Установлено, что комфортное самочувствие и нормальное функционирование организма человека возможно лишь в узком диапазоне температур - 36 - 38°С. Оптимальная температура тела составляет 37°С; верхняя летальная температура - 43,4°С. При более высокой температуре начинается внутриклеточная денатурация белка и необратимая гибель; нижняя летальная температура - 24°С [14].
Снижение или повышение температуры тела хотя бы на 1°С по сравнению с нормальной приводит к ухудшению состояния здоровья и снижению работоспособности.
Под влиянием высокой температуры воздуха производственного помещения у находящегося там человека расширяются кровеносные сосуды кожи, увеличивается приток крови к поверхности тела, за счет чего отдача тепла в окружающую среду становится значительно интенсивней. Если же необходимого охлаждения не происходит, либо температура окружающей среды продолжает повышаться, избыточная теплота отводится от тела путем испарения с поверхности кожи. В результате этого процесса организм теряет влагу, а с ней и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма.
При недостаточном отводе избыточного тепла возникают условия для сильного перегревания организма. При значительном перегревании происходит сбой терморегуляции, нарушается тепловой баланс, в результате чего повышается температура тела, достигая отметки 38°С и выше. Такая гипертермия может привести к ухудшению общего самочувствия человека, ослаблению когнитивных функций (памяти, внимания, координации движений, речи, мышления), снижению работоспособности, ухудшению работы мышц, а также к опасности возникновения теплового удара, способного привести к смерти.
Кроме острого перегревания организма, при продолжительной работе в неблагоприятных температурных условиях в организме происходят нарушения, носящие хронический характер.
В целях профилактики неблагоприятного воздействия повышенных температур на человека будет уместно применение специального устройства, которое позволит извлекать излишнее тепло из организма и тем самым нормализовать его тепловое состояние.
Использование устройства позволит за короткое время улучшить самочувствие человека и восстановить его работоспособность, а также ослабить воздействие неблагоприятного микроклимата и сохранить здоровье людей, работающих в условиях помещений с высокими выделениями тепла.
охлаждение тело локализация
производственный
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей диссертации рассмотрены вопросы, связанные с разработкой компрессионно - холодильного устройства для нормализации теплового состояния человека в процессе эксплуатации теплоэнергетических установок.
Каждый раздел диссертационной работы посвящен решению одной из задач, определенных в начале исследования.
В первой главе проведен обзор современного состояния исследуемой проблемы, а именно: нормативных документов, регламентирующих требования к микроклимату и организации труда в производственных помещениях, обзор научных исследований, направленных на поиск эффективных способов снижения температуры тела человека, а также обзор патентных документов и коммерчески реализуемых технических устройств, используемых для данной цели.
Более пристальное внимание уделено исследованиям американских ученых Х. Крейга Хеллера и Денниса Грэна (Стэнфордский университет, Калифорния), являющихся на данный момент одними из лидеров в области исследования эффективности регулирования температуры тела человека в условиях повышенных температур воздуха окружающей среды. В краткой форме описан их вклад в изучение процессов терморегуляции организма человека, цели и основные результаты их экспериментальных исследований, а также технология усиленного вакуумом теплообмена, использованная ими в экспериментах.
По результатам обзора было проведено сравнение методов и устройств, позволяющих снижать температуру тела человека, выявлены их сильные и слабые стороны, достоинства и недостатки.
Вторая глава работы посвящена обоснованию выбора локализации воздействия устройства на организм, его оптимальной конструкции и способа взаимодействия с человеком.
Опираясь на биологические механизмы функционирования организма человека и принцип действия разрабатываемого устройства, в качестве места воздействия на организм была выбрана ладонь как наиболее удобный и практичный вариант.
Итогом выбора оптимальной конструкции устройства стало решение реализовать его в виде компактного прибора, включающего в свой состав компоненты, позволяющие охлаждать поверхность ладони путем её физического контакта с теплообменной поверхностью и создавать небольшое разрежение внутри корпуса для расширения кровеносных сосудов и усиления кровотока в ладони.
Способ взаимодействия устройства с человеком заключается в следующем: человек помещает кисть руки внутрь корпуса, где ладонь контактирует с теплообменной поверхностью, вследствие чего кровь, циркулирующая по кровеносным сосудам ладони, охлаждается и, возвращаясь к «ядру» тела, охлаждает организм изнутри до комфортного состояния. Для предотвращения сужения просвета сосудов под действием охлаждения внутри корпуса вакуум - насосом поддерживается небольшой вакуум.
В третьей главе приводится описание внешнего вида устройства, более подробно рассмотрены его составные части, их взаимодействие и роль в процессе работы. Проведен технический расчет и подбор оборудования для системы охлаждения и компрессионного устройства для создания разрежения в рабочей зоне.
В четвертой главе диссертационной работы описано проведение экспериментальных исследований, целью которых было определение необходимой холодопроизводительности устройства, а также установление зависимости между физическими параметрами человека (его весом, ростом и объемом кисти) и параметрами процесса теплопроведения от кисти руки к водной среде.
В результате обработки экспериментальных данных был определен диапазон холодильной мощности, которую должно обеспечивать устройство, а также получены экспериментальные зависимости между количеством тепла, переданным от кисти руки человека к водной среде и антропометрическими параметрами этого человека (его ростом, весом и объемом кисти).
В пятой главе представлено технико - экономическое обоснование проекта.
Ежемесячные затраты на производство составят 163 000 рублей, а цена одного устройства - 32 000 рублей. Экономический эффект выражен сроком окупаемости инвестиций в 0,8 года. Предполагаемый объем инвестиций в проект составляет 1,3 млн. руб.
В шестой и седьмой главах рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности и экологическая составляющая проекта.
Научная новизна работы заключается в следующем:
) предложено конструктивное решение устройства, отличающееся от известных аналогов тем, что оно имеет моноблочное исполнение и не требует использования хладагента;
) в результате обработки данных, полученных в ходе экспериментальных исследований, выведена формула, описывающая связь между количеством тепла, переданного от кисти руки человека и его антропометрическими параметрами (ростом, весом и объемом кисти).
Основные положения и отдельные вопросы работы
докладывались и обсуждались на вузовских, межрегиональных и международных
конференциях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно - гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.1989. - Москва: Стандартинформ, 2005. - 49 с.
. СанПиН 2.2.4.548-96. Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ 01.10.1996. - Введ. 01.10.1996.
. СП 2.2.1.1312 - 03. Санитарно - эпидемиологические правила. Гигиенические требования к проектированию вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий: утв. Гл. гос. санитар. врачом РФ 22.04.2003. - Введ. 25.06.2003. - Москва: Минздрав России, 2003. - 40 с.
. Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Развитие здравоохранения»: постановление Правительства РФ от 15.04.2014 №294 // Российская газета. - 2014. - 24 апреля.
5. Grahn, D.A. Heat extraction through the palm of one hand improves aerobic exercise endurance in a hot environment / D.A. Grahn, V.H. Cao, H.C. Heller // Journal of Applied Physiology. - 2005. - P. 972 - 978.
. Heller, H.C. Enhancing Thermal Exchange in Humans and Practical Applications / H.C. Heller, D.A. Grahn // Disruptive science and technology. - 2012. - №1. - P. 11 - 19.
. Pat. 6656208 United States, Int. Cl.7А61Н 33/00. Methods and devices for extracting thermal energy from the body core of a mammal / Dennis A. Grahn (Stanford, CA, US), H. Craig Heller (Stanford, CA, US); assignee The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University (Palo Alto, CA, US). - Appl. No. 09/839,590; filed: Apr. 20, 2001; pub. Dec. 2, 2003.
. Pat. 7947068 United States, Int. Cl.7А61F 7/00. Controlled heat transfer with mammalian bodies / Dennis A. Grahn (Palo Alto, CA, US), H. Craig Heller (Stanford, CA, US); assignee The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University (Palo Alto, CA, US). - Appl. No. 11/486,429; filed: Jul. 12, 2006; pub. May 24, 2011.
. Pat. 8641745 United States, Int. Cl.7А61F 7/02, А61F 7/10. Device and method for extracting heat from the palm of a hand / Brett W. Warner (Austin, TX, US), Anna Ercius Warner (Austin, TX, US); assignee Cool Palms LLC (Austin, TX, US). - Appl. No. 12/843,433; filed: Jul. 26, 2010; pub. Feb. 4, 2014.
. Pat. 5766235 United States, Int. Cl.7А61F 7/00. Apparatus for providing cooling to a human body / Thomas J. Kostopoulos (Wellington, Chicago, US). - Appl. No. 799,309; filed: Feb. 18, 1997; pub. Jun. 16, 1998.
. Pat. 6772445 United States, Int. Cl.7А41D 20/00. Cooling bracelet / Benjamin Yeager (Long Beach, CA, US). - Appl. No. 09/683,378; filed: Dec. 19, 2001; pub. Aug. 10, 2004.
. Kryotherm [Электронный ресурс]: программный комплекс / Компания «Криотерм». - Режим доступа: http://kryothermtec.com/ru/kryotherm-software.html.
. Справочник по охране труда / под ред. Л.П. Шарикова. - Ленинград: Судостроение, 1973. - 552 с.
. Физиология. Основы и функциональные системы: Курс лекций / под ред. К.В. Судакова. - Москва: Медицина, 2000. - 784 с.