VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Особенности климата в различных регионах Российской Федерации характеризуются, с одной стороны, сформировавшимися параметрами, закрепившимися за отдельными территориями, а с другой стороны – непрерывными изменениями и формированием новых приоритетных факторов, которые определяют там специфику условий жизнедеятельности людей. Специальное районирование нашей страны в целях проектирования одежды для заданных условий эксплуатации имеет целью выделить характерные количественные показатели, которые заложены в методики расчетов параметров конструкции средств индивидуальной защиты человека от холода [1]. Согласно ГОСТ Р 12.4.236-2011 [2] наиболее низкая температура воздуха в Северных районах страны, на которую ориентированы теплозащитные свойства одежды, равна -41°С. Однако, систематизированный анализ метеорологической информации о температурном режиме в регионах Арктической зоны России показал, что вероятными температурами пребывания и жизнедеятельности человека являются температуры, существенно ниже установленного предела, достигая до -70°С [3], что становится причиной пересмотра детализации климатического районирования Арктических территорий России для повышения качества тепловой защиты специальной одежды.

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

Таким образом, в рамках ранее сформированной карты районирования для проектирования одежды [1] можно выделить дополнительные зоны (в соответствии с рисунком 1), характеризующиеся специальным сочетанием сложных погодных условий для жизнедеятельности человека.

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.

1. Климатическое районирование [Электронный ресурс]: Web– мастера biofile.ru, режим доступа http://biofile.ru/geo/7308.html, 2013-2014 год.

2. ГОСТ Р 12.4.236-2011 Национальный стандарт РФ ССБТ «ОДЕЖДА СПЕЦИАЛЬНАЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР». Введен 01.12.2011.

3. 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

4. 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.

5. 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.

6. 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

Код для цитирования: Скопировать