تأثير استفاده از پوشش‌هاي محافظ داراي مواد تغييرفازدهنده بر احساس حرارتي انسان تحت شرايط سرماي شديد

Effect of using phase change materials in protective clothing on human thermal comfort under extreme cold conditions

تأمين شرايط آسايش حرارتي انسان‬ها، به دليل تأثير آن بر بهره‌وري و سلامت افراد بسيار حائز اهميت است. اين امر مي‌تواند در شرايط سرماي شديد و هنگامي كه بدن قادر نيست تا خود را از طريق سازوكارهاي فيزيولوژيكي تنظيم دما با محيط وفق دهد، بسيار چالش‌برانگيزتر باشد. در چنين شرايطي، يكي از راهكارهاي مؤثر براي حفاظت از بدن افراد در مقابل آسيب‌هاي حرارتي، استفاده از پوشش‌هاي محافظ است. در اين مطالعه، عملكرد پوشش محافظ داراي يك لايه ماده تغيير فاز دهنده با استفاده از مدلسازي همزمان سازوكارهاي فيزيكي و فيزيولوژيكي بدن انسان در شرايط سرماي شديد مورد تحليل قرار گرفته است. براي اين منظور، يك پوشش محافظ چند لايه به همراه ماده تغييرفازدهنده در نظر گرفته شده و عملكرد حرارتي آن به ازاي دو آرايش مختلف براي لايه‌هاي لباس بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه بهترين موقعيت براي قرارگيري مواد تغييرفازدهنده در پوشش‌هاي محافظ، لايه مياني لباس و بهترين دماي ذوب براي ماده تغييرفازدهنده حدود C˚10 مي‌باشد. همچنين استفاده از مواد تغييرفازدهنده در پوشش‌هاي محافظ مي‌تواند زمان محدوده احساس حرارتي مجاز افراد تحت شرايط سرماي شديد را از حدود 4000 ثانيه تا حدود 6000 ثانيه افزايش دهد.

Providing the human thermal comfort, because of its impact on productivity and health is very important. This can be more challenging under extreme cold conditions and when the human body cannot adapt itself to the environment by using the physiological thermoregulatory mechanisms. Under these conditions, using protective clothing is one of the effective ways to protect the human body against the thermal injuries. In this study, the performance of protective clothing with a Phase Change Material (PCM) layer has been analysed by simultaneous modeling of physical and physiological mechanisms of the human under extreme cold conditions. For this purpose, multi-layer protective clothing with a PCM layer has been considered and its thermal performance has been investigated for two different arrangements of the layers. The results show that the middle layer of protective clothing is the best position for implementing the PCM layer and the best melting temperature for the mentioned PCM is about 10˚C. Also, using the PCMs in protective clothing can increase the thermal tolerating time from 4000 seconds up to 6000 seconds under extreme cold conditions.