V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Для обслуживающего персонала ресторанного комплекса существует своя спецодежда. Поскольку эта профессия предполагает работу с пищевыми продуктами, спецодежда должна отвечать определённым гигиеническим нормам. Сегодня по одежде персонала предприятия общественного питания можно определить его класс. Одежда повара – это неотъемлемая часть концепции ресторана, его стиля. Поэтому к её выбору надо подходить со всей тщательностью. При изготовленииодежды повара выбор ткани играет важную роль: она в первую очередь должна быть износостойкой и готовой к частой стирке и химчистке. Одежда персонала также должна быть удобной и комфортной, позволяющей совершать активные действия в течение всего рабочего дня. Главная фигура в ресторане - повар, творящий шедевры кулинарного искусства. Зачастую он сам выносит их в зал. Одежда повара, прежде всего, включает в себя следующие компоненты: поварской колпак высотой 30 см, фартук, шейный платок, куртку и брюки. Среди них, несомненно, выделяется колпак как обязательный атрибут униформы повара. Поварские колпаки могут иметь самую различную форму и обычно изготовлены как из натуральных, так и из полунатуральных тканей. В последнее время появились даже одноразовые поварские колпаки, которые снимают заботу о постоянной стирке одежды повара. Самый заметный элемент униформы для поваров - это куртка, её дизайн становится частью облика ресторана. Но, каким бы ни был внешний вид одежды повара, она ни в коем случае не должна перестать быть функциональной, поэтому поварская куртка обязана иметь достаточно свободный покрой и не стеснять движений. Спецодежда для ресторанов - это не только дань моде и желание соответствовать высоким стандартам стиля, но и необходимое требование ко всем предприятиям общественного питания.

Рис.1. Примеры спецодежды ресторанных поваров

Костюм су-шефа (помощника шеф-повара) отличается высотой колпака (20 см) и фартуком, который должен быть на 20 см ниже коленей. Кроме этого, его дополняют полотенце и нарукавники, которые су-шеф надевает по желанию. Рядовые повара и работники кухни могут носить вместо курток - халаты, а вместо колпаков - белые или цветные береты, а также пилотки с логотипом фирмы.

Требования к материалам для одежды определяются действием на организм человека климатических условий. Для улучшения теплового состояния человека и облегчения процесса терморегуляции в условиях повышенной температуры и интенсивной солнечной радиации необходимо применять материалы с низкой теплопроводностью и высокими влагопроводными свойствами. Для снижения влажности в пододежном пространстве материалам летней одежды должна быть присуща высокая воздухопроницаемость и гигроскопичность. Увлажненные материалы увеличивают поверхность испарения и способствуют более эффективному охлаждению поверхности тела человека. Материалы летней одежды должны иметь высокое водопоглощение для удаления с кожи человека выделяющегося пота и увеличения эффективности влагопотерь. Большое значение в самочувствии человека имеет величина опорной поверхности и степень гладкости материалов. Установлено, что легкие материалы с гладкой поверхностью прилипают к увлажненному телу человека, ослабляя потоотделительную функцию кожи. Поэтому для летней одежды принимают ткани, имеющие небольшую опорную поверхность, высокую гигроскопичность, оптимальное соотношение скорости сорбции и десорбции влаги.

Для работы в условиях низких и высоких температур необходимо создать благоприятные условия для кожного покрова с помощью одежды, а также его искусственного нагревания или охлаждения. Теплообмен, идущий сквозь одежду, или, наоборот, теплоизоляция одежды зависят в значительной мере от того, удастся ли задержать и сохранить в одежде (или на одежде) воздух.

Неподвижный воздух действует как изолирующий слой с постоянной проводимостью независимо от формы материала. Возмущение воздушных слоев приводит к нарушениям эффективной толщины воздушной подушки; подразумеваются возмущения воздушной среды не только по причине дуновения ветра, но также вследствие передвижения людей в одежде, - перемещая тело в пространстве (компонент ветра), они осуществляют движение его частей. Естественная конвекция усиливает данный эффект.

Излучение - другой важный механизм, оказывающий влияние на общий теплообмен. Любая поверхность сама излучает теплоту или поглощает ту теплоту, которая излучается другими поверхностями. Тепловой поток излучения приблизительно пропорционален разности температур между двумя взаимодействующими поверхностями. Слой одежды между двумя поверхностями будет мешать радиационному теплообмену, прерывая соединяющий их поток энергии; температура одежды примет те значения, которые являются средней величиной температуры двух поверхностей, сократив разность их температур в два раза, поэтому и излучающий поток уменьшится в два раза. Чем больше слоев в воздушной подушке, тем меньше скорость теплообмена. Следовательно, многослойная упаковка воздушной подушки сокращает теплопередачу излучающего тела.

В результате проводимости замкнутого воздушного слоя и радиационного теплопереноса проводимость ткани остается одной и той же величиной для тканей различной внутренней толщины и структуры. Следовательно, теплоизоляция пропорциональна толщине тканевого слоя.

Воздушные слои также создают устойчивость к диффузии испаряемого пота, идущей от влажной кожи во внешнюю окружающую среду. Величина этой устойчивости, почти прямо пропорциональна толщине одежды. Паронепроницаемость тканей зависит от воздушной подушки и плотности её внутренней упаковки. В реально существующих тканях высокая плотность и большая толщина воздушной подушки никогда не сочетаются друг с другом. Исходя из этого ограничения, можно рассчитать воздушный эквивалент ткани, свободный от пленок и покрытий. У тканей с поверхностным или ламинированным покрытием может быть непредсказуемый уровень паронепроницаемости, который переходит от тканевых и воздушных слоев к одежде.

Таким образом, из изучения механизмов теплообмена можно сделать следующие выводы:

1) одежда с высокой тепловой защитой обязательно должна быть плотной по своей структуре;

2) более высокой степени теплозащиты можно достичь путем подбора соответствующих комплектов спецодежды, имеющих многоярусную плотную набивку или упаковку;

3) свободные одежды имеют относительно большую теплозащиту, чем плотно прилегающие к телу;

4) у теплозащиты есть нижний предел, который определяется воздушным слоем набивки ткани, которая прилегает непосредственно к кожному покрову.

У плотных тканей имеется также один недостаток: чем больше слоев в набивочной ткани, тем более жесткой становится конструкция одежд, изготовленных из них. В результате свобода движения в этих одеждах ограничена.

Теплозащита комплектов спецодежд в большой степени зависит от дизайна одежды. К параметрам дизайна, которые влияют на теплозащиту одежды, относят число набивочных слоев, вырезы, удобство, распределение теплозащитного слоя по телу и незащищенной части кожного покрова. Важны также некоторые другие свойства материала, такие как:

- воздухопроницаемость;

- коэффициенты отражения излучений;

- качество поверхностных покрытий.

Суммарная величина теплообмена тела включает теплоту, которая переносится с открытых участков кожного покрова (обычно голова и руки), и теплоту, проходящую сквозь одежду. Оценка внутренней теплоизоляции производится в расчете на полную площадь кожного покрова, а не только закрытой его части. Теплоперенос с открытых частей тела всегда превышает теплоотдачу с закрытых участков кожи и, следовательно, оказывает глубокое влияние на внутреннюю теплоизоляцию. Этот эффект еще более заметен, если увеличивается скорость ветра. На рисунке 1 показано, как внутренняя теплоизоляция последовательно уменьшается из-за кривизны форм тела (наружные слои менее эффективны, чем внутренние), открытых частей тела (дополнительный путь для теплообмена) и увеличенной скорости ветра (меньшая теплоизоляция особенно открытого участка кожи). В комплектах спецодежды с плотной и толстой набивкой уплотнения происходит еще более заметное падение уровня теплоизоляции.

При определении теплоотдачи важная роль принадлежит толщине теплоизолирующего слоя и площади покрытия кожного покрова. Зимняя одежда не только плотнее летней спецовки, но еще и накрывает относительно большую часть тела, чем в летний сезон. На рис. 2 показывается, как этот результат приводит к почти линейной зависимости между плотностью одежды (выраженной как объем изоляционного материала в расчете на единицу площади кожного покрова под одеждой) и теплоизолирующим слоем. Нижний предел устанавливается теплоизолирующим слоем воздушной подушки, а верхний - практической применимостью одежды. Равномерное распределение тепловой нагрузки может обеспечивать самую лучшую теплоизоляцию на холоде, но сразу выясняется, что непрактично переносить большие количества груза и большие массы на конечностях. Поэтому акцент делается часто на туловище, а чувствительность соседних участков кожи к переохлаждению адаптируется именно к этим условиям. Конечности в системе органов человека играют важную роль в управлении тепловым балансом человека, а высокий уровень в их теплоизоляции ограничивает эффективность этого регулирования.

Воздушная подушка внутри комплекта одежды подвержена разного рода изменениям при передвижении объекта в пространстве и под влиянием движения в ней воздуха, но не в такой степени, как смежный слой окружающей ее воздушной среды. Ветер вентилирует одежду как воздух, проникающий через ткань и вырезы, в то время как передвижение в пространстве увеличивает внутреннее кровообращение в организме.

Для тканей, способных абсорбировать пары воды (а большинство волокон естественного происхождения справляются с этой работой), назначение одежды сводится к тому, чтобы служить буфером для пара. Это изменяет тип теплопереноса в зависимости от параметров окружающей среды. Как только испытуемый человек, одетый в паронепоглощающую одежду, переходит из сухой окружающей среды во влажную обстановку, так сразу же резко сокращается испарение потовыделений. В гигроскопической одежде ткань поглощает пар, поэтому изменение в уровне испарений носит постепенный характер.

.

Рис.2. Внутренняя теплозащита организма: влияние изгибов тела,

обнаженной кожи и скорости воздушных потоков

Рис.3. Совокупное значение теплозащиты организма: какое влияние

оказывают плотность одежды и правильная подгонка к телу человека

В то же самое время в результате этого процесса высвобождается из ткани теплота, которая увеличивает ее температуру. Это приводит к сокращению сухого теплопереноса с кожного покрова. На первый взгляд, можно утверждать, что в обоих случаях последствия носят взаимный и самоуничтожающий характер, хотя суммарная величина теплопереноса остается неизменной. Отличия, связанные с ношением негигроскопической одежды, заключаются в том, что в данном случае происходит более постепенный переход к испарению потовыделений с кожного покрова, причем риск потовых закупорок не увеличивается, а сокращается.

Способность к паропоглощению ткани зависит от типа волокна и массы ткани. Объем поглощаемого пара прямо пропорционален его относительной влажности, но он еще выше при относительной влажности, превышающей 90 %. Поглощающая способность (иначе называемая способностью к восстановлению) выражается как количество паров воды, которые поглощаются 100 г сухого волокна при относительной влажности 65 %.

Ткани можно классифицировать следующим образом:

• с низким уровнем поглощения - акрил, полиэстер (от 1 до 2 г в 100 г);

• со средним уровнем поглощения - нейлон, вата, ацетат (от 6 до 9 г в 100 г);

• с высоким уровнем поглощения - шелк, лен, пенька, вискоза, джут, шерсть

(от 11 до 15 г в расчете на100 г).

Влагоудержание в тканях, которое часто путают с поглощением пара, происходит по другим правилам. Избыточная вода свободно связывается с тканью и передвигается не только вдоль капилляров, но и поперек них. Этот процесс известен под названием эффекта фитиля. Влагоперенос с одного места на другое осуществляется только внутри влажных тканей и под давлением. Одежда может увлажняться неиспаряемым (поверхностным) потовыделением, которое поступает с поверхности кожного покрова. Содержание жидкости в ткани может быть высоким, а ее последующее испарение представлять угрозу тепловому балансу. Это явление обычно наблюдается в период отдыха после тяжелой работы и известно как эффект охлаждения после теплового перегрева. Способность тканей к удержанию жидкости больше связана с их структурой, чем поглощающей способностью волокна; в практическом отношении ее бывает достаточно, чтобы впитать в себя весь излишний пот.

Одежда может иногда намокать благодаря проникновению в нее конденсата испаряемых потовыделений. Это проникновение происходит тогда, когда влажность становится выше, чем позволяет температура окружающей среды. В холодную погоду конденсат проникает во внутреннюю часть ткани, из которой сшита одежда; в особенно холодную погоду он проникает еще дальше в глубинные структуры воздушной подушки. В местах конденсации накапливается влага, но температура при этом увеличивается точно так же, как и при поглощении избыточной влаги. Отличие конденсации от поглощения состоит, в том, что поглощение - это временный процесс, а конденсация может продолжаться в течение довольно продолжительного времени.

Скрытый теплоперенос во время конденсации может приводить к очень существенным теплопотерям, желательным или нежелательным. В большинстве случаев накопление влаги рассматривается как недостаток, потому что причиняет неудобства и провоцирует эффект охлаждения после теплового перегрева. При обильной конденсации жидкость может передаваться назад к кожному покрову, чтобы испаряться снова и снова. Этот рабочий цикл функционирует как теплообменник и может значительно уменьшать теплоизоляцию нижнего белья.

Теплоизоляция комплекта определяется конструкцией его составляющих (например, куртка, брюки, комбинезон и др.), теплофизическими свойствами материалов, скоростью ветра и интенсивностью движения человека, обусловливающих увеличение его теплопотерь. Под теплоизоляцией комплекта одежды понимается полное сопротивление переносу теплоты от поверхности тела человека во внешнюю среду (включая материалы одежды, воздушные прослойки между ними и пограничный слой воздуха, прилегающий к наружной поверхности одежды), представляющее собой отношение разности средневзвешенной температуры кожи и температуры окружающей среды к средневзвешенной величине плотности "сухого" теплового потока с поверхности тела . "Сухой" тепловой поток - это тепловой поток, состоящий из одного или более компонентов: кондуктивного , конвективного , радиационного .

Теплоизоляция комплекта одежды, ⁰С/м² /Вт:

, (1)

где - средневзвешенная температура кожи, ⁰С; - температура окружающей среды; - средневзвешенный тепловой поток, Вт/м^2.

Величины и представляют собой, соответственно, среднюю температуру кожи и теплового потока, рассчитанные в соответствии с их значениями на отдельных участках и долей их площади по отношению ко всей поверхности тела.

Указанное означает, что для расчета величины теплоизоляции необходимы сведения о допустимых величинах и , а также температуре окружающей среды , при которой предполагается эксплуатировать одежду.

Средневзвешенная температура кожи зависит от уровня энергозатрат человека (, Вт/м²) и его теплоощущений (таблица 1).

Таблица 1

Уравнения для определения , °С, в целях расчета необходимой

теплоизоляции комплекта одежды

Теплоощущение	Формула
комфорт	= 36,07 - 0,0354
прохладно	= 33,34 - 0,0354
холодно	= 30,06 - 0,0310

Теплоизоляция отдельных предметов одежды (головной убор, рукавицы, обувь, костюм и т.д.) определяется из уравнения:

, (2)

где - температура кожи той или иной области тела (локальная), ⁰С; - температура окружающего воздуха, ⁰С; - тепловой поток с поверхности той или иной области тела (локальный), Вт/м².

Одежда имеет теплоизоляционный эффект в отношении передачи теплоты во внешнюю среду. Чтобы иметь возможность это учитывать, был введен специальный показатель, получивший название «Clo» (сокращение от англ. clothing - одежда). Один «Кло» равен значению термоизоляции, необходимой для поддержания комфорта человека в состоянии отдыха при температуре окружающего воздуха 21 ⁰С. Стандартной международной единицей теплоотдачи является не «Кло», а м²К/Вт (один «Clo» равен 0,155 м²К/Вт). «Кло» - это такая единица, которая соответствует теплоизоляции человека, одетого в стандартный костюм (рубашку, брюки, пиджак и легкое нижнее белье). Широко используется показатель «Clo» Американским инженерно-техническим обществом отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха ASHREA.

В таблице 2 приведены показатели значения «Clo» и степени изоляции основных видов одежды. Показатели являются условными и могут видоизменяться в зависимости от типа материала и комплекта носимой одежды.

Суммарное сопротивление одежды испарению влаги, м².кПа/Вт, может быть определено из выражения:

, (3)

где - сопротивление испарению влаги слоя воздуха, прилегающего к в поверхности одежды; - сопротивление испарению влаги пакета материалов одежды и воздушных прослоек между ними.

Таблица 2

Показатели термоизоляции различных видов одежды

Вид одежды	м2К/Вт	Clo
Костюм легкий летний	0,078	0,5
Костюм средней плотности	0,124	0,8
Костюм зимний	0,155	1,0

В том случае, когда для изготовления одежды используются паропроницаемые материалы, расчет потерь теплоты испарением с поверхности тела человека может быть осуществлен по формуле (4):

, (4)

где - площадь поверхности тела обнаженного человека, м²; - теплопотери испарением влаги при дыхании, Вт/м².

Однако поскольку в условиях воздействия ветра и в процессе выполнения физической работы теплоизоляция комплекта снижается, то должна быть введена соответствующая поправка в величину , которая определяется в соответствии с формулой (5).

, (5)

где В - воздухопроницаемость внешнего слоя одежды, измеренная при перепаде давления 49 Па, дм³/м²/с; V - скорость ветра, м/с; С - снижение теплоизоляции, %.

Если, например, предполагается эксплуатировать комплект одежды в климатическом регионе, где наиболее вероятная скорость ветра в зимние месяцы составляет 5,6 м/с, а в качестве внешнего слоя планируется использовать материал, имеющий воздухопроницаемость 10 дм³/м²/с, то теплоизоляция комплекта должна снизиться на 20,3% (формула 5). Должная величина теплоизоляции комплекта в этом случае с учетом поправки на ветер определяется по формуле(6):

. (6)

Если комплект одежды предполагается эксплуатировать в условиях воздействия ветра, то величина их теплоизоляции должна быть увеличена в соответствии с формулой (6). Для данного случая величина теплоизоляции комплекта с учетом поправки на ветер, и воздухопроницаемость внешнего слоя, и движение человека , при условии сохранения теплового комфорта, должна быть равной 0,572°С м²/Вт, а при допущении указанного выше охлаждения - 0,447°С м²/Вт.

Теплоизоляционные свойства одежды в сидячем положении характеризуются более низкой величиной, чем в положении стоя. Однако в зависимости от энергичности телодвижений теплоизоляция одежды уменьшается значительнее, чем в состоянии покоя. Во время ходьбы двигаются как руки, так и ноги, поэтому теплоизоляция одежды сокращается сильнее, чем когда движутся только ноги. В этом случае больших значений достигает сокращение теплоизоляции одежды с плотной набивкой. При ветровой нагрузке больше всего уменьшается теплоизоляция легкой одежды, в меньшей степени этот эффект касается зимней одежды.

Выводы

В настоящее время существует целый ряд стандартов и индексов, позволяющих классифицировать различные типы одежды и ее теплоизоляционные свойства при изменении климатических условий. Почти во всех случаях без исключения они имели дело со стационарными состояниями, в которых климат и условия работы поддерживались достаточно долго, чтобы у человека могла выработаться постоянная температура тела. Теперь этот вид производственной деятельности стал большой редкостью в связи с улучшившимися условиями охраны здоровья и труда. Акцент сдвинулся в сторону реагирования на чрезвычайные обстоятельства, часто связываемые со стратегией поведения в чрезвычайных ситуациях и необходимостью ношения защитной одежды. В результате возникает необходимость разработки динамических моделей, описывающих происходящие внутри защитной одежды процессы теплопереноса и тепловых нагрузок, которые испытывают те, кто ее носит. Такое моделирование может быть осуществлено посредством динамических компьютерных моделей, разработанных по определенной программе. Среди наиболее сложных на сегодняшний день моделей, относящихся к одежде - это THDYN, которая позволяет сочетать технические условия массового производства защитной одежды с индивидуальными характеристиками человека-модели.

Динамические модели на основе физики тепломассопереноса включают все механизмы теплообмена и их взаимодействия с широким набором комплектов специальной защитной одежды, абсорбцию пара, теплоперенос от источников излучения, конденсацию, вентиляцию, влагонакопление, и т.д.

В данной статье выполнен анализ основных закономерностей теплообмена «человек-одежда-окружающая среда», тепло-влажностных свойств тканей и материалов, применяемых для изготовления спецодежды, их паропроницаемости. Предложен алгоритм расчета спецодежды человека, используемый при моделировании его теплообмена с окружающей средой.

Библиографический список

1. Материалы сайта http://base.safework.ru

2. ГОСТ Р 12.4.236-2011 ССБТ. Одежда специальная для защиты от пониженных температур. Технические требования. – Введ. 2011-05-26. – М.: Стандартинформ, 2011. – 43 с.

3. МР 11-0 279-09 Методические рекомендации по расчету теплоизоляции комплекта индивидуальных средств защиты работающих от охлаждения и времени допустимого пребывания на холоде. – Введ. 2001-10-25. – М., 2001. – 48 с.

4. Булыгина, С.Г. Моделирование конвективного теплообмена человека с воздухом производственных помещений ресторанных комплексов / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова // Инженерные системы и сооружения. - 2011. -№2 (5). - С. 55-66.

5. Булыгина, С.Г. Моделирование лучистого теплообмена человека с внутренними поверхностями производственных помещений ресторанных комплексов / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов // Инженерные системы и сооружения. - 2011. - №2 (5). - С. 67-73.

6. Сотникова, О.А. Моделирование распределения трехмерных стационарных воздушных потоков в помещении / О.А. Сотникова, И.С. Кузнецов, Л.Ю. Гусева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т.3. - № 6. - С. 121-123.

7. Сотникова, О.А. Математическая модель процессов конденсации водяных паров на теплообменных поверхностях / О.А. Сотникова, Н.А. Петрикеева, В.С. Турбин // Известия Тульского государственного университета. Строительство, архитектура и реставрация. - 2006. - № 10. - 159 с.

8. Сотникова, О.А. Расчет лучистого теплообмена в энергетических установках с вихревыми топочными устройствами /О.А. Сотникова, Д.Б. Кладов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2011. - № 1. - С. 22-28.

9. Сотникова, К.Н. Разработка модели синтеза состава традиционных систем теплоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии. Научный вестник Воронежского государственно-строительного университета. Строительство и архитектура.-2009. - №3. - С. 25-31.

10. Сотникова, К.Н. Повышение эффективности энергосбережения потребителей в системах с нетрадиционными источниками теплоты. Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - Т.5. - № 4. - С.66-71.

11. Сотникова, К.Н. Автоматизация процессов управления тепловыми потоками в помещениях / К.Н. Сотникова, А.В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2008. - Т.4. - № 12. - С.48-50.

12. Сотникова, К.Н. Разработка алгоритма оптимизации расхода топлива источником теплоты /К.Н. Сотникова, А.С. Бабич, М.А. Кирнова // Инженерные системы и сооружения. - 2009. - № 1 – С.125-131.

Код для цитирования: Скопировать