УТВЕРЖДАЮ
Заместитель Главного государственного
санитарного врача Российской Федерации,
Руководитель департамента госсанэпиднадзора
Минздрава России
С.Иванов
25 октября 2001 года N 11-0/279-09

    
    
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по расчету теплоизоляции комплекта индивидуальных
средств защиты работающих от охлаждения
и времени допустимого пребывания на холоде

1. Введение

    
    Известно, что физиологические реакции человека в ответ на воздействие холода* могут лишь в некоторой степени уменьшить обусловленные им теплопотери (1). Основная же роль в защите от охлаждения принадлежит так называемой "поведенческой" терморегуляции, направленной, в частности, на выбор одежды, обладающей теплоизоляцией, соответствующей условиям ее эксплуатации. Последняя включает не только комплекс метеофакторов, но также уровень физической активности и продолжительность пребывания на холоде, что отражено в Санитарных правилах "Гигиенические требования к средствам индивидуальной защиты", раздел 6.
________________
    * Холод (холодная среда, пониженная температура) - комбинация физических факторов (температура, влажность, скорость ветра), обусловливающих охлаждение человека.
    
    Теплоизоляция комплекта СИЗ (далее - комплекта) определяется конструкцией его составляющих (например, куртка и брюки, комбинезон, пальто и др.), теплофизическими свойствами материалов, скоростью ветра и интенсивностью движения человека, обусловливающих увеличение его теплопотерь. Под теплоизоляцией комплекта понимается полное сопротивление переносу тепла от поверхности тела человека во внешнюю среду, включая материалы одежды, воздушные прослойки между ними и пограничный слой воздуха, прилегающий к наружной поверхности одежды, представляющее собой отношение разности средневзвешенной температуры кожи и температуры окружающей среды к средневзвешенной величине плотности "сухого" теплового потока с поверхности тела (2). "Сухой" тепловой поток - это тепловой поток, состоящий из одного или более компонентов: кондуктивного конвективного радиационного (2).
    
    Величины представляют собой соответственно среднюю температуру кожи и "сухого" теплового потока, рассчитанные в соответствии с их значениями на отдельных участках и их площадью по отношению ко всей поверхности тела.
    
    

2. Расчет теплоизоляции комплекта СИЗ

    
    Теплоизоляция комплекта СИЗ рассчитывается по формуле (2):
    

    
    Указанное означает, что для расчета величины теплоизоляции необходимы сведения о должных величинах , а также температуре окружающей среды , при которой предполагается эксплуатировать одежду.
    
    Имеющиеся в настоящее время данные (3) позволяют ориентироваться в выборе величин для расчета необходимой величины в зависимости от уровня энерготрат человека и его теплоощущений (табл.1).
    
    

Таблица 1

    
Уравнения для определения в целях расчета необходимой
теплоизоляции комплекта СИЗ

2.1. Расчет средней величины "сухого" теплового потока,
необходимого для определения должной
теплоизоляции комплекта СИЗ

    
    Величина вычисляется в соответствии с уравнением теплового баланса:
    

    
    где: W - эффективная мощность механической работы, ;
    
- теплопотери конвекцией при дыхании, ;
    
- теплопотери испарением влаги при дыхании, ;
    
- потери тепла испарением влаги с поверхности тела, ;
    
- изменение теплосодержания в организме, .
    
    Изменение теплосодержания в организме представляет собой разность между величиной и суммой теплопотерь организма.
    
    Величина может быть определена по формуле 6(4):
    

    
    где - температура выдыхаемого воздуха, °С, вычисляемая по формуле 7(4):
    

    
    Величина вычисляется по формуле 8(4):
    

    
    где - давление насыщенного водяного пара при температуре выдыхаемого воздуха кПа;
    
- давление водяного пара в атмосфере, кПа.
    
    Теплопотери испарением влаги с поверхности тела, могут быть определены по формуле 9:
    

    
    где w - доля увлажненного участка тела, участвующего в теплообмене испарением, безразмерная величина.
    
    Величина w в условиях некоторого охлаждения принимается равной 0,06; в условиях теплового комфорта может быть определена как равная
    
- давление насыщенного водяного пара при температуре кожи, кПа. Оно может быть определено либо по психометрическим таблицам, либо по формуле 10(4):
    

    
- суммарное сопротивление одежды испарению влаги, которое может быть определено из выражения:
   

     
    где - сопротивление испарению влаги слоя воздуха, прилегающего к поверхности одежды;
    
- сопротивление испарению влаги пакета материалов одежды и воздушных прослоек между ними.
    
    Величина с некоторым приближением может быть определена из формулы 11:
    

    
    В том случае, когда для изготовления одежды используются паропроницаемые материалы, то расчет потерь тепла испарением с поверхности тела человека может быть осуществлен по формуле 12:
    

    
    где S - площадь поверхности тела обнаженного человека, .
    
    

Пример расчета средней величины необходимого
для определения должной теплоизоляции
комплекта СИЗ

    
    Следует определить должную величину применительно к человеку, выполняющему физическую работу с энерготратами 130 при температуре воздуха -10°С, при условии сохранения теплового баланса
    
    Для этой цели выполняются следующие этапы расчета:
    
    - по формуле 7 определяется температура выдыхаемого воздуха:
   

     
    - по формуле 6 рассчитываются потери тепла дыханием за счет конвекции:
   

     
    - используя формулы 8 и 7, рассчитываются потери тепла за счет испарения влаги с верхних дыхательных путей:
   

     
    - из формулы 12 определяется величина
   

     
    - по уравнению 5 рассчитывается величина при условии, что эффективная мощность механической работы (W) равна 0:
   

     
    Если для изготовления одежды предполагается использовать паропроницаемые материалы (индекс паропроницаемости пакета материалов составляет 0,30 и более), то должная величина (в диапазоне температур воздуха до -10°С) может быть ориентировочно определена также из формулы 13:
   

     
    В случае необходимости регламентации времени пребывания на холоде величина , рассчитанная для случая сохранения теплового комфорта (см. выше), может быть увеличена в соответствии с допускаемой степенью охлаждения человека и продолжительностью его пребывания на холоде. Согласно (3) величина дефицита тепла в организме (Д) не должна превышать 52 Вт х . При данной степени охлаждения человек оценивает свои теплоощущения как "прохладно".
    
    Таким образом, величина , используемая для вычисления теплоизоляции, может быть определена с учетом планируемого времени непрерывного пребывания на холоде (, час):
   

     
    где: - величина теплового потока при условии сохранения теплового комфорта.
    
    Если время непрерывного пребывания на холоде будет ограничено, например, тремя часами, то для расчета теплоизоляции комплекта и величину следует принять равной 108
    
    

2.2. Пример расчета должной величины
теплоизоляции комплекта СИЗ

    
    Согласно формуле 1 помимо сведений о величине теплового потока для расчета теплоизоляции комплекта, необходимы данные о средневзвешенной температуре кожи . Ее значение выбирается в соответствии с допускаемой степенью охлаждения организма (Табл.1). При этом не должна быть ниже, чем это вытекает из формулы 3.
    
    Таким образом, величину теплоизоляции комплекта СИЗ, необходимую для обеспечения теплового комфорта в течение длительного времени, следует рассчитывать при уровне энерготрат 130 из значений и , равных соответственно 90,7 и 31,5°С (формула 2):
    
а величину , необходимую для защиты от охлаждения в течение времени не более трех часов, - исходя из величин и , равных соответственно 108 и 28,7°С:
   

     
    Однако поскольку в условиях воздействия ветра и в процессе выполнения физической работы теплоизоляция комплекта снижается, то должна быть введена соответствующая поправка в величину , которая определяется в соответствии с формулой 14(5):

    
    где: В - воздухопроницаемость внешнего слоя одежды, измеренная при перепаде давления 49 Па,
    
    V - скорость ветра, м/с;
    
    С - снижение теплоизоляции в %.
    
    Если, например, предполагается эксплуатировать СИЗ в климатическом регионе, где наиболее вероятная скорость ветра в зимние месяцы составляет 5,6 м/с, а в качестве внешнего слоя планируется использовать материал, имеющий воздухопроницаемость 10 то теплоизоляция комплекта должна снизиться на 20,3% (формула 14). Должная величина теплоизоляции комплекта в этом случае с учетом поправки на ветер определяется по формуле 15:
    

    
    Сказанное означает, что если СИЗ предполагается эксплуатировать в условиях воздействия ветра, то величина их теплоизоляции должна быть увеличена в соответствии с формулой 15. Для данного случая величина теплоизоляции комплекта с учетом поправки на ветер и воздухопроницаемость внешнего слоя, движение человека при условии сохранения теплового комфорта должна быть равной 0,572°С x , а при допущении указанного выше охлаждения - 0,447°С x .
    
    

2.3. Расчет теплоизоляции комплекта СИЗ для различных
климатических регионов и времени допустимого
пребывания на холоде

    
    В таблице 2 применительно к метеорологическим условиям различных климатических регионов приведены должные величины теплоизоляции комплекта с учетом его воздухопроницаемости и скорости ветра.
    
    Величины теплоизоляции рассчитаны исходя из следующих данных:
    
    - энерготраты человека 130 Вт/м;
    
    - продолжительность непрерывного пребывания на холоде не более трех часов (до появления теплоощущений "прохладно");
    
    - средневзвешенная температура кожи 28,7°С;
    
    - дефицит тепла в организме
    
    Поскольку метеорологические условия могут изменяться и в каждом климатическом регионе, то ниже излагается методика расчета времени допустимого пребывания человека при различной температуре воздуха в различных климатических регионах.
    
    Согласно изложенной выше методике рассчитывается величина теплового потока применительно к различному уровню энерготрат человека и температуре воздуха при условии сохранения теплового комфорта (табл.3) с учетом теплоизоляции комплекта, предназначаемого для эксплуатации в различных климатических регионах (табл.2, гр.4).
    
    

Таблица 2

    
    
Требования к теплоизоляции комплекта одежды
для защиты от холода

    
Таблица 3

    
Комфортный уровень теплового потока при различных
температуре воздуха и интенсивности физической работы

    
    
    Реальная величина теплового потока определяется из формулы 1:
    
а средневзвешенная температура кожи - по формуле 3 в соответствии с уровнем энерготрат на выполнение физической работы.
    
    Допустимое время пребывания человека на холоде (в часах) рассчитывается из отношения:
    
    Например, комфортная величина теплового потока при температуре воздуха - 10°С и выполнении физической работы с энерготратами 130 равна 89,5 (табл. 3). При теплоизоляции комплекта, равной 0,360°С x величина в реальных условиях его эксплуатации (при некотором охлаждении организма) составит:
    
.
    
    Следовательно, допустимое время непрерывного пребывания на холоде (при допустимом дефиците будет равным:
   

     
    В целях обеспечения должной защиты всех областей тела человека от охлаждения теплоизоляция комплекта должна быть распределена в соответствии с коэффициентами, приведенными в таблице 4.
    
    

Таблица 4

    
Коэффициенты для распределения теплоизоляции комплекта
одежды по поверхности тела человека

    
    Например, для III климатического региона следует изготовить комплект, имеющий теплоизоляцию 0,474°С x . Исходя из указанной средней величины теплоизоляции комплекта, ее распределение следует осуществлять в соответствии с коэффициентами (к), приведенными в графе 2 таблицы 4 (
    
    Применительно к , равной 0,474°С x ниже приведены значения теплоизоляции комплекта на различных участках поверхности тела:
    

    
    
    В целях решения практической задачи создания комплекта одежды для защиты от холода в воздушной среде может быть использовано регрессионное уравнение, отражающее взаимосвязь его теплоизоляции (при условии использования комбинезона или куртки и брюк) со средневзвешенной его толщиной. Последняя представляет собой среднюю толщину пакета материалов комплекта, определенную с учетом удельной площади различных областей тела человека.
    

    
    где - средневзвешенная толщина пакета материалов комплекта, измеренная при давлении Учитывается также толщина слоев одежды, поддеваемой под верхний комплект.
    
    Определение толщины пакета материалов комплекта на различных его участках осуществляется в соответствии с коэффициентами, приведенными в таблице 4.
    
    Например, следует изготовить комплект СИЗ для третьего климатического региона. При этом в качестве верха использован материал, имеющий воздухопроницаемость Согласно таблице 2 такой комплект должен иметь теплоизоляцию, измеренную в относительно спокойном воздухе, равную В соответствии с уравнением 16 средневзвешенная толщина такого комплекта должна составить 9,3 мм. Используя коэффициенты (табл.4) определяем, что пакет материалов должен иметь толщину в области головы - 4,65 мм; туловища - 11,72 мм; плеча и предплечья - 10,51 мм, кисти - 6,88 мм; бедра и ягодиц- 10,51 мм; голени - 8,37 мм.
    
    В таблицах 5-8 приведена допустимая продолжительность пребывания работающих на холоде в различных климатических регионах при условии обеспечения их соответствующей одеждой.
    
    

Таблица 5

    
Допустимое время (час) непрерывного пребывания при различной
температуре воздуха при работах на открытой территории
в третьем климатическом регионе (I и II климатические пояса)

    
Таблица 6

    
    
Допустимое время (час) непрерывного пребывания
при различной температуре воздуха при работах на открытой
территории во втором климатическом регионе
(III климатический пояс)

    
Таблица 7

    
    
Допустимое время (час) непрерывного пребывания при
различной температуре воздуха при работах на открытой
территории в 1Б климатическом регионе
(IV климатический пояс)

    
Таблица 8

    
    
Допустимое время (час) непрерывного пребывания
при различной температуре воздуха при работах на открытой
территории в IA климатическом регионе
(I и II климатические пояса)

3. Библиография

    
    1. Афанасьева Р.Ф. Некоторые способы поддержания температурного гомеостаза в условиях воздействия на человека холодового фактора. В кн.: Теоретические и практические проблемы терморегуляции. Отв. ред. Ф.Ф.Султанов. Ашхабад, 1982. - С. 143-152.
    
    2. ГОСТ Р 12.4.185-99 ССБТ "Средства индивидуальной защиты от пониженных температур. Методы определения теплоизоляции комплекта".
    
    3. Методические рекомендации N 5168-90 МЗ СССР "Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания".
    
    4. ISO/CD 11079 Revision 2000-11-17 Ergonomics of the Thermal Environment - Determination and Interpretation of Cold Stress when Using Required Clothing Insulation (IREQ) and Local Cooling Effects.
    
    5. Афанасьева Р.Ф. Гигиенические основы проектирования одежды для защиты от холода // М. "Легкая индустрия", 1977. - 132 с.
    
    

Приложение 1

    
Конвекционные потери тепла дыханием
при различном уровне энерготрат и различной
температуре наружного воздуха

    
Приложение 2

    
    
Потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных
путей при различном уровне энерготрат
и различной температуре наружного воздуха

    
Приложение 3

    
Потери тепла испарением влаги с поверхности кожи
при различном уровне энерготрат
и различной температуре наружного воздуха

Текст документа сверен по:

"Социальная защита",
N 11, ноябрь 2002 года