Model odzieży ciepłochronnej z funkcją termoregulacji, wykorzystującej aerożel i materiały przemiany fazowej (PCM) – badania wstępne

• Autorzy: Greszta Agnieszka , Dąbrowska Anna , Młynarczyk Magdalena , Kobus Monika

Identyfikatory

DOI

10.54215/BP.2023.06.13.Greszta

Warianty tytułu

EN

Model of thermal-insulating clothing with thermoregulation function, using aerogel and phase change materials (PCM) – preliminary study

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dobór odzieży ciepłochronnej dla pracowników, którzy wykonują czynności o różnym wydatku energetycznym lub są narażeni na znaczne zmiany temperatury podczas pracy, stanowi istotny problem. Aby ograniczyć obciążenie cieplne pracowników oraz poprawić ergonomię odzieży, w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy – Państwowym Instytucie Badawczym opracowano model innowacyjnej kurtki ciepłochronnej z dodatkiem wysokoizolacyjnego, lekkiego aerożelu oraz PCM. Opracowaną odzież oceniano pod względem ciepłochronności (izolacyjności cieplnej) oraz efektywności chłodzenia na podstawie wyników badań gęstości strumienia ciepła z manekina termicznego. Uzyskane zwiększenie wartości strumienia ciepła w obszarach z PCM bezpośrednio po założeniu kurtki świadczy o efekcie chłodzenia manekina, aczkolwiek efekt ten utrzymuje się tylko przez ok. 5-10 minut. Wyniki izolacyjności cieplnej wskazują, że działanie aerożelu jest najbardziej skuteczne w tych obszarach kurtki, w których występuje on samodzielnie (bez PCM).

EN

The selection of thermal-insulating clothing for employees performing activities with different energy expenditures or exposure to significant temperature changes during work is a relevant problem. To reduce the heat load of employees and improve the ergonomics of clothing, a model of the innovative thermal-insulating jacket with the addition of highly insulating, lightweight aerogel and PCM was developed in Central Institute for Labour Protection – National Research Institute. The developed clothing was evaluated in terms of thermal insulation and cooling efficiency based on the results of tests of the heat flux density from the thermal manikin. The obtained increase in the heat flux density value in the areas with PCM immediately after putting on the jacket shows the cooling effect of the manikin. However, this effect lasts only for about 5-10 minutes. The results of thermal insulation measurements indicate that the aerogel is most effective in the areas of the jacket where it is present alone (without PCM).

Słowa kluczowe

PL

aerożel; materiały przemiany fazowej; materiały przemiany fazowej (PCM); odzież chroniąca przed zimnem; odzież ciepłochronna; komfort cieplny

EN

aerogel; phase change materials; phase change materials (PCMs); protective clothing against cold; thermal insulation clothing; thermal comfort

• Wydawca: Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo Pracy : nauka i praktyka
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 6
• Strony: 21--27
• Opis fizyczny: Biblior. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Greszta Agnieszka

• Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-0183-5301

autor

Dąbrowska Anna

• Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-4295-3005

autor

Młynarczyk Magdalena

• Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0002-9218-9781

autor

Kobus Monika

• Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-3217-1050

Bibliografia

• [1] ZWOLIŃSKA M., BOGDAN A. Związki zmiennofazowe w zastosowaniach techniczno-użytkowych i ergonomicznych. Bezpieczeństwo Pracy. Nauka i Praktyka. 2012, 4: 22-25.
• [2] MONDAL S. Phase change materials for smart textiles – an overview. Applied Thermal Engineering. 2008, 28(11-12): 1536-1550.
• [3] MŁYNARCZYK M., BARTKOWIAK G., DĄBROWSKA A. Cooling Effect of Phase Change Materials Applied in Undergarments of Mine Rescuers in Simulated Utility Conditions on Thermal Manikin. Materials. 2022,15: 1999.
• [4] BENDKOWSKA W. i in. Thermal Manikin Evaluation of PCM Cooling Vests. Fibres & Textiles in Eastern Europe. 2010, 18, 1(78): 70-74.
• [5] TJØNNÅS M.S. i in. The dry-heat loss effect of melt-spun phase change material fibres. Ergonomics. 2015, 58(3): 535-542.
• [6] DORMAN L., HAVENITH G. The effects of protective clothing on energy consumption during different activities. European Journal of Applied Physiology. 2009, 105(3): 463-470.
• [7] FAEREVIK H., WIGGEN O. Clothing and protection in arctic environments. [W:] Proceedings of the Ambience’14 & 10i3m, 7-9 September 2014, Tampere (Finland), https://www.academia.edu/17396499/CLOTHING_AND_PROTEC TION_IN_ARCTIC_ENVIRONMENTS.
• [8] AEGERTER M.A., LEVENTIS N., KOEBEL M.M. Aerogels Handbook. Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies. New York: Springer, 2011.
• [9] NORRIS P.M., SHRINIVASAN S. Aerogel: unique material, fascinating properties and unlimi ted applications. Annual Review of Heat Transfer. 2005, 14: 394-395.
• [10] KŘEMENÁKOVÁ D. i in. Chapter 20. Thermal Insulation and Porosity - From Macro to Nanoscale. [W:] J. Šesták, P. Hubík, J.J. Mareš (red.), Thermal Physics and Thermal Analysis. Cham: Springer International Publishing, 2017, s. 425-448.
• [11] NUCKOLS M.L. i in. Design and Evaluation of Cold Water Diving Garments Using Super-insulating Aerogel Fabrics. [W:] N.W. Pollock (red.), Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences 28th Symposium, AAUS, Dauphin Island, AL, 2009, https://semspub.epa.gov/ work/10/100006143.pdf.
• [12] HÖFFELE S., RUSSELL S.J., BROOK D.B. Light- -Weight Nonwoven Thermal Protection Fabrics containing Nanostructured Materials. International Nonwovens Journal. 2005, 14(4): 10-16.
• [13] XIONG X. i in. Thermal and compression characteristics of aerogel-encapsulated textiles. Journal of Industrial Textiles. 2017, 47(8): 1998-2013.
• [14] VENKATARAMAN M., MISHRA R., MILITKY J. Electrospun nanofibrous membranes embedded with aerogel for advanced thermal and transport properties. Polymers for Advanced Technologies. 2018, 29(10): 2583-2592.
• [15] ISLAM S.R., YU W., NAVEED T. Influence of silica aerogels on fabric structural feature for thermal isolation properties of weft-knitted spacer fabrics. Smart and Interactive Textile Materials. 2019, 14: 1-11.
• [16] BHUIYAN M.A.R. i in. Silica aerogel-integra ted nonwoven protective fabrics for chemical and thermal protection and thermophysiological wear comfort. Journal of Materials Science. 2020, 5(6): 2405-2418.
• [17] GRESZTA A. i in. Multilayer Nonwoven Inserts with Aerogel/PCMs for the Improvement of Thermophysiological Comfort in Protective Clothing against the Cold. Materials. 2022, 15(6): 2307
• [18] DU Y., KIM H.E. A market research on the development trends of aerogel daily clothing. Fashion & Textile Research Journal. 2019, 21(1): 96-103.
• [19] FOURNET D. i in. Body mapping of thermoregulatory and perceptual responses of males and females running in the cold. Journal of Thermal Biology. 2013, 38(6): 339-344.
• [20] PN-EN ISO 15831:2006. Odzież - Właściwości fizjologiczne - Pomiar izolacyjności cieplnej z za stosowaniem manekina termicznego.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).