются из теплово го сопротивления пакетов материала для верха и низа обуви. Теп ловое сопротивление пакетов материалов для верха и низа обуви определяется в основном свойствами применяемых материалов, то есть их теплопроводностью и толщиной.

Теплопроводность обувных материалов определяется, глав ным образом, степенью их пористости. Материалы, обладающие ма лой плотностью и большим количеством пор, менее теплопроводны, чем материалы с большей плотностью и малым объемом пор. Послед нее объясняется малой теплопроводностью воздуха, находящегося в порах материала. Теплопроводность материалов, используемьх при производстве образцов обуви, неодинакова и сильно колеблется, так как тепловое сопротивление тела прямо пропорционально толщине используемых материалов и обратно пропорционально их коэффици енту теплопроводности. Суммарное тепловое сопротивление пакета материалов верха и низа обуви, состоящих из нескольких слоев, равно сумме теплоизоляционных свойств этих слоев и воздушных прослоек между ними. Коэффициент теплопроводности материала характери зует передачу тепла при установившемся уровне теплообмена, т.е. ко гда потеря тепла стопой через обувь восстанавливается организмом, и температура в разных точках обуви постоянна. При отсутствии тепло вого равновесия, например, при низкой температуре, когда темпера тура отдельных деталей еще не стабилизировалась, теплоемкость обуви изменяется. В этом случае теплообмен характеризуется более сложным показателем коэффициентом температуропроводности.

Чем больше коэффициент температуропроводности материала, тем быстрее температура внешней среды будет оказывать влияние на тем пературу внутренней поверхности обуви [5-9].

Тепло от стопы во внешнюю среду передается не только через многослойную систему обуви, но и от наружной поверхности ее.

При определении общего теплового сопротивления много слойной системы обуви, состоящего из теплового сопротивления низа Rн и заготовки Rв, учитывают и коэффициент теплоотдачи от верха обуви в воздух и от низа обуви во внешнюю среду через опорную плоскость в грунт. Коэффициент теплоотдачи низа зависит как от теп лопроводности грунта, так и от характера поверхности подошвы (глу бины рифления резиновых подошв) и каблука, а также от его высоты.

Исходя из этих положений, Л.В. Кедров устанавливает суммарное со противление теплопередачи от стопы во внешнюю среду [9]. Полу ченные им данные показывают, что потери тепла стопы в обуви зави сят от теплозащитных свойств пакета материалов обуви (основной и внутренний), температуры и влажности окружающей среды, скорости движения воздуха, соотношения между размерами стопы и обуви, фи зической нагрузки на организм. Немалое значение имеют также воз раст, физическое состояние человека и другие факторы. Теплообмен между стопой в обуви внешней средой - довольно сложный процесс, характеризуемый несколькими показателями.

Чтобы не перегружать конструкцию, в обувь для повседневной носки в осенне-весенний период целесообразно вкладывать утеплен ные стельки. Так, тепловое сопротивление кожаного низа ботинок из кож хромового дубления с кожаными стельками при применении вкладных фетровых стелек толщиной 2,4 мм увеличивается на 30%.

Но внутренние утеплители из искусственного меха повышают пото выделение стопы [13].

В увлажненной обуви теплоотдача увеличивается в результате повышения теплопроводности основной и внутренней обуви и потерь тепла при испарении влаги, так как коэффициент теплопроводности воды значительно выше, чем коэффициент теплопроводности вытес няемого водой из пор материала воздуха.

На теплозащитные свойства влияют такие факторы, как внут ренний объем и форма обуви, наличие утепляющих прослоек (под кладки, вкладных стелек), метод крепления подошв и др. Широкая и высокая носочная части и повышенная полнота у обуви обусловлива ют изолирующее воздушное пространство между внутренней и ос новной обувью, которое увеличивает ее теплозащитные свойства.

Особенно благоприятно влияют на теплозащитные свойства обуви прокладочные воздухсодержащие упругие сетки [13]. При за мене в мужских ботинках подкладки из тик-саржи меховой овчиной тепловое сопротивление обуви увеличивается более чем в 2 раза. Вы явлено, что лучшими теплозащитными свойствами обладает обувь рантового метода крепления, худшими - обувь с креплением подошв металлическими крепителями. Клеевой метод занимает промежуточ ное положение. Более значительные потери тепла через низ обуви объясняется в основном свойствами материалов, меньшей воздушной прослойкой между стопой и обувью, более интенсивным потовыделе нием плантарной поверхности стопы и др.[13-17] При определении теплозащитных свойств обуви путём лабора торных исследований и расчетным методом выявляют показатели, ха рактеризующие эти свойства, и определяют их оптимальные величи ны. Теплозащитные свойства определяются физиолого гигиеническим экспериментом при носке обуви в различных метеоро логических условиях. При этом замеряют температуру различных участков поверхности тела, стопы, тепловые потоки и выявляют са мочувствие носчиков обуви [14].

Расчетный метод позволяет получить приближенную характе ристику теплозащитных свойств обуви. Лабораторные методы широко применяются, так как позволяют получить более объективные данные о влиянии на свойства обуви различных метеорологических условий.

В основу метода определения теплозащитных свойств обуви, разрабо танного Л.В. Кедровым, положен принцип бикалориметра, который позволяет изучать теплозащитные свойства обуви для различны кли матических условий.

Интересны конструкции обуви с электроподогревающим уст ройством, вмонтированным в низ обуви. Несмотря на технические трудности, работы в этом направлении продолжаются.

В низкотемпературных районах РФ выделяют территорию, на которой утепленная обувь, применяемая в северо-восточных районах страны, не обеспечивает необходимых теплозащитных свойств. Это территория с особо низкой температурой, где сильное охлаждение стопы обусловлено сочетанием низкой температуры воздуха (до 40°С) с сильным ветром (до 40 м/с). Неблагоприятное влияние этих условий на стопу больше, чем влияние температуры до - 60°С при скорости ветра до 2 м/с. Температура стопы на открытом воздухе в первом случае может понизиться до 5°С [2, 13]. Нарушение кровотока нижних конечностей резко сказывается на общем теплообмене, по этому в условиях низких температур (-50 -70°С) обувь должна обес печивать естественную подвижность стопы. Лучшей защитной обу вью в этих условиях многие считают местную обувь типа мягких са пог из меха взрослого оленя (торбаса, камусы) и внутренние чулки из меха молодого оленя - пыжика.

Высокие теплозащитные свойства обуви этих видов объясня ют специфическим строением волоса оленьего меха, во внутренней полости которого находится воздух. Благодаря этому тепло стопы со храняется даже и в ветреную погоду при низкой температуре. Тонкая плотная кожевая ткань оленьего меха сохраняет гибкость обуви при очень низкой температуре, при которой овчина становится ломкой [2].

В этих же климатических условиях в крупных населенных пунктах с благоустроенными жилищами применяют валенки и шер стяные носки. Но так как валенки ограничивают подвижность стопы, ими пользуются только при продолжительном пребывании на возду хе. Валенки являются основным видом обуви в северных и северо восточных районах Российской Федерации с более низкой температу рой, в которых снежный покров достигает 70-80 см и держится дней в году.

Развитие производства синтетических и искусственных мате риалов с заданными свойствами открыли широкую перспективу для разработки конструкций обуви с теплозащитными свойствами, значи тельно превышающими теплозащитные свойства всех видов обуви, применяемых в этих условиях.

В высокогорных районах (выше 2000 м над уровнем моря) с пониженным парциальным давлением кислорода и пониженной тем пературой воздуха наблюдается повышенная чувствительность чело века к холоду из-за кислородного голодания. На высоте 3000 м над уровнем моря температура стопы понижается на 3-5°С. В этих усло виях обувь и одежда должны быть максимально облегчены и утепле ны [2].

Рассмотрим некоторые особенности физиологии стопы чело века.

Одной из важнейших зон терморегуляторных реакций у чело века являются дистальные отделы конечностей, особенно стопы. Теп лоощущения человека в большей степени зависят от температуры стопы. Так, у человека, находящегося в комфортной зоне, уровень те плообразования в организме изменяется в прямой связи с термиче скими воздействиями на стопу. В частности, при холодовом раздра жении стоп у человека, тело которого находится в условиях высокой температуры окружающей среды, теплообразование усиливается. На оборот, активное нагревание ног из вне при общем воздействии холо да на тело человека приводит к уменьшению теплообразования.

Несмотря на относительно небольшие размеры стопы (масса стопы составляет 2% от массы, а площадь - 3,2% от общей поверхно сти тела человека), температурное поле ее неоднородно. Характер распределения температуры на поверхности стопы представлен в таб лице 2.8.

Т а б л и ц а 2. Температурная топография стопы в условиях комфорта Средняя темпе Температурный интервал, Участок стопы ратура, °С °С 1. Голень 30 - 32,3 31, 2. Тыл стопы 26,7-31,5 29, 3. Пальцы стопы 19,8-33,2 26, 4. Стопа в целом 29,3 - 30,6 30, Среднюю температуру стопы можно определить по уравне нию:

0,25ТПОД+0,58ТТЫЛ+0,17ТБ.пальца (2.26) При расчетах, связанных с теплообразованием, необходимо принимать во внимание следующие факторы;

возраст человека, его физическую активность и температуру окружающей среды. В таблице 2.9 приведены данные, характеризующие возрастные особенности терморегуляции стопы.

Т а б л и ц а 2. Зависимость температуры стопы от возраста человека Возраст (лет) 1-3 4-7 8-12 18-25 36-60 61- Температура стопы, °С 34,5 32,7 29,6 26,7 24,4 19, Кроме возраста человека на температуру стопы влияет уровень мышечной нагрузки. В начальный период нагрузки происходит подъ ем температуры стопы. Примерно на двадцатой минуте температура стопы стабилизируется, но на более высоком уровне (рис. 2.2).



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.