Анализ характеристики климатических зон северной части России показал, что существуют районы, где температура воздуха не является единственным критерием для определения условий проектирования. К таким критериям следует также отнести низкие температуры, ветровую нагрузку, высокую влажность для территорий, где фиксирован большой периметр морского побережья.
В таблице 1 представлены обобщенные данные о климатических условиях в Северной части России.
Таблица 1. Характерные климатические характеристики Северной части России
Регион |
Температура воздуха, °С |
Влажность воздуха, % |
Скорость ветра, м/с. |
Высота снежного покрова, см. |
Архангельская область |
-55 |
85 |
5 |
50-60 |
Ямало-Ненецкий Автономный округ |
- 45-60 |
71 |
30 |
60-70 |
Республики Коми |
-55 |
50 |
5,5 |
60-70 |
Красноярский край |
-50 |
68 |
2,5 |
60 -70 |
Республика Саха Якутия |
-71 |
30 |
2 |
20-60 |
Чукотский автономный округа |
-42 |
80 |
15 |
35-60 |
Камчатка, Корякский автономный округ |
-20-30 |
74 |
10-12 |
75-80 |
А – (высокая скорость ветра + низкая температура воздуха); В – (низкая температура воздуха + повышенная влажность воздуха); С – (высокая скорость ветра + повышенная влажность воздуха). Рисунок 1. Дополнительные зоны в рамках районирования северных территорий страны для проектирования теплозащитной одежды |
С учетом специфических условий в характеристиках одежды, проектируемой для рассматриваемых условий, формируется три группы приоритетных свойств.
В выделенных зонах с преимущественными снегопадами и преобладанием высокой скорости ветра устанавливаются дополнительные требования к обеспечению ветрозащиты в многослойном пакете материалов с повышенным коэффициентом скольжения верхнего покровного слоя для снижения фиксирования снежной массы на поверхности одежды. В зонах, где преобладают особо низкие температуры и повышенная влажность воздуха необходимо сформировать пакет материалов с повышенным уровнем теплового сопротивления и низкой гигроскопичностью. В зонах с преобладанием высокой скорости ветра и повышенной влажности воздуха в одежде необходимо использовать многослойный пакет не только с повышенным уровнем ветрозащиты, но и с высоким уровнем теплового сопротивления. Все рассмотренные зоны при любых критических сочетаниях условий характеризуются крайне низкими температурами. Введение дополнительных защиных слоев в пакете материалов теплозащитной одежды для условий нефтедобычи имеет следующее требование: этот слой в пакете материалов не должен ухудшать его деформационные свойства, должен быть гибким и допустимо мягким [4].
Полученные дополнительные региональные участки районирования в целях проектирования одежды направлены на повышения показателей оптимизации первичной защиты человека от низких температур за счет учета сопутствующих поправочных факторов: ветра, снега, влажности.
В качестве опорной задачи для оценки изменения базовой толщины пакета материалов [5], которая представляет собой ориентир в проектировании теплозащитной одежды различного комплексного назначения были выполнены специальные расчеты, учитывающие полученные выше результаты.
Для расчета толщины пакета материалов были определены условия, характерные для следующих регионов северной части России: Ямало-Ненецкий Автономный округ; Якутия; Камчатка; Шельф Баренцева моря.
Для расчета параметров пакета материала одежды, рекомендуемой к эксплуатации в Ямало-Ненецком Автономном округе: время непрерывного пребывания на холоде 4 часа; степень охлаждения – балл теплоощущений 3; мужчина - 35лет, рост 180, вес 85 кг.; площадь поверхности тела человека 2,05 м2; величина основного обмена 41,4Вт; вид деятельности: ходьба по ровной местности со скоростью 2,2 км/ч.; соответствующая мощность теплопотерь на механическую работу Qм = 19,64, Вт; мощность теплопотерь на испарение влаги с поверхности кожи и верхних дыхательных путей Qисп = 43,63 Вт; мощность теплопотерь на нагревание вдыхаемого воздуха Qдых.н.= 32,38 Вт [4].
В соответствии с методикой последовательных расчетов мощности радиационно-конвективных теплопотерь Qрад.конв, Вт, теплового потока на единицу поверхности тела человека qc.п, Вт/м2, средневзвешенной температуры для теплоощущений «слегка прохладно» , °С; было рассчитано суммарное термическое сопротивление пакета материалов одежды рассчитывается на основе высоких, средних и экстремальных показателей температуры воздуха и скорости ветра в зимний период и учетом поправки на охлаждающие действие ветра (Таблица 3) [4,5].
Таблица 2. Расчетное суммарное термическое сопротивление пакета материалов для теплозащитной одежды, рекомендуемой к применению в ЯНАО
Температура воздуха °С/ Скорость ветра, м/с |
||
Высокие Т= -24°С, V=2м/с |
Средние Т= -28°С, V=2м/с |
Экстремальные(низкие) Т= -60°С, V=2м/с |
Rсум=; |
||
Rсум= = 0,78 |
Rсум= = 0,84 |
Rсум= = 1,3 |
Толщина пакета для обозначенных климатических условий составляет: при высокой зимней температуре данного региона (Условия - 24 мм, при средней - 27 мм, при экстремально низкой - 44 мм. Используя данные о рациональном распределении утеплителя по участкам тела человека, была рассчитана толщина пакета материалов в различных зонах теплозащитной одежды (Таблица 3).
Таблица 3. Зональное распределение толщины пакета материалов по поверхности одежды, рекомендуемой для эксплуатации в ЯНАО
Область тела |
Толщина , мм для температур воздуха: |
||
Высоких (зимних) |
Средних (зимних) |
Экстремально низких |
|
Голова Туловище Плечо и предплечье Кисть Бедро Голень Стопа |
9,36 27,36 27,12 13,44 25,68 20,64 14,16 |
10,53 30,78 30,51 15,12 28,89 23,22 15,93 |
17,16 50,16 49,72 24,64 47,08 37,84 24,64 |
Расчет параметров пакета материалов для теплозащитной одежды, рекомендуемой к эксплуатации в Якутии, позволил получить следующее распределение толщины пакета по поверхности одежды (Таблица 4). Толщина пакета для климатических условий с высокой зимней температурой составляет 29 мм, средней - 40 мм, экстремально низкой - 52 мм.
Таблица 4. Зональное распределение толщины пакета материалов по поверхности одежды, рекомендуемой для эксплуатации в Якутии
Область тела |
Толщина ,мм, для температур воздуха: |
||
Высоких (зимних) |
Средних (зимних) |
Экстремально низких |
|
Голова Туловище Плечо и предплечье Кисть Бедро Голень Стопа |
11,31 33,06 32,77 16,24 31,03 24,94 16,24 |
15,6 45,6 45,2 22,4 42,8 34,4 23,6 |
20,28 59,28 58,76 29,12 55,64 44,72 30,68 |
В реальных условиях эксплуатации требуется обеспечить мобильное реагирование защитной одежды на смену климатических условий, и локальной теплопродукции в одежде можно, опираясь на конструкцию многослойного пакета с использованием материалов, соответствующих требованиям сурового климата Арктической части России, установленным его сопутствующим воздействиям и специфическим свойствам системы взаимодействия одежды с нефтью, ее продуктами в сочетании с примесями опасных газов в воздухе.
Исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что условия жизнедеятельности человека в рамках производственных процессов нефтедобычи связаны с рядом факторов, среди которых воздействие самой нефти и ее продуктов на индивидуальные защитные конструкции одежды является агрессивным сопутствующим параметром [6]. В то же время установлено, что тенденции изменения климата привели к формированию увеличенных снежных покровов в сочетании с общим обледенением, и к повышению концентрации в воздухе горючих газов (метана). Этот факт в сочетании с параметрами окружающей среды представляет собой сложнейшую систему, представляющую опасность для жизнедеятельности и труда человека на нефтедобывающем предприятии по направлению следующих факторов: воздействие низких температур, воздействие агрессивных сред нефти, нефтепродуктов и её испарений, напряженность атмосферы по составу горючих газов, риски воспламенения взрывоопасных газов в условиях контакта с жидкими воспламеняющимися средами и искроопасным технологическим оборудованием на объектах нефтедобычи.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта по проекту 2838.
Климатическое районирование [Электронный ресурс]: Web– мастера biofile.ru, режим доступа http://biofile.ru/geo/7308.html, 2013-2014 год.
ГОСТ Р 12.4.236-2011 Национальный стандарт РФ ССБТ «ОДЕЖДА СПЕЦИАЛЬНАЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР». Введен 01.12.2011.
Черунова И.В. Защитные свойства спецодежды в условиях нефтедобычи / И.В.Черунова, И.В.Куренова, Л.А.Осипенко, Е.А.Щеникова, С.А.Колесник // Швейная промышленность, 2011. -№ 3. - С. 14-15
Делль Р.А., Афанасьева Р.Ф.,Чубарова З.С. Гигиена одежды: Учеб. пособие для вузов.– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Легпромбытиздат, 1991.- 160 с.
Черунова И.В. и др. Защитные свойства спецодежды в условиях нефтедобычи / И.В.Черунова, И.В.Куренова, Е.А.Щеникова, С.А.Колесник // Швейная промышленность, 2011. - № 4. - С. 32-33.
Черунова И.В., Стефанова Е.Б., Меркулова А.В. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ / И.В.Черунова, Е.Б Стефанова., А.В.Меркулова // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-1. С. 34-36