Свързани термини:
- Енергийно инженерство
- Манекен
- Глицероли
- Температура на сърцевината
- Ефективност на преобразуване на енергия
- Напрежение
- Скорост на метаболизма
Изтеглете като PDF
За тази страница
Човешката терморегулаторна система и нейната реакция на термичен стрес
ЛИЧЕН ЛЕКАР. Кени, А. Д. Флоурис, в защитно облекло, 2014
13.5.2 Упражнение
Упражнението се характеризира с високи нива на вътрешно метаболитно производство на топлина като страничен продукт от мускулния метаболизъм. Необходим е постоянен приток на енергия, за да продължат мускулите да се свиват и да извършват работа. Окисляването на метаболитни горива като въглехидрати и мастни киселини в митохондриите на мускулните влакна произвежда аденозин трифосфат. Чрез хидролизата на аденозин трифосфат се отделя енергия за подпомагане на мускулната контракция. Въпреки това, хидролизата на аденозин трифосфат също отделя топлина. Тъй като интензивността и/или продължителността на работата се увеличават, трябва да се консумират по-големи количества кислород, за да се поддържа непрекъснатото търсене на производството на аденозин трифосфат, за да се подпомогне мускулната контракция. Ако интензивността на упражненията и механичната ефективност се поддържат постоянни, скоростта на метаболитно производство на топлина достига стабилно състояние вътре
10 минути (Kenny et al., 2008; Webb et al., 1970) и остават повишени, докато упражненията продължават (фиг. 13.3). Човешкото тяло е доста неефективно при използването на енергията, получена от метаболитните процеси, за създаване на външна работа. Приблизително 70 до 95% от енергията (в зависимост от физическата задача) се губи и впоследствие се отделя като топлинна енергия. Например колоезденето, обикновено считано за най-ефективната физическа задача (
30% от енергията се използва за създаване на външна работа) (Whipp and Wasserman, 1972), при външно работно натоварване от 100W изисква
330W производство на енергия, с
230 W, отделени като топлина (забележка: цялата метаболитна енергия в крайна сметка се отделя като топлина по време на бягане или ходене по равна земя). Следователно,
70% от метаболитната енергия, необходима за извършване на външна работа, се отделя като топлина, която трябва да се разсее, за да се избегне евентуална хипертермия.
13.3. Коефициенти на натрупване на топлина и топлинни загуби по време на базовия период на почивка и прекъсване на упражнение (Ex), проведено в топлината. Засенчената зона между скоростта на топлинната печалба (метаболитен + сух топлообмен) и изпарителната топлинна загуба представлява промяната в телесното съдържание на топлина (ΔHb; напр .: нетна печалба в телесното топлинно съдържание, диагонална линия на сенчестата зона; възстановяване (Rec): нетна намаляване на телесното съдържание на топлина, пунктирана сенчеста зона).
По време на периодично упражнение, количеството запазена топлина се намалява след първия бой (Фиг. 13.3) (Gagnon and Kenny, 2011; Kenny and Gagnon, 2010; Kenny et al., 2009), поради по-бързото активиране на реакции на топлинните загуби и следователно по-голяма степен на топлинни загуби на цялото тяло. Този отговор е наречен „първоначален ефект“ (Gagnon and Kenny, 2011) и се смята, че е резултат от по-голямо нетермично затихване на активността на термоефектора, възникващо при първоначалния тренировъчен двубой спрямо последователните цикли на упражнения (Kenny et al., 2009 ). Този модел на реакция не се влияе от различни цикли на упражнения и почивка с кратка (5 минути) до умерена (30 минути) продължителност (Gagnon and Kenny, 2011).
Насоки за ергономичност и решаване на проблеми
Охлаждане на цялото тяло.
Топлинният баланс на цялото тяло е функция на метаболитното производство на топлина и различните форми на топлинни загуби. Предложени са няколко уравнения за прогнозиране на топлинния баланс (Burton and Edholm, 1955; Holmér, 1984b; Steadman, 1984). Всички те отчитат важния ефект на облеклото, но използват различни изрази за изчисляване на топлинните загуби. Методът IREQ (Holmér, 1988) е разработен по подобие на подобни модели за топлинен стрес (ISO-7933, 1989) и топлинен комфорт (ISO-7730, 1984) и е публикуван като тестов стандарт (ISO/TR- 11079, 1993).
Студеният стрес се изчислява като необходима изолация на облеклото (IREQ) за поддържане на телесния топлинен баланс при определени нива на физиологично натоварване. Когато необходимата изолация не може да бъде изпълнена от избрания ансамбъл за облекло, изчислената продължителност на експозиция се изчислява въз основа на определено охлаждане (топлинен дълг) на тялото.
Анализ на докладвани полеви проучвания, базирани на ISO-TR 11079, показва добро съгласие между прогнозирания IREQ и наблюдаваните стойности за изолация на облеклото (Holmér, 1989). Nielsen (1992) наблюдава за лек студен стрес (+ 5 до + 10 ° C), че IREQ леко надценява необходимата или „износена“ топлоизолация. Основният проблем на всеки тип прогнозен модел изглежда е достатъчно точна оценка на скоростта на метаболизма (Kähkönen et al., 1992) .
ЦЕЛЕВИ НИВА
БЖАРН У. ОЛЕСЕН,. KIM HAGSTRÖM, в Ръководство за проектиране на индустриална вентилация, 2001
6.3.6.1 Скорост на метаболизма
Всички оценки на топлинната среда изискват оценка на метаболитното производство на топлина на обитателите. ISO EN 8996 представя три вида методи. Първият е чрез използване на таблици, където се предоставят оценки въз основа на описание на дейността. Те варират от общо описание (леко, тежко и т.н.) до методи за сумиране на компоненти на задачите (напр. Базален метаболизъм + компонент на позата + компонент на движение). Пример за нива на активност е даден в таблица 6.13 .
ТАБЛИЦА 6.13. Метаболитни курсове
| Легнал | 46 | 0.8 |
| Седнал, отпуснат | 58 | 1.0 |
| Заседнала дейност (офис, жилище, училище, лаборатория) | 70 | 1.2 |
| Постоянна светлинна дейност (пазаруване, лаборатория, лека промишленост) | 93 | 1.6 |
| Стояща, средна активност (продавач в магазина, домакинска работа, машинна работа) | 116 | 2.0 |
| Разходка по нивото | ||
| 2 km k −1 | 110 | 1.9 |
| 3 km h −1 | 140 | 2.4 |
| 4 km h −1 | 165 | 2.8 |
| 5 km h −1 | 200 | 3.4 |
Вторият метод е чрез използване на сърдечната честота. Общата сърдечна честота се разглежда като сбор от няколко компонента и като цяло е линейно свързана с метаболитното производство на топлина за сърдечни честоти над 120 удара в минута. Топлинният стрес обаче също ще увеличи скоростта на топлината. Третият метод е да се изчисли метаболитното производство на топлина от измерванията на потреблението на кислород и производството на въглероден диоксид по време на активност и възстановяване.
Персонални системи за охлаждане, базирани на въздух и вода, за защита от топлинен стрес в защитното облекло
M. Morrissey, F. Wang, в Защитно облекло, 2014
12.1 Въведение
Топлинният стрес се превърна в сериозен проблем във враждебните индустриални и космически условия. За всяко състояние на околната среда, ако метаболитното производство на топлина е по-голямо от разсейването на топлината в тялото, топлината се съхранява в тялото. Топлинният стрес може след това да доведе до умора и влошаване на изпълнението на задачата (Furtado et al., 2007). Широко се съобщава, че астронавтите, пожарникарите и други работници, носещи непропускливо и/или термозащитно облекло, могат да страдат от топлинен стрес при извършване на тежки дейности. Физиологичната регулация и основното изолирано облекло не осигуряват достатъчна защита срещу топлинен стрес при тези сценарии, особено когато околната температура е много висока или се променя бързо (Tipton, 2006). За да се решат тези проблеми, бяха разработени персонални охладителни системи (PCS). Има два основни типа PCS: PCS на въздух и течност (често вода).
PCS не са нова идея. Патентите, основани на идеята за циркулиране на въздуха под дрехите, датират още от началото на ХХ век (Brinkmann, 1885; Wellman, 1904). Въпреки това, чак през Втората световна война подобна технология е систематично изучавана и развивана (Fetcher et al., 1949). През този период вентилираните дрехи са проектирани да предпазват хората от горещата среда в бойните танкове или студената среда във въздухоплавателните средства, между екстремни температури от - 34 до 74 ° C.
Концепцията за дреха с водно охлаждане е предложена за първи път от Billingham през 1958 г. (Nunneley, 1970), а през 1962 г. Royal Aircraft Establishment разработва прототип. Тези костюми се използваха главно от екипажи в гореща среда като пилотската кабина. По-късно разработчиците откриха дрехи с водно охлаждане, за да имат много повече потенциални приложения. Днес облеклото с водна перфузия или облеклото с течно охлаждане се използва широко за облекчаване на физиологичното напрежение в различни професионални условия.
Дрехите с въздушно и водно охлаждане имат предимства и недостатъци (вж. Таблица 12.1). Например системите на въздушна основа обикновено са по-леки, но е установено, че осигуряват неадекватно охлаждане за някои приложения (Bishop et al., 1991; London, 1970; McLellan, 2002; McLellan and Frim, 1998; Van Rensburg et al., 1972). Преносимите персонални системи за водно охлаждане предлагат по-голям капацитет за охлаждане и следователно могат да осигурят по-голям комфорт на потребителя (Flouris и Cheung, 2006) благодарение на високия специфичен топлинен капацитет и топлопроводимостта на водата (Medina, 2004). Освен това водното охлаждане може лесно да се включи в защитното облекло.
Таблица 12.1. Основни предимства и недостатъци на въздушното и водното охлаждане