GB T 24254-2009 纺织品和服装.冷环境下需求热阻的确定.pdf
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1、ICS 5908030W 04 雷园中华人民共和国国家标准GBT 24254-2009纺织品和服装 冷环境下需求热阻的确定Textile and clothing-Determination and interpretation of cold stress whenusing required clothing insulation(IREQ)and local cooling effects(ISO 11079:2007,Ergonomics of the thermal environment-Determinationand interpretation of cold stress
2、when using required clothing insulation(IREQ)and local cooling effects,MOD)2009-06-19发布 2010-02-01实施宰瞀徽紫瓣訾襻瞥星发布中国国家标准化管理委员会及111刖 置GBT 24254-2009本标准修改采用ISO 11079:2007热环境人类工效学用服装需求热阻和局部冷效应对冷应力的确定和解释。本标准与IsO 11079:2007的主要差异如下:标准题目改为“纺织品和服装冷环境下需求热阻的确定”;将“规范性引用文件”中参考采用的标准列入“参考文献”;在附录C中增加了表C3“单件服装基本热阻参考表(
3、依据暖体假人法测试,ISO 9920)”和表C4“纺织材料基本热阻(f。z)列举(依据蒸发热板法测试,GBT 11048)”;增加了附录G“中国主要城市气温统计表”。本标准的附录A为规范性附录,附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G为资料性附录。本标准由中国纺织工业协会提出。本标准由全国纺织品标准化技术委员会基础标准分会(SACTC 209SC 1)归口。本标准起草单位:国家纺织制品质量监督检验中心、3M中国有限公司。本标准主要起草人:葛碉、王宝军、任鹤宁。GBT 242542009引 言风冷是在寒冷环境普遍遇到的情况,但低温是身体热平衡的首要危害。通过适当的衣物、纺织品、服装调整,人
4、往往可以控制和调节身体散热损失,与周围环境的变化达到热平衡。本标准给出了评估维持身体热平衡所需的服装热阻的方法。热平衡方程参考了皮肤表面和服装之间热交换的最新科学研究结果。1范围纺织品和服装冷环境下需求热阻的确定GBT 24254-2009本标准规定了暴露于寒冷环境热应力的评估规律和方法。本标准适用于连续性、间断性以及偶尔暴露于室内和室外的工作种类。不适用于与某些气象现象(如降水)相关的特定影响。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使
5、用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GBT 5453纺织品织物透气性的测定(GBT 8453 1997,eqv ISO 9237:1995)GBT 11048纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(GBT 11048-2008,IS0 11092:1993,MOD)GBT 18048热环境人类工效学代谢率的测定(GBT 180482008,ISO 8996;2004,IDT)3术语和定义、符号31术语和定义下列术语和定义适用于本标准。311冷应力cold stress在重大或失代偿的生理应变下,身体热交换(热损失)等于或远大于热平衡时的气候条件(热负债
6、)。312热应力heat stress在重大和偶尔失代偿生理应变下,身体热交换(热损失)恰好等于或远小于热平衡时的气候条件(热存储)。313需求热阻required clothing insulationIREQ在界定的生理应变水平下,保持身体热量平衡时需要的服装热阻。314热中性区域thermalneutral zone身体保持热平衡的温度区间,但不包括血管运动反应。315风冷温度wind chill temperature与局部皮肤的受冷相关的温度。32符号下列符号适用于本标准。1GBT 24254-20092A。:迪布瓦(Dubois)躯体表面积,m2。np:空气渗透指数,Lm_2s。C
7、:对流热流量(交换),Wm。c。:呼吸对流热流量(损失),Wm。c。:水蒸发潜热,JKg。c。:恒定压力下,干燥空气的比热,JKg_1K。D,。:有限持续暴露时间,h。E:皮肤表面蒸发热流量(交换),Wm。E。:呼吸蒸发热流量(损失),Wm。,cz:服装面积因数,无量纲。:对流换热系数,Wm_2K。h。:辐射换热系数,Wm。2K。J。:界面层热阻,m2KW。J。一综合界面层热阻,m2KW。J“基本服装热阻,m2KW。J。h:综合服装热阻,m2KW。I,:基本总热阻,m2K-W。I。,。:综合总热阻,m2KW 1。i。:透湿指数,无量纲。IREQ:需求热阻,ITs2KW。IREQ。需求热阻最小值
8、,m2KW。IREQ十:需求热阻值中值(热中性),m2K-W一。K:传导热流量(交换),Wm。M:新陈代谢率,Wm一。丸:水蒸气分压,kPa。P一呼出空气温度时的饱和水蒸气压力,kPa。户一皮肤温度水蒸气压力,kPa。p“,:皮肤表面饱和水蒸气压力,kPa。Q:身体捕获或损失的热量,kJ-i13。QQ的极限值,kJm。R:辐射热流量(交换),Wnl。R。,t:服装和界面空气层的总湿阻,m2kPaW。s:身体储热率,Wm。t。:空气温度,。t“服装表面温度,。t一呼出空气的温度,。t。:操作温度(反映了环境空气温度t。和平均辐射温度t,的综合作用),。t,:辐射温度,。t一局部皮肤温度,。t一平
9、均皮肤温度,。twc:风冷温度,。V:呼吸空气的速率,kgS。饥:空气流速,ms。蜥:行走速度,121s。:距水平基准面10 m处测试的风速,ms。W:有效机械功率,Wm。W。:吸入空气的相对湿度(水分干空气),kgkg。W。:呼出气体的相对湿度(水分干空气),kgkg。”:皮肤潮湿因数,无量纲。J:斯蒂芬玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数,56710 8w(m2K4)。e“服装表面发射率,无量纲。GBT 24254-20094评价方法原理冷应力从身体全面受冷和局部(如四肢及面部)受冷两方面来评估:a)全身受冷第5章热应力的评价和解释中阐释了全身受冷的分析方法。计算基础包括:身体
10、热交换维持热平衡的需求 阻(IREQ),已使用或将要使用的全套服装提供的热阻。b)局部受冷1)对流受冷(风冷);2)传导受冷;3)肢体受冷;4)呼吸道受冷。第6章提供了局部受冷的计算方法。第6章和附录B提供了标准和限值。在以下各节中,描述了主要评价步骤。5全身受冷51概述本部分定义了身体热平衡的一般方程。在热平衡方程中,服装热阻、身体热量的产生和环境物理特征是决定因素。在指定的生理应变标准条件下,该方程可解释为保持身体热平衡的服装需求热阻(IREQ)。IREQ可用于比较工作服装热阻。如果服装热阻低于需求热阻,在身体受冷可接受的水平基础上计算有限暴露时间(Du。)。计算公式,系数和标准详见附录A
11、和附录B。该方法包括下列步骤,见图1:测量环境热参数;确定活动水平(新陈代谢率);计算IREQ;比较IREQ与所用服装提供的综合热阻;一热平衡评价条件,计算所建议的最大有限暴露时间(D。)。GBT 24254-2009冷环境五lfJREQ中值l服装保暖性能不能l充分满足有限暴露l时间的要求Jl蒿芝丢:尹暴露时服装保暖性能充分一稍微有点冷到中性感觉(感觉不冷)计算推荐的暴露时间(Dl。)图1冷环境评价步骤52 IREQ释义IREQ是在实际环境条件下,维持身体和皮肤温度处于可接受水平的身体热平衡状态时,所需服装热阻。a)IREQ是冷应力对空气温度、平均辐射温度、相对湿度和空气流速、指定的新陈代谢率
12、等影响因素的综合计算方法;b)IREQ是人体热环境和新陈代谢率影响因素分析的方法;c)IREQ是确定服装需求热阻的规范和根据实际条件选择服装的方法;d)IREQ是冷环境下调节热平衡参数,以改善服装设计、计划工作时间和工作制度的评价方法。53 1REQ的来源531热平衡方程IREQ根据人体与环境热交换合理分析进行计算。下面说明了影响IREQ的各个因素的基本计算原理。热平衡方程见式(1):MWE。+C。+E+K+R4-C+S(1)4GBT 24254-2009热平衡方程左侧代表内部产生的热量,热平衡方程右侧代表热交换总和,包括:呼吸道热交换,皮肤热交换和身体储存热量等。式(1)的各个变量定义如下,
13、符号意义见3z。532新陈代谢率M是新陈代谢率,按照GBT 18048的规定进行评估。533有效机械功w是有效机械功。在大多数工业环境,这一数值较小,可以忽略不计。具体参见GBT 18048。534呼吸热交换呼吸道热损失,包括加热吸入空气和充满吸人空气引起的热损失,是对流热损失(c。)和蒸发热损失(E。)之和,分别由式(z)和式(3)确定:C。一c。V(f。,一t。)ADu (2)E。一c。V(W。一W。)ADu (3)535蒸发热交换蒸发热交换(E)由式(4)确定:E一(声一P。)R。,。 (4)536传导热交换传导热交换K,与人体局部直接接触外部表面的面积相关。尽管它对局部热平衡很重要,但
14、是传导热交换通常较小,而更多考虑对流热交换和辐射热交换的影响。537辐射热交换辐射热交换R,服装表面包括未覆盖的皮肤部分与环境漫度之间的热辐射,由式(5)确定:R一,c1h,(f。I-一t,) (5)538对流热交换对流热交换C,服装表面包括未覆盖的皮肤部分与环境温度之间的对流热交换,由式(6)确定:C一h。(fdt。) (6)539通过服装发生的热交换通过服装发生的热交换包括传导、对流、辐射和由汗液蒸发传递的热交换。服装的潜热效应按式(4)进行计算。服装的干态热交换作用由服装整体热阻和皮肤与服装之间的表面温度梯度决定。流向服装表面的干热流量与服装表面和环境之间热传递相当。因此,通过服装的热交
15、换可由服装综合热阻公式表述见式(7)。生翌=R+C=MWE。一C。,一ES (7)c154 IREQ的计算根据式(1)到式(7),在稳态条件下,假设热流量与传导热相关,服装需求热阻(IREQ)根据式(8)计算:IREQ一簧君式(7)和式(8)表达了在身体热平衡时服装表面干态热交换,描述了J“,和IREQ之间的关系。101,是服装热阻数值,经过风冷效应和活动水平调整,并考虑了服装外层透气性的影响。IREQ是保持热平衡时的服装需求热阻。式(8)包括两个未知变量(1REQ和。t),因此,式(8)中的。I可按式(9)计算。t。lt,kIREQ(MWE。一C。,一E) (9)用式(9)f。,的计算公式代
16、入式(8),其中R和c的计算公式见式(5)和式(6)里也包含tn。迭代计算可得到满足式(8)的IREQ数值。IREQ可以表达为平方米开每瓦(m2KW_1),也可以表达为clo值。5GBT 24254200955 IREQ的具体说明551 IREQ作为寒冷指数IREQ是衡量热应力的方法,热应力代表内部产生热和与环境热交换组合效应。在给定的活动水平(即确定的新陈代谢率)下,环境的制冷能力越大,IREQ值就越高。在给定的气候条件下,由于需要额外消耗新陈代谢热量,冷应力以及对应的IREQ随着活动水平增加而减低。552 IREQ和生理应变热平衡可由不同水平的体温调节应变获得,专业术语为平均皮肤温度,出汗
17、(皮肤湿态)和体温变化。IREQ定义于下列两种生理应变水平:a)IREQ一定义为在低于平均正常体温水平时,需要维持身体热平衡的最小热阻。最小IREQ描述了某些身体受冷,尤其是身体外部。延长暴露时间,肢端受冷可成为暴露时间的限制因素。b)IREQ十m定义为提供热中值条件的需求热阻,如保持正常体温水平的热平衡。这一水平代表人体没有受冷或受冷。相关生理学标准参见附录B。553 IREQ和服装热阻IREQ是在实际条件下,服装所需的综合热阻值。因此,可视为服装提供保温性能评价基准,或选择合适服装的应用指导。IREQ数值与整套服装的热阻值相对应,参见5 6。554 IREQ与工作设计热平衡方程中的任一参数
18、都可以变化,IREQ计算的数值可以阐释这些特别因数的相对重要性。56 IREQ和选用服装热阻的比对IREQ方法的第一要务是分析挑选的服装是否提供了充足的热阻,以建立确定水平的热平衡。众多报告的整套服装热阻值是它的基本热阻值I。t(参见ISO 9920)。为了使这些信息与IREQ可比,数据需要经过个别因数的调整、修正。因此,以现有的信息,如实际使用的服装(基本热阻值,透气性),风速和活动水平等为基础来确定IREQ。整套服装的基本热阻和透气性数据参见ISO 9920。附录C中给出了一些实例。附录A提供了最终修正运算法则。在给定的条件和标准情况下,Lir可与计算的IREQ相比较。解释如下:Im,IR
19、EQ十,温暖,过热区域:应减少服装热阻。IREQ。I“,IREQ十m,适中,可调节区域:无需行动。Jd。IREQ自选用的服装提供了充分热阻。过高的热阻可增加过热的风险、过度出汗和服装吸潮,进而逐步增加体温降低的风险。需要降低服装的热阻。2) IREQ。,。I。l,IREQ十选用的服装提供了适当的热阻。生理应变水平可由高到低变化,相应的感知温度条件由“微冷”到“适中”变化。无需行动,除非额外评价局部受冷效应。3)I。1,O078 m2-KW_1(05 clo)73局部受冷在寒冷环境,总是有局部冷应力的风险。有下列方式:对流受冷(参见附录D);传导受冷(参见ISO 137323);肢端受冷(参见E
20、N 511);通风受冷(参见附录B)。附录A(规范性附录)热平衡计算GBT 24254-2009A1概述本附录中计算各种热交换用到的公式、参数和数值,仅适用于主要参数的部分有限值。它们是根据最近期和公认的试验研究获得的。符号和单位见32。A2呼吸热交换的确定呼吸热损失与M相关,按式(A1)式(A3)计算对流和蒸发呼吸热损失。E。一0017 3M(p。一P。) (A1)C。,一0001 4M(。一。) (A2)t。一29+02t。 (A3)假设呼出空气是饱和的,温度为。与吸人空气(环境)温度相关,按式(A3)计算。A3蒸发热交换的确定皮肤蒸发热交换E,由式(A4)得到。Ew(户,k,一p。)RE
21、,T (A4)皮肤潮湿因数(”)作为皮肤润湿分数参与蒸发热交换过程。该因数的变化范围:当皮肤表面扩散是蒸发过程的唯一途径时,为006,蒸发到最大,皮肤完全潮湿时为10。皮肤表面的饱和蒸气压(声“,)由皮肤平均温度计算得到,见式(A5)。“。一61078e菇嘉平均皮肤温度作为新陈代谢率函数,可自动确定(参见附录c)。A4蒸发阻力的确定R一根据服装热阻和水蒸气渗透性能进行计算,蒸发热损失在寒冷条件和确定生理应变水平情况下影响有限,可由式(A6)估算R。t。Rt一竿(鲁帆。) c As,括号中的表达式为整体热阻值。I。,。由式(A13)计算。R。的有限数值和i。参见ISO 9920。对于普通服装(水
22、蒸气能透过的),假设i。为o38,则式(A6)转化为式(A7):Rc,to16(鲁+L,r) (A7)A5服装面积因数的确定在全部计算中,c,计算见式(A8):,cl一10+197Id (A8)A6对流传热系数的确定。计算见式(A9):GBT 24254-2009:乒一h,at1口,12 iilsA7辐射传热系数的确定低温辐射占主导时,h,约等于见式(A10)时;I。,由式(A13)得到。,。c,鲰!二尘塑羔 。(A10)tdEr这里d是Stefan-Boltzmann常数,等于(567108)w-m-2K一,。1是服装发射率。服装发射率依赖于辐射源温度。低温辐射,发射率与服装颜色无关,可以设
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