Для того чтобы определить, насколько значима с гигиенических позиций конвекция под одеждой, мы предприняли попытку разработать методику регистрации малых скоростей движения воздуха, замерить с ее помощью конвективные потоки в различных точках под защитным снаряжением при выполнении человеком тех или иных физических нагрузок, а также определить влияние конвекции на вентилируемость и теплоизоляционную способность одежды. Сведения по этим вопросам в литературе отсутствуют. Используемый нами в эксперименте прибор представляет собой термоанемометр, в котором датчиком служит слабонакаливаемая тонкая тугоплавкая проволока, включенная в одно из плеч измерительного моста. При обдувании датчика воздухом степень накала спирали изменяется, а следовательно, меняется и сопротивление, регистрируемое прибором. Прибор позволяет производить дистанционную регистрацию движущегося воздуха под одеждой со скоростью от 0,02 до 0,5 м/сек. Это дает возможность изучать кинетику движения слабых токов воздуха, что невозможно при помощи существующих анемометров. Ввиду малых размеров датчика его можно поместить практически в любое место под одеждой. Прибор отградуирован с точностью до 2 см/сек.
Замеры конвективных токов мы вели у 4 испытуемых под различными видами средств защиты, через каждые 5 мин. при нахождении их в микроклиматических камерах с заданными тепловыми режимами. Датчик помещали в прилежащем непосредственно к телу слое воздуха в 11 различных точках. Испытуемый во время опыта находился в покое или выполнял такие упражнения, как ходьба, работа руками, бег. При подобной нагрузке можно было проследить, как влияет на распределение конвективных потоков под одеждой раздельное или совместное движение рук и ног.
Кроме того, регистрировали тепловой поток (С. Я. Заржевский), температуру кожи в 11 точках тела (Н. В. Рамзаев), что было необходимо для расчета теплоизоляции одежды по методике А. Бартона. Опыт продолжался 2 часа. Проведено свыше 200 замеров. Материал обработан статистически.
Данные о максимальной скорости движения воздуха, зарегистрированной в подкостюмном пространстве у испытуемых, одетых в изолирующий костюм без поддува, при различных видах работ, показывают, что конвекция в покое более интенсивна в области шеи и груди по сравнению с остальными участками. По-видимому, из-за естественной конвекции происходит перемещение теплого воздуха наружу из-под одежды в результате негерметичности горловины костюма. Довольно низкие скорости воздуха во время работы рук и ног в области голени и предплечья, наоборот, обусловлены изоляцией этих участков от остального пространства при сгибе костюма в локтевом и коленном суставах.
Вполне естественно, что во время ходьбы конвекция под одеждой усиливается в области бедра, промежности, задней части туловища. При работе руками подобная картина наблюдается в области верхнего плечевого пояса, спины, поясницы, шеи и особенно подмышечных впадин. В то время как в области ног конвекция умеренная, при беге движение воздуха под одеждой усиливается почти на всех участках (за исключением голени и предплечья) за счет значительного перемещения тела в пространстве, интенсивной работы рук и ног. В этом случае движение воздуха наиболее сильно. Эта закономерность сохранялась при испытании других видов одежды. Небезынтересно, что при различных видах деятельности наиболее подвержены воздействию конвективных токов области спины, поясницы и подмышечных впадин. Эти данные мы попытались использовать при создании защитного костюма из воздухонепроницаемого материала, в котором вентиляционные клапаны разместили именно на указанных участках. Результат превзошел наши ожидания. При сравнительной оценке этого костюма и комбинированного, в котором для вентиляции подкостюмного пространства заднюю часть изготавливают из воздухо- и паропроницаемых материалов, у испытуемых не обнаружено существенной разницы в тепловом состоянии организма и его влагопотерях (табл. 1). Более того, в первом костюме эффективность испарения пота была даже несколько выше, а температура воздуха под костюмом на 0,8° ниже. Ниже была и влажность воздуха. Это наглядно иллюстрирует значение топографии движущегося воздуха под одеждой для конструкторов, создающих новые средства защиты, и гигиенистов.
Изучение влияния ветра на естественный ход конвекции под одеждой при ходьбе показало, что с увеличением скорости движения наружного воздуха от 0,3 до 3,3 м/сек скорость конвективных токов в случае использования воздухопроницаемых материалов в одежде увеличивается, например, на груди более чем в 4 раза. При этом снижается температура воздуха подкостюмного пространства и кожи. Однако при использовании ветрозащитной оболочки скорость перемещения воздуха под костюмом прежняя. Благодаря этому показателю можно не только установить допустимые пределы конвекции под одеждой, но и нормировать пределы воздухопроницаемости различных ветрозащитных оболочек с учетом физической деятельности человека и его теплопродукции.
При исследовании изолирующего снаряжения легко проследить, насколько правильна подача воздуха к различным участкам тела. В нашем случае поддув воздуха в пневмокостюме осуществлялся в зону дыхания, и в этой области скорость движения воздуха под костюмом была довольно высокая (до 2 м/сек). Однако в других областях и, в частности, на спине она оставалась в пределах естественной конвекции, что для пневмокостюма явно недостаточно (табл. 2). Отсюда следует, что этот вариант подачи воздуха не совсем эффективен для вентиляции подкостюмного пространства в целом. По-видимому, требуются дополнительные воздуховоды в костюме, с помощью которых воздух подводился бы к другим частям тела.
Интересны данные о теплоизоляционной способности одежды во время выполнения физических упражнений. Так, переход от покоя к бегу снижает теплоизоляцию костюма повседневной носки наполовину. При пребывании в изолирующем комбинезоне она уменьшается на 10%, в том же костюме с поддувом – на 50%, а в изолирующей одежде, выполненной в виде куртки и брюк, – почти на 60%. Теплая одежда также значительно теряет теплоизоляционные свойства.
Снижение теплоизоляции во всех этих костюмах происходит по разным причинам. В костюме повседневной носки оно обусловлено высокой воздухопроницаемостью материалов, наличием неплотностей в области шеи, запястьев и низа куртки. Наименьшее снижение теплоизоляции в изолирующем комбинезоне связано с хорошей герметизацией подкостюмного пространства, в результате чего внешний воздух почти не проникает внутрь костюма.
Чтобы определить роль пододежной конвекции в снижении теплоизоляционной способности одежды, была проведена дополнительная серия опытов. Под изолирующий костюм с определенной теплозащитной способностью поддували воздух со скоростью, схожей с той, которая регистрируется во время работы рук и ног, т. е. имитировали естественную конвекцию во время движения человека, причем скорость поддува возрастала с 0,1 до 0,6 м/сек, т. е. до максимума зафиксированной в некоторых опытах при беге. Полученная зависимость снижения теплоизоляции (в %) от скорости движущегося воздуха с температурой 20° представлена на рисунке. Подобная закономерность сохранилась и при подаче воздуха с температурой 29°, т. е. близкой к комфортной для подкостюмного пространства. Однако степень снижения теплоизоляции была меньше и составила 24%. Учитывая этот факт, мы решили определить зависимость снижения теплового сопротивления одежды от температуры движущегося воздуха под одеждой. Для этого температуру подаваемого воздуха изменяли от 32 до 20º. Это позволило воспроизводить условия микроклимата под одеждой при разной степени охлаждения человека. Полученная зависимость показана на рисунке.
Итоги проведенных исследований показывают, что определение конвекции под одеждой при испытаниях новых и существующих средств индивидуальной защиты имеет серьезное гигиеническое значение, так как при этом получают необходимые отправные данные для рационального построения конструкции изделия. Знание топографии конвективных токов и их величин под одеждой позволяет определить, насколько правильно осуществлена «разводка» воздуха в пневмокостюме, как изменится теплоизоляционная способность одежды, каким образом сделать костюм с хорошей герметизацией его узлов, а также решить ряд других вопросов, имеющих непосредственное отношение к разрабатываемым средствам индивидуальной защиты.
