تأثیر استفاده از پوشش‌های محافظ دارای مواد تغییرفازدهنده بر احساس حرارتی انسان تحت شرایط سرمای شدید

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مکانیک و مدیر گروه پژوهشی انرژی در ساختمان و آسایش حرارتی، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

3 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

چکیده

تأمین شرایط آسایش حرارتی انسان‬ها، به دلیل تأثیر آن بر بهره‌وری و سلامت افراد بسیار حائز اهمیت است. این امر می‌تواند در شرایط سرمای شدید و هنگامی که بدن قادر نیست تا خود را از طریق سازوکارهای فیزیولوژیکی تنظیم دما با محیط وفق دهد، بسیار چالش‌برانگیزتر باشد. در چنین شرایطی، یکی از راهکارهای مؤثر برای حفاظت از بدن افراد در مقابل آسیب‌های حرارتی، استفاده از پوشش‌های محافظ است. در این مطالعه، عملکرد پوشش محافظ دارای یک لایه ماده تغییر فاز دهنده با استفاده از مدلسازی همزمان سازوکارهای فیزیکی و فیزیولوژیکی بدن انسان در شرایط سرمای شدید مورد تحلیل قرار گرفته است. برای این منظور، یک پوشش محافظ چند لایه به همراه ماده تغییرفازدهنده در نظر گرفته شده و عملکرد حرارتی آن به ازای دو آرایش مختلف برای لایه‌های لباس بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که بهترین موقعیت برای قرارگیری مواد تغییرفازدهنده در پوشش‌های محافظ، لایه میانی لباس و بهترین دمای ذوب برای ماده تغییرفازدهنده حدود C˚10 می‌باشد. همچنین استفاده از مواد تغییرفازدهنده در پوشش‌های محافظ می‌تواند زمان محدوده احساس حرارتی مجاز افراد تحت شرایط سرمای شدید را از حدود 4000 ثانیه تا حدود 6000 ثانیه افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mondal S (2008) Phase change materials for smart textiles–An overview. Appl Therm Eng 28(11-12): 1536-1550.

[2]  Shim H (2001) The use of phase change materials in clothing. Text Res J 71(6): 495-502.

[3]  Pause B (2000) Textiles with improved thermal capabilities through the application of phase change material (PCM) microcapsules. Melliand Text 81(9): 753-754.

[4] Nilsson HO, Anttonen H, Holm R (2000) New algorithms for prediction of wind effects on cold protective clothing. Proceedings of NOKOBETEF 6, 1 st ECPC, Norra Latin, Stockholm, Sweden pp. 17-20.

[5] Holmer I, Nilsson HO, Anttonen H (2001) Prediction of wind effects on cold protective clothing. RTO HFM Symposium on "Blowing Hot and Cold: Protecting Against Climatic Extremes" MP-076.

[6] He B, Setterwall F (2002) Technical grade paraffin waxes as phase change materials for cool thermal storage and cool storage systems capital cost estimation.         Energy Convers Manage 43(13): 1709-1723.

[7] Harriet M, Mari H (2004) The influence of sweating on the heat transmission properties of cold protective clothing studied with a sweating thermal manikin. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE) 10(3): 263-269.

[8] Wang SX, Li Y, Tokura H, Hu JY, Han YX, Kwok YL, Au RW (2008) Effect of moisture management on functional performance of cold protective clothing. Text Res J 77(12): 968-980.

[9] Lawson R, Mell E (2010) A heat transfer model for firefighter’s protective clothing, continued development in protective clothing modeling. Fire Technol 46: 833-841.

[10] Gagge AP, Stolwijk JAJ, Nishi Y (1971) An effective temperature scale based on a simple model of human physiological regulatory response. ASHRAE Trans 77:247-262.

[11] Wang SX, Li Y, Hu JY, Hiromi T, Song QW (2006) Effect of phase-change material on energy consumption of intelligent thermal-protective clothing. Polym Test 25: 580-587.

[12] Cabeza LF, Castell A, Barreneche C, Gracia A, Fernandez AI (2011) Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings, A review. Renewable Sustainable Energy Rev 15: 1675-1695.

[13] Halford CK, Boehm RF (2007) Modeling of phase change material peak load shifting. Energy Build 39: 298-305. 

[14] صلحی م (1392) تحلیل عملکرد حرارتی مواد تغییر فاز دهنده به عنوان عایق در جدار خارجی ساختمان. پایان­نامه مقطع کارشناسی ارشد، دانشگاه بیرجند، بیرجند.

[15] Wang SX, Li Y, Hu JY, Hiromi T, Song QW (2006) Effect of phase-change material on energy consumption of intelligent thermal-protective clothing. Polym Test 25: 580-587.

[16]  Morgan D,  Baskett R (1974) Comfort of man in the city. An energy balance model of man – environment coupling. Int J Biometeorol 18(3): 184-198.

[17] معرفت م، امیدوار ا (1387) آسایش حرارتی. انتشارات کلید آموزش، تهران.

[18] ASHRAE (2001) Handbook-fundamentals. Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers.

[19]­ Tian Y, Zhao CY (2011) A numerical investigation of heat transfer in phase change materials (PCMs) embedded in porous metals. Energy 36: 5539-5546.