CC BY
9
Д-р П. К. КАЛМЫКОВ (Ленинград)
О принципах построения одежды с высокой теплозащитной способностью
Из кафедры общей и в-оенной гигиены Военно-медицинской академии (началь ник кафедры—'Проф. В. А. Углов)
Производством одежды в СССР заняты очень крупные по объему и удельному весу (в экономике страны отрасли промышленности — текстильная, швейная, меховая и т. п. Каждая из этих отраслей имеет свои научно-исследовательские учреждения—институты, лаборатории и пр. Однако работа их направлена главным образом на усовершенствование технико-экономической стороны производства в своей отрасли. Вопросы одежды с точки зрения наилучшего выполнения ее основного назначения — защиты нашего тела от неблагоприятных влияний внешней сред ы,—к сожалению, этими отраслевыми научными учреждениями не разрабатываются.
В данной статье делается попытка подвести некоторые теоретические основы создания теплой зимней одежды. При этом мы исходим, с одной стороны, из общих положений гигиенического учения об одежде, а с другой — из собственных многочисленных и разнообразных экспериментов, произведенных нами по поводу разработки требований к профессиональной одежде летчика
Теплоизолирующая способность материалов одежды зависит прежде всего от их внутренней теплопроводности, хотя этим тепловые свойства материалов не исчерпываются. Немалое значение имеет еще ряд моментов, определяющих коэфициент внешней теплопроводности или коэфициент теплопередачи. Кроме того, существенное влияние на суммарные теплозащитные свойства оказывает воздухопроницаемость тканей 2.
При одном и том же коэфициенте внутренней теплопроводности количество тепла, проходящего через ткань, обратно пропорционально ее толщине. Чем толще ткань, тем меньше она проводит тепла через единицу своей поверхности в 1 секунду. Поэтому тепловые свойства одежды зависят в первую очередь от толщины как материалов, из которых она построена, так и воздушных прослоек между ними, т. е. суммарной толщины одежды.
Рубнер и другие исследователи показали, что при одной и той же толщине ткань тем менее теплопроводна, чем она более пориста, т. е. чем ббльший процент ее объема занимает воздух и чем меньший процент соответственно падает на основное вещество, из которого ткань произведена (хлопок, шерсть и пр.). Чем меньше удельный вес одежды в целом, чем «воздушнее» она, тем выше ее теплосохраняющая способность. «Теплопроводность, — говорит Рубнер, — есть функция удельного веса материалов нашей одежды» \
Эти два первые фактора, влияющие на тепловые свойства одежды, — толщина и пористость — достаточно общеизвестны. Иначе дело обстоит с влиянием на теплосохраняющую способность воздухопроницаемости тканей и всей одежды В этом отношении имеется большая путаница.
Так, например, проф. Г. В. Хлопин4 пишет: «Одежда из непроницаемых для воздуха тканей недопустима, так как она в холодное время года способствует охлаждению, потому что в порах ее мало воздуха и она легко проводит тепло». Здесь явно смешиваются два свойства одежды — воздухопроницаемость и «воздушность» (пористость). Между тел1, они не только не идентичны,
1 Диссертация в Военно-медицинской академии, 1934 г.
8 П. Калмыков, Об определении суммарных тепловых свойств тканей, раздел «За реконструкцию текстильной промышленности», № 3, 1935 г.
3 Цитируется по Керму. Материалы к оценке нашей обуви, диссертация, 1912 г.
4 Курс общей гигиены, 1930 г., стр. 294.
но могут стоять в ряде случаев в противоположных соотношениях. Одежда может быть за счет одного слоя нацело воздухонепроницаема, будучи в то же время весьма пориста в остальной своей массе и, следовательно, достаточно тепла.
Начиная с Рубнера, во всех гигиенических руководствах выставляется требование хорошей воздухопроницаемости всякой одежды. Неправильность подобного требования, в особенности в применении к теплой одежде, предназначенной для защиты нашего тела от холода, нами подробно уже разработанаЧ
Здесь же мы лишь вкратце остановимся на- следующем. Работа ряда профессий протекает в открытой атмосфере в условиях низкой температуры и сильного движения воздуха (кондукторы товарных поездов, шоферы, летчики и пр.). Высокая воздухопроницаемость их одежды повела бы к проникновению холодного воздуха в больших массах к поверхности тела, а это свело бы почти на-нет защитную роль одежды. Следовательно, требование «хорЬшей» воздухопроницаемости одежды в данном случае явно абсурдно, наоборот, воздухопроницаемость нужно свести к минимуму. Воздух открытой атмосферы в подавляющем большинстве случаев находится в постоянном движении. Следовательно, работа или просто нахождение на открытом воздухе, как правило, связана с ветром,, т. е. увеличением давления на поверхность одежды и увеличением вследствие этого количества проходящего сквозь одежду воздуха.
Но даже и в покойном холодном воздухе теплопотери тела тем больше, чем более проницаема одежда. Это находит свое объяснение в том, что разность температур по обе стороны одежды—внутренней, обращенной к телу, и наружной —« возбуждает токи воздуха через ткани извне внутрь. Поэтому при низких температурах, когда одежда призвана защищать наше тело от чрезмерных теплопотерь, такого рода усиленная вентиляция охлаждает наше тело, ослабляет защитную функцию одежды тем более, чем больше она воздухопроходима. Поскольку ставится задача создания возможно более теплой одежды, необходимо свести к минимуму ее воздухопроницаемость.
Внешние условия: температура, движение воздуха, влажность, а также состояние организма—покой или различная интенсивность мышечной работы, меняются для одного и того же человека на протяжении даже одного рабочего дня, не говоря уже о более длительных промежутках времени. В связи с этим к тепловой* способности и воздухопроницаемости должны предъявляться различные требования. Между тем, человек в различных условиях часто должен находиться в одной и той же одежде. Это ведет в одних случаях к охлаждению, в других, наоборот, к перегреванию тела.
Чтобы предотвратить перегревание тела, выдвигалось требование хорошей воздухопроницаемости для улучшения условий теплоотдачи через испарение. Однако одновременно с повышением проходимости для воздуха у одежды понижается ее тепловая способность со всеми вытекающими отсюда последствиями. Следовательно, такой путь регулирования теплового равновесия нашего тела явно неправилен в силу своей односторонности. Идеальной была бы такая одежда, которая позволяла бы произвольно менять ее теплосохраняющую способность и воздухопроницаемость. Необходимо отметить, что и в настоящее время имеется уже подобная одежда. Я имею в виду одежду с электрообогреванием. Регулировать силу электрического тока, а следовательно, и нагрев мы можем в совершенстве. Применение подобной одежды рационально и теперь в ряде случаев, тем не менее некоторые ее
1 П. Калмыков, Об отправных пунктах гигиенического учения об одежде,, хурнал «Профилактическая медицина», 1936 г.
недостатки — зависимость от источника электрической энергии и др. — не позволяют, к сожалению, сделать ее массовой.
Пока в наших руках остается старое средство — регулировать тепловую изоляцию вокруг нашего тела путем увеличения или уменьшения слоев одежды, а также изменением важнейших физических свойств материалов, из которых эта одежда сделана. Последний источник усовершенствования нашей одежды далеко еще не исчерпан.
Наиболее теплыми материалами, наилучше защищающими от действия холода, в настоящее время считаются меха. Общепризнано, что в этом отношении они не имеют конкурентов. Все другие способы утепления одежды — вата, теплый трикотаж — не могут дать нам одежду, столь же теплую, как меховая. Поэтому во всех случаях, когда требуется особо высокая тепловая изоляция, применяются исключительно меха. Последние употребляются в огромных количествах на железных дорогах, городских трамваях, в гражданской и военной авиации, в промышленности (для наружных рабочих), в сельском хозяйстве и т. д.
Между тем меха обладают рядом крупных недостатков, которые не позволяют считать их идеальными материалами для создания теплой одежды. Они тяжелы, жестки, громоздки; одежда, изготовленная из них, мешает работе, резко снижает трудоспособность. Всякий знает, как трудно работать в шубе. Помимо того, меха легко загрязняются, являются прекрасной средой для размножения насекомых, при этом мех трудно дезинфицируется. Наконец, меха дороги и дефицитны. Все это, вместе взятое, заставляет поставить вопрос о том, действительно ли они незаменимы. Нельзя ли создать одежду, столь же теплую, как меховая, применяя другие исходные материалы. На этот вопрос, по нашему мнению, можно ответить положительно.
Несомненно, что теплоизолирующая способность меха слагается из двух моментов: ветрозаифтности, т. е. малой воздухопроницаемости мездры, и весьма малой теплопроводности рыхлого, богатого воздухом слоя шерсти. Удачное сочетание этих двух свойств и дает прекрасный тепловой эффект. Мех является прекрасным природным материа'лом, свойства которого подтверждают правильность высказанных нами положений о теплой одежде. Таким образом, если мы можем искусственно создать подобное сочетание весьма малой воздухопроницаемости с толстым, рыхлым, мало теплопроводным слоем, то получим материал, не уступающий в отношении тепловой изоляции меху.
Для получения мало теплопроводного слоя одежды сравнительно давно начали применять шерстяную' и хлопчатобумажную вату. Теплопроводность шерстяной ваты не меньше теплопроводности меха. Это нами доказано прямыми лабораторными опытами. Так, например, особый прибор, предложенный нами будучи одет в одном случае стриженным мехом овцы цигейской породы (одним из самых теплых мехов), а в другом—слоем шерстяной ваты, терял с единицы поверхности в секунду:
Шерстяная вата обладает значительными преимуществами перед мехами. Она несравненно легче по весу и гораздо мягче их. Применение ваты позволяет изменить толщину теплового слоя одежды. В местах, нуждающихся в лучшей защите, этот слой можно делать более толстым. Увеличивая толщину слоя, можно достичь очень высоких степеней тепловой изоляции.
Тепловые свойства хлопчатобумажной ваты также достаточно , высоки. Однако хлопчатобумажная вата хуже шерстяной в силу следующих трех моментов:
1) теплопроводность основного вещества, т. е. волокон хлопка, в несколько раз выше, нежели шерсти;
2) объемный вес ее значительно выше шерстяной;
,3) она довольно быстро «сбивается», т. е. уплотняется, толщина слоя значительно уменьшается, следовательно, теплосохраняющая способность падает.
Так или иначе, мы в настоящее время умеем создавать за счет ваты толстый воздушный слой, не уступающий в отношении теплосохранения тепловому
1 П. Калмыков, Об определении суммарных теплозащитных свойств тканей, журнал «За реконструкцию текстильной промышленности», № 3, 1935 г.
Таблица 1
Прорезиненная ткань+стриж. мех. . . „ „ вата шерстяная .
Ткани
Теплоотдача в милликало-риях в секунду
1,85 2,63
Толщина покрытия в миллигр.
13,5 13,5
слою меха — шерсти. А между тем всякий знает, что пальто на меху куда теплее и надежней, нежели на вате, которое не только тоньше мехового, но даже толще его. Единственно, чем можно объяснить данное явление, — это разницей в проходймости для воздуха той и другой одежды.
Воздухопроницаемость меха в сотни раз меньше, нежели большинства тканей. Следовательно, для того, чтобы сделать ватную одежду столь же теплой, как меховая, необходимо ее воздухопроницаемость уменьшить до пределов, характерных для кожи и меха. Для этой цели в нее нужно ввести поверхностно эасположенный ветрозащитный слой, проницаемый для воздуха в ничтожно малой степени.
Получить ткань, обладающую минимальной, но все же- сохранной воздухопроницаемостью, можно, повидимому, лишь путем пропитки ее тем или иным составом. Ткани непропитанные, даже самые плотные, все же во много раз более проходимы, нежели кожа; кроме того, они обычно грубы и тяжелы. К сожалению, насколько нам известно, ткани, обладающие проницаемостью, близкой к коже, в СССР не вырабатываются. Такие ткани могли бы найти чрезвычайно широкое применение для производства теплой одежды, а создание их производства едва ли могло бы встретить какие-либо особые трудности.
Ветрозащитная ткань должна, естественно, располагаться поверхностно в качестве покровного слоя одежды или прокладки под ней. Лишь в этом случае обеспечивается покоящаяся воздушная прослойка, созданная за счет толстого пористого слоя (ваты и пр.). Весьма целесообразно также применение этого мало воздухопроницаемого слоя в виде отдельного предмета одежды — тонкого, легкого плаща для куртки, в соответствии с покроем и видом основной одежды. В этом случае становится возможным регулирование воздухопроницаемости, а следовательно, и теплозащитной способности одежды. В случае необходимости (большая физическая работа или повышение температуры окружающего воздуха) плащ может быть отделен от одежды, и сна тем самым становится более проницаемой, т. е. менее теплой.
Необходимо отметить, что получившие весьма широкое распространение прорезиненные плащи «макинтош» заслужили печальную славу малопригодных предметов одежды. Это случилось потому, что они обычно носятся в весенне-летний период, т. е. в такое время года, когда температура воздуха достаточно высока, поэтому часты случаи перегревания тела с усиленным его потением. В этих условиях одежда, целиком не пропускающая водяные пары, явно неприемлема и вредна. При низких температурах воздуха ношение одного прорезиненного плаща также нецелесообразно, так как теплопроводность его сравнительно очень высока.
От кожи материал «макинтоша» отличается тем, что он совершенно непроницаем для воздуха. Несмотря на это, применение подобного плаща зимой поверх толстого слоя рыхлой одежды во многих случаях (низкая температура, сильный ветер) вполне рационально. Тем не менее необходимо высказаться решительным образом за сохранение малой степени проницаемости зимней одежды для воздуха, так как нельзя полностью и на длительное время закрывать около 80% всей поверхности нашего тела.
Сохранение малой воздухопроницаемости теплой одежды необходимо не из опасений большого накопления СОг в одежном воздухе. Максимально возможное накопление углекислоты все же столь низко (не больше 0,1°/о), что совершенно неосновательны высказывания некоторых авторов о вредности подобных концентраций. Если в настоящее время точно установлено, что вредное влияние СОг во вдыхаемом воздухе начинается лишь с концентрации не менее 4—5%, совершенно очевидно, что не может быть и речи о вредном воздействии 0,1 °/о углекислоты через кожу нашего тела.
Малая проходимость одежды для воздуха важна исключительно лишь из соображений тепловой регуляции нашего тела. Трудно будет избежать временных перегреваний человека, одетого в теплую одежду. Следовательно, возможно увлажнение внутренних слоев одежды пбтом. В последующее время должно быть обеспечено медленное
высыхание одежды, что совершенно невозможно при одежде, целиком не пропускающей воздуха, а следовательно, и водяных паров.
Для образования внутреннего теплового слоя одежды, помимо ваты, применяется также структурный материал в виде так называемого ватина. Он, как известно, имеет следующее строение: в тонкую, редкую хлопчатобумажную сетку (величина клетки около 5 мм) вплетены лежащие вплотную и только в одном направлении рыхлые шерстяные или хлопчатобумажные нити. Ватин имеет то преимущество перед ватой, что, благодаря определенной структуре, он не подвергается в такой мере, как вата, «сбиванию» и уплотнению.
Для создания возможно более теплого слоя одежды, по нашему мнению, можно использовать принцип крупно петли с той сетки.
Мы уже отмечали, что тепловые свойства тканей тем выше, чем они более пористы. С этой точки зрения сетчатая ткань, обладая в единице объема минимальным количеством основного вещества и огромным количеством воздуха, наихудшего проводника тепла, должна обладать высокой теплосохраняющей способностью. Ясно, что свои тепловые свойства крупнопетлистая сетка еще в большей мере, нежели вата, может проявить только тогда, когда она находится под защитой наружного труднопроходимого для воздуха слоя одежды, обеспечивающего покоящуюся воздушную прослойку под ним.
Нами произведено определение теплопроводности (по методу Стефана) хлопчатобумажной сетки, применяемой в качестве нижней рубашки летом. Этот опыт, рассматриваемый нами как ориентировочный, дал следующие результаты. При »/дельном весе 0,077 теплопроводность («истинная») ее оказалась равной 778.107. Одновременно ту же сетку мы испытали методом Кондратьева. В •»том случае в калориметре куски сетки чередовались с прослойками воздухонепроницаемой ткани для того, чтобы предотвратить сквозные конвекционные токи воздуха и приблизить ткань к условиям носки. При этом теплопроводность сетки плюс пропитанная ткань оказалась равной 710.10'.
Данные этих опытов показывают, что теплопроводность материалов, изготовленных по типу сетки, столь мала, что превосходит в этом отношении шинельное сукно (800.107, по Костямину) при весьма малой трате материала и притом материала более дешевого (хлопок).
Таким образом, открывается возможность создания внутреннего теплового слоя одежды в виде сетки. Сетке желательно дать двусторонний начес для уменьшения потерь теплоизлучением. Увеличивая толщину сетки, а также количество ее слоев, можно получить одежду любой толщины, а следовательно, достигнуть очень высоких степеней тепловой изоляции.
Ясно, что техническая сторона этого вопроса требует еще основательной разработки. В частности, необходимо 1гуте'м многочисленных опытов выбрать оптимальную величину клеток, а также толщину сетки.
Помимо применения такой сетки в виде своеобразного редкого и легкого затина, по этому же типу можно изготовлять теплые трикотажные изделия — :ритры, рейтузы, теплое белье, носки и пр. Необходимо подчеркнуть, что трикотажные изделия в их теперешнем виде столь проницаемы для воздуха, что ношение их в качестве верхней одежды нецелесообразно; поэтому применение трикотажных изделий в качестве верхнего слоя явно неправильно. Тем не менее юдобное соотношение распространено весьма широко в детской одежде (младший возраст, от 2 до 5 лет). Вредные последствия этого могут быть весьма значительными.
Теплый трикотаж реализует полностью свои свойства, только находясь под защитой верхнего слоя одежды, защищающего его от продувания; тем более в этом нуждаются сетчатые изделия.
Необходимо указать на огромную экономию материала, которая получается при фабрикации сетчатых изделий. Кроме того, одежда, сделанная по этому типу, обладает минимальным весом, а также очень мягка, что в гигиенической эценке одежды имеет весьма большое значение.
Таким образом, представляется в принципе вполне возможным использование материалов редкой сетчатой структуры как для создания внутреннего теплового слоя зимней одежды в виде своеобразного ватина, так и для трикотажных изделий — теплый трикотаж.
Выводы
1. Воздухопроницаемость самым непосредственным образом влияет на теплопроводящую способность одежды. Поэтому, поскольку ставится задача создания возможно более теплой одежды, необходимо свести к минимуму ее воздухопроницаемость.
2. Одежду, надежно защищающую от охлаждения в условиях сурового климата, можно в основном создать только путем сочетания двух слоев — верхнего, ветрозащитного с малой воздухопроницаемостью, и внутреннего, возможно более толстого и в то же время рыхлого, пористого (обладающего наименьшим удельным весом).
3. Меха являются естественными материалами, в которых такое сочетание имеется; поэтому они обладают весьма высокими тепловыми свойствами. Однако в то же время меха имеют ряд существенных недостатков —- они тяжелы, грубы, громоздки, легко загрязняются, трудно дезинфицируются.
4. Шерстяная вата не уступает в своих тепловых свойствах меху, кроме того, она гораздо легче и мягче его. Следовательно, комби-нируя вату (шерстяную и хлопчатобумажную) с мало проницаемым для воздуха наружным слоем, можно создать одежду не менее, а по желанию даже и более теплую, нежели меховая.
5. Для создания теплой одежды может быть с успехом применен принцип крупнопетлистой сетки, которая может быть использована в качестве своеобразного редкого ватина, а также для создания теплого толстого трикотажа.
Доцент А. А. МИНХ (Ленинград)
Влияние пребывания людей на ионизационное состояние комнатного воздуха
Из Гигиенической лаборатории Ленинградского медицинского института
им. академика И. П. Павлова
Опубликованные за последние годы работы1 относительно ионизированного воздуха представляют большой интерес для медицины.
Однако имеющиеся материалы по оценке физиологического и терапевтического действия аэроионов еще крайне малы и недостаточно научно обоснованы; проблема ионизации воздуха в ее приложении к биологии и медицине нуждается в дальнейшем серьезном и глубоком изучении.
С точки зрения гигиены значение ионизации воздуха не исчерпывается ее непосредственным действием на организм человека; ионизация заслуживает также внимания в качестве критерия доброкачественности воздуха жилых помещений и для некоторых других гигиенических целей — определения количества пыли в воздухе, борьбы с дымом и газами (установки Коттреля) и пр. Ионизация воздуха как критерий его доброкачественности имеет значение вне непосредственной зависимости от физиологического действия аэроионов, подобно другим косвенным индикаторам (СОг в воздухе, NHs в воде и т. д.).
Методика, применяемая теперь для гигиенической оценки воздуха жилых помещений, далека от совершенства. Отдельные показа-
1 Dessauer, Picard, Wilhelm, Harrington, Кауфман и др.
