Способ прогнозирования теплоизоляции рукавиц человека для защиты от холода Российский патент 2017 года по МПК A61B5/00 A61B5/01 A61B5/107 

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

Известен способ прогнозирования теплоизоляции рукавиц человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, теплового потока с поверхности кистей человека и их средней температура (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 рукавиц, предназначенных для защиты от холода, но недостатком его является невозможность прогнозирования необходимой теплоизоляции рукавиц с учетом степени охлаждения организма, уровня энерготрат и продолжительности пребывания на воздухе.

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

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

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности прогнозирования теплоизоляции рукавиц 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 рукавиц человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, плотности теплового потока с поверхности кистей 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, находящегося в состоянии 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

,

где: q₁ - плотность теплового потока в области лба, Вт/м²,

q₂ - плотность теплового потока в области груди, Вт/м²,

q₃ - плотность теплового потока в области спины, Вт/м²,

q₄ - плотность теплового потока в области поясницы, Вт/м²,

q₅ - плотность теплового потока в области живота, Вт/м²,

q₆ - плотность теплового потока в области плеча, Вт/м²,

q₇ - плотность теплового потока в области кисти, Вт/м²,

q₈ - плотность теплового потока в области верхней части бедра, Вт/м²,

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

q₁₀ - плотность теплового потока в области голени, Вт/м²,

q₁₁ - плотность теплового потока в области стопы, Вт/м²,

далее определяют площадь кисти человека S_к=S_общ*4,5/100 (м²),

где S_общ - площадь поверхности тела человека,

среднюю величину теплового потока с поверхности кисти человека в комфортных условиях Q_к=q₇*S_к (Вт), долю теплового потока с поверхности кистей человека к величине теплового потока со всей поверхности тела Q_{к d}=(q₇*S_к)/q_cp*S_общ, а также прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности кисти человека q_{к D} с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде по формуле:

,

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),

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

S_к - площадь кистей человека (м²),

и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию рукавиц для защиты от холода в спокойном воздухе I_трп:

,

где t_пк - средняя температура поверхности кисти (°С),

t_в - температура воздуха (°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 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,

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

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

,

где: q₁ - плотность теплового потока в области лба, Вт/м²,

q₂ - плотность теплового потока в области груди, Вт/м²,

q₃ - плотность теплового потока в области спины, Вт/м²,

q₄ - плотность теплового потока в области поясницы, Вт/м²,

q₅ - плотность теплового потока в области живота, Вт/м²,

q₆ - плотность теплового потока в области плеча, Вт/м²,

q₇ - плотность теплового потока в области кисти, Вт/м²,

q₈ - плотность теплового потока в области верхней части бедра, Вт/м²,

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

q₁₀ - плотность теплового потока в области голени, Вт/м²,

q₁₁ - плотность теплового потока в области стопы, Вт/м².

Далее определяют площадь кистей человека S_к=S_общ*0,045 (м), где S_общ - площадь поверхности тела человека (м²), а доля поверхности кистей по отношению к общей поверхности тела среднего человека составляет 0,045;

среднюю величину теплового потока с поверхности кистей человека в комфортных условиях: Q_к=q₇*S_к (Вт),

долю теплового потока с поверхности кистей человека к величине теплового потока со всей поверхности тела (относительная величина): Q_{к d} = (q₇*S_к)/q_ср*S_общ,

а также прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности кистей человека q_{к D} с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде:

,

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),

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

S_к - площадь кистей человека (м²);

и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию рукавиц для защиты от холода в спокойном воздухе I_трп:

,

где t_пк - средняя температура поверхности кисти (°С),

t_в - температура воздуха (°С).

Пример

Прогнозирование теплоизоляции рукавиц 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 IIа, соответствующие энерготраты 113 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=115 Вт/м²,

плотность теплового потока в области груди q₂=65 Вт/м²,

плотность теплового потока в области спины q₃=71 Вт/м²,

плотность теплового потока в области поясницы q₄=70 Вт/м²,

плотность теплового потока в области живота q₅=66 Вт/м²,

плотность теплового потока в области плеча q₆=73 Вт/м²,

плотность теплового потока в области кисти q₇=95 Вт/м²,

плотность теплового потока в области верхней части бедра q₈=67 Вт/м²,

плотность теплового потока в области нижней части бедра q₉=72 Вт/м²,

плотность теплового потока в области голени q₁₀=85 Вт/м²,

плотность теплового потока в области стопы q₁₁=87 Вт/м².

Площадь поверхности тела человека равна S_общ=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).

Заданная продолжительность непрерывного пребывания строителя на холоде τ=2 часа, средняя температура поверхности кисти t_пк=23,7°С (теплоощущение «слегка прохладно»), а допустимый дефицит тепла в организме D=29 Вт*ч/м² (соответствует теплоощущению «слегка 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.

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:

,

Площадь кистей человека S_к=S_общ*4,5/100=1,8*4,5/100=0,081 (м²).

Средняя величина теплового потока с поверхности кистей человека в комфортных условиях Q_к=q₇*S_к=95,0*0,081=7,70 (Вт).

При этом доля теплового потока с поверхности кистей человека к величине теплового потока со всей поверхности тела:

;

а прогнозируемая величина плотности теплового потока с поверхности кистей человека q_кD с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде равна:

.

По полученным данным рассчитываем прогнозируемую теплоизоляцию рукавиц для защиты от холода в спокойном воздухе I_трп:

,

где t_пк - средняя температура поверхности кисти (°С),

t_в - температура воздуха (°С).

Таким образом для обеспечения необходимой защиты кистей работника от холода применительно к выполняемой им работе с энерготратами 113 Вт/м² при температуре воздуха -10°С в спокойном воздухе в III климатическом регионе (II климатический пояс) в течение 2-х часов пребывания на холоде (при условии дефицита тепла в организме 29 Вт*ч/м²; теплоощущение «слегка прохладно»), его рукавицы должны иметь теплоизоляцию, равную 0,299°С*м²/Вт.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности прогнозирования теплоизоляции рукавиц 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 рукавиц человека для защиты от холода может быть использован на стадии проектирования и изготовления рукавиц с учетом конкретных условий их использования (энергозатрат работника, допускаемой степени общего и локального охлаждения, продолжительность непрерывного пребывания человека на холоде), что позволит улучшить условия труда работника, а также поможет сократить затраты при создании новых образцов рукавиц и определить область использования уже изготовленной рукавиц.

Предлагаемый способ прогнозирования теплоизоляции рукавиц человека для защиты от холода может быть использован при проектировании зимних рукавиц людей, работающих в различных отраслях экономики в различных климатических регионах, в частности в условиях Крайнего севера. Он может быть использован для прогнозирования любых средств индивидуальной защиты рук (рукавиц, перчаток и т.п.), предназначенных для защиты от холода, в том числе и рукавиц бытового назначения.

Изобретение относится к области медицины, а именно к гигиене труда и физиологии человека, и может быть использовано для прогнозирования теплоизоляции рукавиц человека при воздействии холода в процессе трудовой деятельности. Определяют температуру воздуха, плотность теплового потока с поверхности кистей человека и их средней температуры, плотность теплового потока в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени, находящегося в состоянии относительного покоя в комфортных климатических условиях. Определяют площадь поверхности тела человека, устанавливают время пребывания человека на холоде, допускаемый дефицит тепла в организме человека в конкретных условиях трудовой деятельности. Далее рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию рукавиц для защиты от холода в относительно спокойном воздухе с помощью математических формул. Способ позволяет прогнозировать теплоизоляцию рукавиц человека для защиты от холода для прогнозирования любых средств индивидуальной защиты рук, предназначенных для защиты от холода, за счет учета комплекса факторов, обуславливающих холодовую нагрузку в реальной обстановке. 1 пр.

Способ прогнозирования теплоизоляции рукавиц человека для защиты от холода путем определения температуры воздуха, теплового потока с поверхности кистей человека и их средней температура, отличающийся тем, что дополнительно определяют плотность теплового потока в области лба, груди, спины, поясницы, живота, плеча, кисти, верхней части бедра, нижней часть бедра, голени, находящегося в состоянии 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_ср

,

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 часть бедра, голени и стопы (Вт/м²),

далее определяют площадь кисти человека S_к=S_общ * 4,5/100 (м²),

где S_общ - площадь поверхности тела человека,

среднюю величину теплового потока с поверхности кисти человека в комфортных условиях Q_к=q₇*S_к (Вт), долю теплового потока с поверхности кистей человека к величине теплового потока со всей поверхности тела Q_{к d}=(q₇*S_к)/q_cp*S_общ, a также прогнозируемую величину плотности теплового потока с поверхности кисти человека q_{к D} с учетом допускаемого дефицита тепла в организме человека и планируемого времени непрерывного пребывания его на холоде по формуле:

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),

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

S_к - площадь кистей человека (м²),

и по полученным данным рассчитывают прогнозируемую теплоизоляцию рукавиц для защиты от холода в спокойном воздухе I_трп:

где t_пк - средняя температура поверхности кисти (°C),

t_в - температура воздуха (°C).