Metabolikus hőtermelés

Kapcsolódó kifejezések:

Energetika
Próbabábu
Glicerin
Maghőmérséklet
Energiaátalakítási hatékonyság
Hőstressz
Anyagcsere

Letöltés PDF formátumban

Erről az oldalról

Az emberi hőszabályozó rendszer és válasza a hőterhelésre

G.P. Kenny, A. D. Flouris, Védőruházatban, 2014

13.5.2 Gyakorlat

A testmozgást a belső metabolikus hőtermelés magas szintje jellemzi, mint az izmok anyagcseréjének melléktermékét. Az izmok folytonos összehúzódásához és munkájának elvégzéséhez állandó energiaellátásra van szükség. A metabolikus üzemanyagok, például szénhidrátok és zsírsavak oxidációja az izomrostok mitokondriumában adenozin-trifoszfátot termel. Az adenozin-trifoszfát hidrolízise révén energia szabadul fel az izmok összehúzódásának támogatására. Az adenozin-trifoszfát hidrolízise azonban hőt is kibocsát. A munka intenzitásának és/vagy időtartamának növekedésével nagyobb mennyiségű oxigént kell fogyasztani, hogy támogassák az adenozin-trifoszfát-termelés folyamatos igényét az izom-összehúzódás támogatására. Ha az edzés intenzitását és a mechanikai hatékonyságot állandóan tartjuk, az anyagcsere hőtermelésének sebessége stabil állapotot ér el belül

10 perc (Kenny és mtsai, 2008; Webb és mtsai, 1970), és mindaddig magasak maradnak, amíg a testmozgás folytatódik (13.3. Ábra). Az emberi test meglehetősen nem hatékony az anyagcsere-folyamatokból származó energia külső munka létrehozására. Az energia megközelítőleg 70-95% -a (a fizikai feladattól függően) pazarolódik el, majd hőenergiaként szabadul fel. Például a kerékpározás, amelyet általában a leghatékonyabb fizikai feladatnak tekintenek (

Az energia 30% -át külső munka létrehozására fordítják) (Whipp és Wasserman, 1972), 100 W külső munkaterhelés mellett

330W energiatermelés,

230 W hőmennyiségként szabadul fel (megjegyzés: az összes anyagcsere-energia hő formájában szabadul fel sík talajon történő futás vagy járás közben). Ezért,

A külső munka elvégzéséhez szükséges anyagcsere-energia 70% -a hőként szabadul fel, amelyet el kell vezetni az esetleges hipertermia elkerülése érdekében.

13.3. A hőnövekedés és a hőveszteség mértéke az alapállapotú pihenőidő alatt, és a kánikulában végzett szakaszos edzés (Ex) ütem. A hőnyereség mértéke (anyagcsere + száraz hőcsere) és az elpárolgási hőveszteség közötti árnyékolt terület a test hőtartalmának változását jelenti (ΔHb; Ex: a test hőtartalmának nettó nyeresége, átlós vonal árnyékolt területe; Helyreállítás (Rec): nettó a test hőtartalmának csökkenése, pontozott árnyékos terület).

A szakaszos testmozgás során az első edzés után a tárolt hő mennyisége csökken (13.3. Ábra) (Gagnon és Kenny, 2011; Kenny és Gagnon, 2010; Kenny és mtsai, 2009), a test gyorsabb aktiválása miatt. hőveszteség-válaszok és ennélfogva az egész test hőveszteségének nagyobb aránya. Ezt a választ „primer effektusnak” nevezték (Gagnon és Kenny, 2011), és úgy gondolják, hogy ez a kezdeti edzés során bekövetkező termoeffektor aktivitás nagyobb, nem termikus csillapításának eredménye az egymást követő edzésciklusokhoz képest (Kenny et al., 2009 ). Ezt a válaszmintát nem befolyásolják a rövid (5 perc) és a mérsékelt (30 perc) időtartamú különböző testmozgás-pihenés ciklusok (Gagnon és Kenny, 2011).

Ergonómiai irányelvek és problémamegoldás

Az egész test hűtése.

Az egész test hőháztartása az anyagcsere hőtermelésétől és a hőveszteség különböző formáinak függvénye. A hőegyensúly előrejelzésére számos egyenletet javasoltak (Burton és Edholm, 1955; Holmér, 1984b; Steadman, 1984). Mindannyian figyelembe veszik a ruházat fontos hatását, de a hőveszteség kiszámításához különböző kifejezéseket használnak. Az IREQ-módszert (Holmér, 1988) a hőterhelés (ISO-7933, 1989) és a termikus kényelem (ISO-7730, 1984) hasonló modelljeinek megfelelően fejlesztették ki, és tesztstandardként (ISO/TR- 11079, 1993).

A hidegfeszültséget a test hőegyensúlyának fenntartásához szükséges fiziológiás szigetelésként (IREQ) számolják a fiziológiai igénybevétel meghatározott szintjein. Ha a kívánt szigetelést egy kiválasztott ruhaegyüttes nem tudja teljesíteni, a test meghatározott hűtési (hőadóssága) alapján számítják ki az időtartamra korlátozott expozíciót.

A jelentett terepi vizsgálatok elemzése az ISO-TR 11079 alapján, jó egyezést mutatott az előre jelzett IREQ és a ruházat szigetelésének megfigyelt értékei között (Holmér, 1989). Nielsen (1992) enyhe hidegstressz esetén (+ 5 - + 10 ° C) megfigyelte, hogy az IREQ kissé túlbecsülte a szükséges vagy „kopott” hőszigetelést. Bármilyen típusú prediktív modell fő problémája az anyagcsere arányának kellően pontos becslése tűnik (Kähkönen et al., 1992) .

CÉLSZINTEK

BJARNE W. OLESEN,. KIM HAGSTRÖM, az Ipari szellőzés tervezés útmutatójában, 2001

6.3.6.1 Anyagcsere

A termikus környezetek összes felmérése megköveteli a lakók metabolikus hőtermelésének becslését. Az ISO EN 8996 háromféle módszert ismertet. Az első táblázatok felhasználásával történik, ahol becsléseket adunk a tevékenység leírása alapján. Ezek az általános leírástól (könnyű, nehéz, stb.) A feladatok összetevőinek összegzésének módszereihez (pl. Bazális anyagcsere sebesség + testtartás komponens + mozgás komponens) terjednek. Az aktivitási szintekre példa a 6.13. Táblázatban található .

6.13. TÁBLÁZAT Anyagcsere árak

Aktivitás (W m −2) teljesült

Fekvő	46	0.8
Ülő, nyugodt	58	1.0
Ülő tevékenység (iroda, lakás, iskola, laboratórium)	70	1.2
Álló könnyű tevékenység (bevásárlás, laboratórium, könnyűipar)	93	1.6
Álló, közepes aktivitás (bolti asszisztens, házimunka, gépi munka)	116	2.0
Séta a szinten
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

A második módszer a pulzusszám alkalmazása. A teljes pulzus több komponens összegének tekinthető, és általában lineárisan kapcsolódik az anyagcsere hőtermeléséhez a 120 ütés/perc feletti pulzusszám esetén. A hőstressz ugyanakkor növeli a hősebességet is. A harmadik módszer az anyagcsere-hőtermelés kiszámítása az oxigénfogyasztás, valamint a szén-dioxid-termelés aktivitás és visszanyerés során mért értékeiből.

Levegő- és vízfúziós alapú személyes hűtőrendszerek (PCS) a védőruházat hőterhelés elleni védelme érdekében

M. Morrissey, F. Wang, Védőruházat, 2014

12.1 Bevezetés

A hőstressz komoly problémává vált az ellenséges ipari és repülési környezetben. Bármilyen környezeti feltétel esetén, ha az anyagcsere hőtermelése nagyobb, mint a test hőelvezetése, a hő a testben tárolódik. A hőstressz fáradtságot és a feladat teljesítményének romlását eredményezheti (Furtado et al., 2007). Széles körben beszámoltak arról, hogy az űrhajósok, a tűzoltók és más, áthatolhatatlan és/vagy hővédő ruházatot viselő munkavállalók megterhelő tevékenységek során hőterhelésben szenvedhetnek. Az élettani szabályozás és az alapszigetelt ruházat nem nyújt elegendő védelmet a hőterheléssel szemben, különösen akkor, ha a környezeti hőmérséklet nagyon magas vagy gyorsan változik (Tipton, 2006). E problémák megoldására személyes hűtőrendszereket (PCS) fejlesztettek ki. A PCS-nek két fő típusa van: levegő és folyadék (gyakran víz) alapú PCS.

A PCS nem új ötlet. A ruházat alatt a levegő keringésének gondolatán alapuló szabadalmak egészen a XX. Század fordulójáig nyúlnak vissza (Brinkmann, 1885; Wellman, 1904). Az ilyen technológiát azonban csak a második világháborúban szisztematikusan tanulmányozták és fejlesztették (Fetcher et al., 1949). Ebben az időszakban szellőztetett ruhadarabokat terveztek, hogy megvédjék az embereket a harci harckocsikban lévő forró környezettől vagy a repülőgépek belsejében lévő hideg környezettől a - 34 és 74 ° C közötti szélsőséges hőmérsékletek.

A vízhűtéses ruhadarab koncepcióját először Billingham javasolta 1958-ban (Nunneley, 1970), 1962-ben pedig a Royal Aircraft Establishment kifejlesztett egy prototípust. Ezeket a ruhákat főleg a legénység használta forró környezetben, például a repülőgép pilótafülkéjében. Később a fejlesztők úgy találták, hogy a vízhűtéses ruházatnak sokkal több lehetséges alkalmazása van. Manapság a vízperfúziós ruházatot vagy folyadékhűtéses ruházatot széles körben használják a fiziológiai terhelés enyhítésére különböző foglalkozási körülmények között.

A lég- és a vízhűtéses ruházatnak egyaránt vannak előnyei és hátrányai (lásd a 12.1. Táblázatot). Például a légi rendszerek általában könnyebbek, de rájöttek, hogy egyes alkalmazásokhoz nem megfelelő hűtést biztosítanak (Bishop et al., 1991; London, 1970; McLellan, 2002; McLellan és Frim, 1998; Van Rensburg et al., 1972). A hordozható személyes vízhűtési rendszerek nagyobb hűtőkapacitást kínálnak, ezért nagyobb kényelmet nyújthatnak viselőjüknek (Flouris és Cheung, 2006) a víz magas fajlagos hőteljesítménye és hővezető képessége miatt (Medina, 2004). Ezenkívül a vízhűtés könnyen beépíthető a védőruházatba.

12.1. Táblázat A levegő és a víz hűtésének fő előnyei és hátrányai