способ прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода

Формула изобретения

1. Способ прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, плотности теплового потока с поверхности стоп человека и их средней температуры, отличающийся тем, что дополнительно определяют плотность теплового потока в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней части бедра, голени человека, находящегося в состоянии относительного покоя в комфортных климатических условиях, площадь поверхности тела человека, устанавливают время пребывания человека на холоде, допускаемый дефицит тепла в организме человека, и далее рассчитывают среднюю величину плотности теплового потока с поверхности тела человека в комфортных климатических условиях q_cp по формуле: q_cp=0,086·q ₁+0,34·(q₂+q₃+q₄+q ₅)/4+0,134·q₆+0,045·q₇+0,203·(q ₈+q₉)/2+0,125·q₁₀+0,0644·q ₁₁ (Вт/м²), где q₁, q₂ , q₃, q₄, q₅, q₆, q₇, q₈, q₉, q₁₀, q₁₁ - величина плотности теплового потока соответственно в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней части бедра, голени и стопы (Вт/м ²), далее определяют площадь стопы человека S_ст =S_общ·6,44/100 (м²), где S_общ - площадь поверхности тела человека, долю теплового потока с поверхности стопы человека к величине теплового потока со всей поверхности тела Q_cтd=(q₁₁·S_cт )/q_cp·S_oбщ, а также прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности стопы человека q_стD с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде по формуле:

q_{ст D}=[((q_cp +D/ )S_общ)·Q_{cт d}]/S_cт (Вт/м²), где q_cp - средняя величина плотности теплового потока с поверхности тела человека в условиях комфорта (Вт/м²), D - допускаемый дефицит тепла в организме человека (Вт·ч/м²), - планируемое время непрерывного пребывания человека на холоде (ч), S_ст - площадь стопы человека (м² ); и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе I _топ: I_топ=(t_пст-t_в)/q _стD (°C·м²/Вт), где t _пст - средняя температура поверхности стопы (°С), t_в - температура воздуха (°С).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют скорость ветра в конкретных условиях трудовой деятельности, причем прогнозируемый уровень теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра равен: I_{топ в}=(I_топ·100)/(100-(2,5·V)), где I_{топ в} - прогнозируемая величина теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра (°С·м ²/Вт), I_топ - прогнозируемая теплоизоляция обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе (°С·м ²/Вт), V - скорость ветра (м/с).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к гигиене труда и физиологии человека, и может быть использовано для прогнозирования теплоизоляции обуви человека при воздействии холода в процессе трудовой деятельности.

Известен способ прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, теплового потока с поверхности стоп человека и их средней температуры (см. Методика определения теплоизоляции средств индивидуальной защиты головы, стоп, рук на соответствие гигиеническим требованиям. Методические указания МЗ России № 4.3.1901 - 04, М., 2004. с.9) (прототип).

Известный способ позволяет определить теплоизоляцию обуви, предназначенной для защиты от холода, но недостатком его является невозможность прогнозирования необходимой теплоизоляции обуви с учетом степени охлаждения организма, уровня энерготрат и продолжительности пребывания на воздухе, а также не учитывает изменение теплоизоляции обуви под влиянием воздействия ветра.

В настоящее время имеются данные, указывающие на связь охлаждения стоп человека с показателями его здоровья (например, влияние охлаждения стоп человека на развитие нейроваскулита, облитерирующего эндоартериита и других заболеваний). В связи с этим с целью профилактики охлаждения требуется обеспечение человека обувью с необходимой теплоизоляцией, соответствующей условиям его жизнедеятельности.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности прогнозирования необходимой теплоизоляции обуви человека для защиты от холода с учетом реальной окружающей обстановки и теплового состояния организма человека.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода в производственных условиях при воздействии на него комплекса факторов, обуславливающих его холодовую нагрузку в реальной обстановке.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, плотности теплового потока с поверхности стоп человека и их средней температуры, дополнительно определяют плотность теплового потока в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени человека, находящегося в состоянии относительного покоя в комфортных климатических условиях, площадь поверхности тела человека, устанавливают время пребывания человека на холоде, допускаемый дефицит тепла в организме человека, и далее рассчитывают среднюю величину плотности теплового потока с поверхности тела человека в комфортных климатических условиях q_cp

q_cp=0,086·q₁+0,34·(q ₂+q₃+q₄+q₅)/4+0,134·q ₆+0,045·q₇+

+0,203·(q ₈+q₉)/2+0,125q₁₀+0,0644·q ₁₁ (Вт/м²),

где q₁ , q₂, q₃, q₄, q₅, q₆, q₇, q₈, q₉, q ₁₀, q₁₁ - величина плотности теплового потока соответственно в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени и стопы (Вт/м²),

далее определяют площадь стопы человека S_ст=S_общ·6,44/100 (м ²),

где S_общ - площадь поверхности тела человека,

долю теплового потока с поверхности стопы человека к величине теплового потока со всей поверхности тела Q_{ст d}=(q₁₁·S_ст)/(q _cp·S_общ), а также прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности стопы человека q _стD с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде по формуле:

q_cтD=[((q_cp+D/ )·S_общ)·О_{ст d}]/S_ст (Вт/м²),

где q_cp - средняя величина плотности теплового потока с поверхности тела человека в условиях комфорта (Вт/м²),

D - допускаемый дефицит тепла в организме человека (Вт*ч/м ²),

- планируемое время непрерывного пребывания человека на холоде (ч),

S_ст - площадь стопы человека (м²),

и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе I _топ:

I_топ =(t_пст-t_в)/q_{ст D} (°C·м ²/Вт),

где t_пст - средняя температура поверхности стопы (°С),

t_в - температура воздуха (°С).

Дополнительно определяют скорость ветра в конкретных условиях трудовой деятельности, причем прогнозируемый уровень теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра равен: I _{топ в}=(I_топ·100)/(100-(2,5·V)),

где I_{топ в} - прогнозируемая величина теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра (°С·м ²/Вт),

I_топ - прогнозируемая теплоизоляция обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе (°С·м²/Вт),

V - скорость ветра (м/с).

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемый способ неизвестен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ является простым и может быть применен в любых производственных условиях с использованием стандартного оборудования.

Следовательно, заявленный способ является доступным и практически применимым.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В реальных производственных условиях непосредственно на рабочем месте устанавливают датчики для измерения температуры воздуха, датчики для измерения плотности теплового потока на различных участках поверхности тела человека (в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени, стоп), находящегося в состоянии относительного покоя в комфортных климатических условиях, задают величину энерготрат человека в процессе его трудовой деятельности.

Площадь поверхности тела человека принимают равной 1,8 м² (при среднем росте 1,7 м и весе 70 кг) (см. «Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания», Методические указания 4.3.1895 - 04, Минздрав России, М., 2004, с.18, таблица 10).

Далее в процессе выполнения рабочими типичных операций при заданной величине энергозатрат с помощью измерительных приборов определяют:

- температуру воздуха окружающей среды (t_в) - термометром,

- скорость ветра (V_в) - анемометром,

- величину плотности теплового потока в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней и нижней части бедра, голени, стопы человека, находящегося в состоянии относительного покоя в комфортных климатических условиях, - датчиками для измерения теплового потока

Затем с целью учета в процессе прогнозирования теплоизоляции обуви общего охлаждения организма, используя полученные величины, рассчитывают среднюю величину плотности теплового потока с поверхности тела человека в комфортных условиях q_cp по формуле:

q_cp=0,086·q₁+0,34·(q ₂+q₃+q₄+q₅)/4+0,134·q ₆+0,045·q₇+

+0,203·(q ₈+q₉)/2+0,125q₁₀+0,0644·q ₁₁(Вт/м²),

где q₁, q₂, q₃, q₄, q₅, q ₆, q₇, q₈, q₉, q₁₀ , q₁₁ - величина плотности теплового потока соответственно в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени и стопы (Вт/м ²).

Далее определяют площадь стопы человека S_ст=S_общ·0,0644 (м²), где S_общ - площадь поверхности тела человека (м² ), а доля поверхности стоп по отношению к общей поверхности тела среднего человека составляет 0,0644,

долю теплового потока с поверхности стопы человека к величине теплового потока со всей поверхности тела: Q_{ст d}=(q₁₁·S _ст)/(q_ср·S_общ),

где (q₁₁·S_ст)=Q_ст (Вт) - это средняя величина теплового потока с поверхности стопы человека в комфортных условиях,

прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности стопы человека q _{ст D} с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде:

q_{ст D}=[((q_cp+D/ )·S_общ)·Q_{ст d}]/S_ст (Вт/м²),

где q_cp - средняя величина плотности теплового потока с поверхности тела человека в условиях комфорта (Вт/м²),

D - допускаемый дефицит тепла в организме человека (Вт·ч/м²),

- планируемое время непрерывного пребывания человека на холоде (ч),

S_ст - площадь стопы человека (м²),

и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе I_топ:

I_топ =(t_пст-t_в)/q_{ст D} (°C·м ²/Вт),

где t_пст - средняя температура поверхности стопы (°С),

t_в - температура воздуха (°С).

Дополнительно определяют скорость ветра в конкретных условиях трудовой деятельности, причем прогнозируемый уровень теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра равен: I_{топ в}=(I_топ·100)/(100-(2,5·V)),

где I_{топ в} - прогнозируемая величина теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра (°С·м ²/Вт),

I_топ - прогнозируемая теплоизоляция обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе (°С·м²/Вт),

V - скорость ветра (м/с).

Пример.

Прогнозирование теплоизоляции обуви человека для защиты от холода осуществляли применительно к климатическому региону III (пояс II).

В условиях теплового комфорта при выполнении работ, характерных для трудовой деятельности строителя (категория 2 а-б, соответствующие энергозатраты 130 Вт/м²) (см. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные нормы и правила 2.2.548-96, МЗ России, М., 1996, с.15-25) датчиками теплового потока измерили плотность теплового потока с различных участков поверхности тела человека:

плотность теплового потока в области лба q₁=135 Вт/м²,

плотность теплового потока в области груди q₂=75 Вт/м ²,

плотность теплового потока в области спины q₃=81 Вт/м²,

плотность теплового потока в области поясницы q₄=80 Вт/м ²,

плотность теплового потока в области живота q₅=76 Вт/м²,

плотность теплового потока в области плеча q₆=83 Вт/м² ,

плотность теплового потока в области кисти q ₇=110 Вт/м²,

плотность теплового потока в области верхней части бедра q₈=77 Вт/м ²,

плотность теплового потока в области нижней части бедра q₉=81 Вт/м²,

плотность теплового потока в области голени q₁₀=96 Вт/м²,

плотность теплового потока в области стопы q₁₁=101,6 Вт/м²,

Площадь поверхности тела человека равна S_общ=1,8 м ² (при среднем росте 1,7 м и весе 70 кг) (см. «Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания». Методические указания 4.3.1895 - 04, Минздрав России, М., 2004, с.18, таблица 10).

Заданная продолжительность непрерывного пребывания строителя на холоде =2 часа, средняя температура поверхности стопы t_пст =25,7°С (теплоощущение «прохладно»), а допустимый дефицит тепла в организме D=52 Вт*ч/м² (соответствует теплоощущению «прохладно»).

Далее в процессе выполнения рабочими типичных операций при заданной величине энергозатрат с помощью измерительных приборов измерили:

- термометром - температуру воздуха окружающей среды t_в =-10°С,

- анемометром - скорость ветра (V _в)=5,6 м/с.

Данные метеорологические условия характерны для января месяца климатического региона III (пояс II).

Далее согласно предлагаемому способу рассчитываем среднюю величину плотности теплового потока с поверхности тела человека в комфортных климатических условиях q_cp:

q_cp=0,086·q₁+0,34·(q ₂+q₃+q₄+q₅)/4+0,134·q ₆+0,045·q₇+

+0,203·(q ₈+q₉)/2+0,125q₁₀++0,0644·q ₁₁=

12,0+26,50+11,5+5,00+16,5+12,00+6,5=90,0 (Вт/м²)

Площадь стопы человека S _ст=S_общ·6,44/100=1,8·6,44/100=0,1159 (м²).

Доля теплового потока с поверхности стопы человека к величине теплового потока со всей поверхности тела:

Q_{ст d}=(q₁₁·S _cт)/(q_cp·S_общ)=(101,6·0,1159)/(90·1,8)=0,072,

а прогнозируемая величина плотности теплового потока с поверхности стопы человека q_{ст D} с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде равна:

q_{ст D} =[((q_cp+D/ )·S_общ)·Q_{ст d}]/S_ст =

=[((90+52/2)·1,8)·0,072]/0,11519=129,7 (Вт/м²).

По полученным данным рассчитываем прогнозируемую теплоизоляцию обуви для защиты от холода в относительно спокойном воздухе I_топ:

I_топ =(t_пст-t_в)/q_{ст D} (°С·м ²/Вт)=

=(25,7-(-10))/129,7=0,275 (°С·м ²/Вт),

где t_пст - средняя температура поверхности стопы (°С),

t_в - температура воздуха (°С).

Прогнозируемый уровень теплоизоляции обуви для защиты от холода при наличии ветра равен:

I_{топ в}=(I_топ·100)/(100-(2,5·V))=(0,275·100)/(100-(2,5·5,6)=0,3198 (°С·м²/Вт).

Таким образом, для обеспечения необходимой защиты стоп от холода обувь работника применительно к выполняемой им работе с энергозатратами 130 Вт/м2 при t_в=-10°С и скорости ветра 5,6 м/с (II климатический пояс) в течение 2-х часов пребывания на холоде должна иметь теплоизоляцию, равную 0,3198 °С*м²/Вт.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода в производственных условиях при воздействии на него комплекса факторов, обуславливающих его холодовую нагрузку в реальной обстановке.

Предложенный способ прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода может быть использован на стадии проектирования и изготовления обуви с учетом конкретных условий ее использования (энергозатрат работника, допускаемой степени общего и локального охлаждения, продолжительности непрерывного пребывания человека на холоде, скорости ветра), что позволит улучшить условия труда работника, а также поможет сократить затраты при создании новых образцов обуви и определить область использования уже изготовленной обуви.

Предлагаемый способ прогнозирования теплоизоляции обуви человека для защиты от холода может быть использован при проектировании зимней обуви людей, работающих в различных отраслях экономики в различных климатических регионах, в частности в условиях Крайнего Севера. Он может быть использован для прогнозирования любой обуви, предназначенной для защиты от холода, в том числе и обуви бытового назначения.