طراحي و ساخت جليقه خنك‌كننده از مواد تغيير فاز دهنده و ارزيابي كارايي آن در كاهش استرين گرمايي تحت شرايط آزمايشگاهي

The design and manufacturing of phase change material cooling vests and their effectiveness in reducing thermal strain under laboratory conditions

مقدمه: پارافين و آب مواد تغيير فاز شناخته شده‌اي براي كاربرد در جليقه‌هاي خنك‌كننده هستند. هدف از انجام اين مطالعه طراحي و ساخت جليقه خنك‌كننده با استفاده از تركيبات پارافين تجاري و يخ و سپس تعيين تاثير آن‌ها بر روي پارامترهاي استرين گرمايي تحت شرايط آب و هوايي گرم در اتاقك شرايط جوي بود. مواد و روش ها: ابتدا يك جليقه خنك‌كننده از پارچه پلي‌استر با 17 بسته آلومينيومي طراحي و ساخته شد. هر بسته آلومينيومي با 72 گرم آب و 65 گرم پارافين تهيه‌شده پر شد. سپس 10 نفر از دانشجويان در اتاقك شرايط جوي تحت شرايط گرم (دماي خشك = OC40 و رطوبت نسبي = 40%) آزمون را با جليقه خنك‌كننده و بدون جليقه خنك‌كننده در دو شدت فعاليت سبك (8/2 كيلومتر در ساعت) و متوسط (8/4 كيلومتر در ساعت) بر روي تردميل انجام دادند. در هر مرحله از آزمون، مدت استراحت 30 دقيقه و مدت فعاليت بر روي تردميل نيز 30 دقيقه بود. در طول انجام آزمون نيز ضربان قلب، دماي دهاني و دماي پوست اندازه‌گيري شد. يافته‌ها: گرماي نهان پارافين تهيه‌شده kJ/kg108 و پيك نقطه ذوب 0C 30 بود. نتايج آناليز آماري نشان داد كه اختلاف ميانگين پارامترهاي ضربان قلب، دماي دهاني، دماي پوست، ميزان تعريق افراد در هنگام فعاليت با جليقه خنك‌كننده و فعاليت بدون جليقه خنك‌كننده در هر دو شدت فعاليت معني‌دار بود (p < 0.05). نتيجه‌گيري: جليقه خنك‌كننده محتوي پارافين و يخ مي‌تواند استرين حرارتي را از طريق كاهش دادن ضربان قلب، دماي دهاني، دماي پوست و ميزان تعريق كاهش دهد.

Introduction: Water and paraffin are well-known phase change materials used in the manufacturing of cooling vests. The present study was conducted to design and make a cooling vest using commercial paraffin compounds and ice and to then examine their effect on thermal strain parameters in hot climate conditions in a climate chamber. Materials and Methods: A cooling vest was first made with polyester fabric and containing 17 aluminum packs. Each aluminum pack was filled with 72 g of water and 65 g of prepared paraffin. A total of 10 male students then performed a treadmill exercise in hot climate conditions in a climate chamber (ambient temperature (TA) = 40 0C and relative humidity (RH) = 40%) once with and once without wearing the cooling vest and at two levels of exercise intensity, including a light intensity (2.8 kph) and a moderate intensity (4.8 kph) exercise. Each stage of the experiment involved 30 minutes of rest and 30 minutes of exercise on the treadmill. Participants’ heart rate, oral and skin temperature and sweat rate were measured throughout the study. Result: The latent heat of the prepared paraffin was 108 kJ/kg and the peak melting point was 30 °C. Significant differences were observed between participants’ mean heart rate, oral and skin temperature and sweat rate at both exercise intensities and both with and without the cooling vest (P < 0.05). Conclusion: The use of a cooling vest containing paraffin and ice can reduce thermal strain through reducing the heart rate, oral and skin temperature and sweat rate.