CC BY
12nonspontaneous-processes-initiated-by-the-environ-ment-2157-7544-1000188.pdf
6. G. P. Gladyshev, Рабочий документ на RG. https://www.researchgate.net/publication/309566338_ On_thermodynamics_of_circulation_of_substance_in _biological_systems
7. G. P. Gladyshev (2016). Hierarchical thermodynamics and evolution of chemical and biological matter . The scientific heritage (Budapest, Hungary) , Vol. 1, No. 3 (3), p. 102-117. Текст русс. http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/10/VOL-1-No-3-3-2016.pd https://www.researchgate.net/publica-tion/309533110_Hierarchical_thermodynam-ics_and_evolution_of_chemical_and_biological_mat-ter
8. Gladyshev Georgi P., The Principle of Substance Stability Is Applicable to All Levels of Organization of Living Matter Int. J. Mol. Sci. 2006; 7, pp. 98110 (PDF format, 130 K) http://www.mdpi.org/ijms/papers/i7030098.pdf
9. Spyros G Tzafestas. Energy, Information, Feedback, Adaptation, and Self-organization: The Fundamental Elements of Life and Society. Springer International Publishing, Jan 29, 2019 - Technology & Engineering - 668 pages.
10. https://en.everybodywiki.com/Hierar-chical_thermodynamics
11. Gladyshev G. P. On General Physical Principles of Biological Evolution, International Journal of Research Studies in Biosciences. Volume 5, Issue 3, 2017, Page No: 5-10. https://www.arcjour-nals.org/pdfs/ijrsb/v5-i3/2.pdf https://www.re-searchgatenet/publication/314187646 On Gen-eral_Physical_Principles_of_Biological_Evolution
12. Gladyshev G.P. J Thermodyn Catal 2017, 8: 2 DOI: 10,4172 / 2157-7544.100018. Life — A Complex Spontaneous Process Takes Place against the Background of Non-Spontaneous Processes Initiated by the Environment
INVESTIGATION OF THERMAL PROTECTION PROPERTIES OF PRODUCTS AO FAPK
"SAKHABULT"
Soldatov S.,
PhD, associate professor of the department of thermophysics and heat power engineering of the Institute of physics and technology, North-Eastern Federal University named after M. K. Ammosov
Neustroeva K.,
student of EO-15 Department of thermophysics and heat power engineering of the Institute ofphysics and
technology, North-Eastern Federal University named after M. K. Ammosov
Syromyatnikova M.
student of EO-15 Department of thermophysics and heat power engineering of the Institute ofphysics and
technology, North-Eastern Federal University named after M. K. Ammosov
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПРОДУКЦИИ АО ФАПК "САХАБУЛТ"
Солдатов С.Н.,
кандидат технических наук, доцент кафедры теплофизики и теплоэнергетики Физико-технического института Северо-Восточного федерального университета им М.К. Аммосова
Неустроева К.А.,
студентка ЭО-15 кафедры теплофизики и теплоэнергетики Физико-технического института Северо-Восточного федерального университета им М.К. Аммосова
Сыромятникова М.А.
студентка ЭО-15 кафедры теплофизики и теплоэнергетики Физико-технического института Северо-Восточного федерального университета им М.К. Аммосова
Abstract
The purpose of this work was experimental studies of thermal insulation properties of products "Sahabult " (Russia) containing deer hair and comparison with similar products from other manufacturers. During the experiments, it was revealed that deer hair is a good heat insulator, this conclusion follows from a comparison with synthetic fibers, where it showed better results than the popular material sentipon, but slightly inferior to hollo-fayber. In addition, the dynamics of temperature decrease inside sleeping bags and various down jackets were studied.
Аннотация
Целью данной работы было экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств продукции "Сахабулт"(Россия) содержащих олений волос и сравнение с аналогичными изделиями других производителей. В ходе экспериментов было выявлено, что олений волос является неплохим теплоизолятором, данный вывод следует из сравнения с синтетическими волокнами, где он показал результаты лучшие чем популярный материал сентипон, но чуть уступил холлофайберу. Дополнительно были проведены исследования динамики понижения температуры внутри спальных мешков и различных пуховиков.
Keywords: Deer hair, sentipon, thermal conductivity, heat flow, thermal resistance, thermistor.
Ключевые слова: олений волос, сентипон, теплопроводность, тепловой поток, термическое сопротивление, терморезистор.
ФАПК "Сахабулт" более 20 лет работает на рынке меховых и кожаных изделий и является одним из крупных производственных предприятий российских товаропроизводителей. В изделиях собственного производства широко используются натуральные меха пушных зверей, оленей, лошадей и крупного рогатого скота, обитающих в Республике Саха (Якутия).
Однако, не имеются никаких сравнительных данных по теплозащитным свойствам продукции АО ФАПК "Сахабулт" с другими производителями. Целью данной работы было экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств
продукции "Сахабулт" содержащих олений волос и
сравнение с аналогичными изделиями других производителей.
Эксперименты проводились на разных приборах и установках. Для измерения коэффициента теплопроводности и термического сопротивления применялся NETZSCH HFM 426 Lambda (рис.1), а для измерения плотности теплового потока - измеритель теплового потока ИТП-МГ4.03Х(рис.2). Для натурных исследований применялся тепловизор -Testo-881-2. Также был изготовлен манекен с датчиками температуры для мониторинга понижения температуры внутри спальных мешков и верхней одежды.
Рис 3. NETZSCH HFM 426 Lambda
Рис.2 ИТП-МГ4.03Х
Для измерения плотности теплового потока различных материалов была собрана установка показанная на рис. 3.
Рис.3 Установка для исследования тепловых потоков
Эксперименты проводились с помощью измерителя теплового потока ИТП-МГ4.03Х. Хотя прибор больше предназначен для измерения плотности тепловых потоков через стенки зданий, в которых поддерживается стационарный градиент температуры из-за слишком медленного изменения температуры окружающего воздуха, мы создали градиент температур с помощью горячей кастрюли, которая в свою очередь остывает быстрее чем изменение суточной температуры, но все же гораздо дольше чем время измерения. Проблема корректности измерения еще состояла в том, что невозможно наладить надежный контакт и быстроту установления равновесного состояния между датчиками и образцом, поэтому нельзя однозначно сказать, что температура датчиков была равна температуре поверхности ткани. Все эти возникающие погрешности нами были трактованы как аппаратная погрешность установки и ввиду геометрического и физического подобия проводимых испытаний игнорировалась .
Исследуемый образец ткани (2) помещался между двумя терморезисторами (5), которые измеряют температуры верхней и нижней поверхности образца. На верхнюю поверхность образца помещали кастрюлю (1) с водой нагретой до кипения (100оС), таким образом возникал тепловой поток обусловленный перепадом температур между нижней и верхней частью образца и измерялся датчиком теплового потока (3), который представлял из себя термобатарею из медь-константановых термопар. Все датчики подключались к измерителю теплового потока ИТП-МГ4.03Х (4).
В случае измерения мягких материалов, таких как пуховики, под кастрюлю подкладывался ограничитель из деревянных брусочков для того чтобы не раздавить слой пуховой набивки из-за которой и возникает термическое сопротивление удерживающее тепло внутри пуховиков.
■ лежак с меховой;
Рис. 4. Зависимость плотности потока от температурного напора изделия
На рис 4 представлены зависимости тепловых потоков от температурного напора различных готовых изделий АО ФАПК Сахабулт. Исследования проводились с изделиями различных толщин, поэтому при идентичных наполнителях и материалах тепловые потоки зависели в первую очередь от толщины изделия. Видно, что минимальный тепловой поток наблюдается у толстого сидения набитого оленьим волосом, а наибольший у безворсового лежака.
На рис. 5 показаны экспериментальные данные по сравнению тепловых потоков сквозь материал спальных мешков. Как видно из рисунка наилучшие теплоизоляционные показатели оказались у безымянного спального мешка, наихудшие у монгольского верблюжьего спального мешка, чуть уступает ему по теплоизоляции спальный мешок продукции АО ФАПК "Сахабулт". Безымянный спальный мешок занял лидирующие позиции не из-за того что материал и наполнители обладали хорошими теплоизоляционными качествами, а вследствие толщины самого изделия потому как в данном случае исследуется именно готовая продукция и чем толще материал, тем меньше тепла пропускает.
Рис. 5 Сравнение тепловых потоков сквозь материал спальных мешков
Исследования тепловых потоков (рис. 6) которые пропускают материалы показали, что лучшим теп-лоизолятором опять же служит холлофайбер софт100, на втором месте олений волос и хуже всех показал себя синтепон, что соответствует результатам полученным по измерению теплопроводности (рис. 7).
40 35 30 25 20
ДТ,вС
д - Сентипон; • - Холлофайбер Софт-100; о - олений волос;
Рис. 6 Зависимость плотности теплового потока от температурного напора при одинаковой толщине
материала
Результаты измерения коэффициента теплопроводности оленьего волоса и сравнение с синтетическими волокнами и натуральной ватой показали, что олений волос обладает меньшей теплопроводностью чем синтепон и вата, но большей чем холлофайбер-Софт100. Из чего следует, что лучшим современным теплоизолятором служит все-таки холлофайбер.
Таблица 1.
Сравнение коэффициента теплопроводности и термического сопротивления оленьего волоса с синтетическими волокнами и натуральной ватой.
Олений волос Синтепон Вата натуральная Холлофайбер
Т, °с к, Вт/м-К R,м2 • К/Вт к, Вт/м-К К,м2 ■ К/Вт к, Вт/м-К R,м2 ■ К/Вт к, Вт/м-К R, м2 • К/Вт
0 0,033 0,6 0,034 0,518 0,041 1,364 0,031 0,525
20 0,0368 0,544 0,037 0,465 0,045 1,240 0,034 0,525
40 0,041 0,488 0,042 0,417 0,046 1,211 0,038 0,434
60 0,0457 0,437 0,047 0,372 0,049 1,187 0,042 0,391
Из таблицы видно, что термическое сопротивление больше всех у натуральной ваты. Термическое сопротивление оленьего волоса больше чем у синтетических волокон, но гораздо меньше чем у натуральной ваты.
Рис. 7. Зависимость коэффициента теплопроводности оленьего волоса и синтетических волокон
от температуры
Для мониторинга температуры внутри исследуемых спальных мешков и пуховиков был изготовлен манекен (рис. 8) длиной 1,6 м и повторяющий конституцию человека[1]. Манекен был изготовлен из скотча и набит тканью. В характерных точках манекена изображенных на рис. 8 прикреплялись датчики температуры DHT22 (рис.9 ), который через плату управления термодатчиком подключался через USB порт к компьютеру. Мониторинг проводился на персональном компьютере посредством программы Arduino Mega. Манекен с датчиками одетый в пуховик или в спальном мешке помещался в морозильную ларь и охлаждался. По мере охлаждения манекена фиксировалась динамика понижения температуры под курткой. Результаты исследований представлены на рис. 10. К недостаткам метода можно отнести то что манекен с одеждой сам обладает большой теплоемкостью и эта теплоемкость разная в зависимости от надетой куртки и вносит возмущение в температуру холодильной камеры.
Рис 8 Манекен с датчиками температуры DHT22
За температуру манекена внутри спального мешка принимались показания датчика номер 2, как наиболее удаленного от краев спального мешка и точек соприкосновения с холодной поверхностью морозильной камеры.
Рис 9. Датчик температуры и влажности DHT22
20 40
^ мин
обнаженный манекен; о - манекен и спальном мешке Салабулт
Рис 10. Динамика понижения температуры внутри спального мешка
На рис. 11 представлены результаты исследования пуховиков надетых на манекен и помещенных в морозильную камеру Орск. Как видно из графика наиболее лучшие результаты показали пуховики Canada Goose модель Expedition и Bask Antarctica, а наихудший показатель у синтепоновой куртки Alpha N-3b Parka.
Э0
1 0 -
3 ...........
0 20 ¿0 60 80 100
I, м и н
Щ - Сшш1аОоо5е(ЕлфвД1Ьо11); О - ВАЯК(За полярным кругом); X! ■ Б1уега(женснш луговик); Ф ■ А1рЬя N 'ЗЬ Рагка{Аляска): . . ВА5К(Антарктика);
Рис. 11 Динамика уменьшения температуры под куртками у различных производителей
Нами были проведены также натурные испытания спального мешка. В спальный мешок продукции АО ФАПК Сахабулт был помещен молодой человек 16 лет, ростом 186см и весом 94 кг. Молодой человек был одет в синтепоновые зимние штаны и шерстяной свитер. Температура воздуха была -35оС. Тепловизор Те8Ю-881-2. Коэффициент излучения - 0,95. Испытания закончились тем, что через 15 минут молодой человек начал чувствовать дискомфорт от холода и был вынужден покинуть спальный мешок(рис.12).
Как и предполагалось, значительная потеря тепла происходит через швы спального мешка, о чем свидетельствует термограмма. Термограмма показывает, что температура в области швов выше(-11,5оС), чем в основной толще материала(-22°С).
Рис. 12 Натурные испытания спального мешка АО ФАПК Сахабулт
Выводы
Олений волос является неплохим теплоизоля-тором, данный вывод следует из результатов экспериментов по сравнению с синтетическими волокнами, где он показал результаты лучшие чем популярный материал сентипон, но чуть уступил холлофайберу. Натурные испытания спального мешка из оленьего волоса показали, что сильная потеря тепла идет через швы. Дополнительно был
проведены исследования понижения температуры внутри спальных мешков и различных пуховиков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. К. Kuklane, V. Dejke Testing Sleeping Bags According to EN 13537:2002: Details That Make the Difference, International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE) 2010, Vol. 16, No. 2, 199-216
