Szelki chłodzące
ZESPÓŁ AUTORSKI
Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
- Anna Dąbrowska (CIOP-PIB) - kierownik zespołu)
- Monika Kobus (CIOP-PIB))
- PW Krystian sp. z o.o. - reprezentowane przez Jacka Małeckiego - Prezesa Zarządu)
- Łukasz Starzak (Politechnika Łódzka))
- Bartosz Pękosławski (Politechnika Łódzka)
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Według raportu pt. "Wpływ zmian klimatu na bezpieczeństwo i higienę pracy. Jak nadążyć za zmieniającymi się zagrożeniami i ryzykiem w środowisku pracy" wydanego w 2024 r. przez Międzynarodową Organizację Pracy, na ekstremalnie wysoką temperaturę narażonych jest na świecie ok. 1,6 mld pracowników. Ponadto, Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) ogłosiła, że rok 2023 został uznany za najcieplejszy w historii pomiarów, ze średnią temperaturą globalną przewyższającą o 1,45±0,12 stC poziom sprzed ery przemysłowej. W związku z postępującymi zmianami klimatu i coraz wyższą temperatura powietrza, osoby wykonujące pracę na zewnątrz, w szczególności w sezonie letnim, narażone są na nadmierne obciążenie cieplne. Konsekwencją długotrwałego przebywania (pracy) w mikroklimacie gorącym jest wzrost temperatury wewnętrznej powyżej bezpiecznej dla organizmu wartości 38 stC. Funkcją układu termoregulacji jest utrzymanie równowagi termicznej, na poziomie temperatury wewnętrznej równej 37 stC ± 1 stC [1-2]. Praca w mikroklimacie gorącym znacząco wpływa na efektywność wykonywanej pracy, jak również zmniejsza się zdolność do wykonywania pracy fizycznej. Obserwuje się, że wraz ze wzrostem temperatury otoczenia występują większe trudności ze skupieniem się, zwiększa się liczba popełnianych błędów, co w konsekwencji może przyczynić się do większej liczby wypadków [2, 3, 4]. Odpowiedzią na to wyzwanie są szelki chłodzące, będące przedmiotem wynalazku zgłoszonego jako wzór użytkowy do Urzędu Patentowego RP. Celem tego wynalazku jest ograniczenie dyskomfortu cieplnego osób pracujących w warunkach wysokiej temperatury otoczenia i nasłonecznienia. Dodatkowo, opracowane szelki chłodzące są dostosowane do użytkowania wraz z wybraną odzieżą ochronną o intensywnej widzialności, co sprawia, że możliwe jest ich stosowanie w takich branżach jak sektor budowlany, czy kolejowy, tj. w sektorach, w których pracownicy są najbardziej narażeni na oddziaływanie wysokiej temperatury związanej ze zmianami klimatu. Oznacza to, że dzięki wynalazkowi można osiągnąć ograniczenie szkodliwego wpływu wysokiej temperatury powietrza na zdrowie osób wykonujących prace w przestrzeni otwartej, w szczególności - w sezonie letnim. W konsekwencji, może przyczynić się do ograniczenia absencji chorobowych i strat finansowych, wynikających z potencjalnych błędów, wypadków czy przestojów w pracy.
[1] Bogdan A, Marszałek A, Bugajska J, Zwolińska M. Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm człowieka. Warszawa: CIOP-PIB, 2012
[2] Młynarczyk M., Orysiak J., Irzmańska E.: Wpływ ekspozycji na zimno na sprawność manualną pracownika używającego rękawic ochronnych Bezpieczeństwo Pracy. Nauka i Praktyka, 7/2021, 22-26, DOI: 10.5604/01.3001.0015.0304
[3] Traczyk W., Trzebski A.: Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. PZWL, Warszawa, 2001
[4]Gwódź B.: Człowiek w środowisku wielkoprzemysłowym i elementy ergonomii. W: Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001
ISTOTA WYNALAZKU
Istotą wynalazku jest funkcja aktywnego chłodzenia realizowana dzięki zastosowaniu odpowiednio zaprojektowanych i zintegrowanych w formę szelek elastycznych pakietów termoelektrycznych. Opracowane szelki chłodzące charakteryzują się ergonomiczną konstrukcją i składają się z sześciu elastycznych pakietów termoelektrycznych (dwóch na przodzie i czterech na tyle), sterownika, źródła zasilania oraz czujnika temperatury. Zastosowane w szelkach elastyczne pakiety termoelektryczne pochłaniają ciepło z ciała użytkownika i rozpraszają je do otoczenia. Do tego celu w pakiecie zastosowano włókninę z superabsorbentami, która po namoczeniu odprowadza ciepło ze strony gorącej modułu termoelektrycznego poprzez parowanie. Dzięki sterownikowi, użytkownik może w każdej chwili włączać, wyłączać lub regulować intensywność chłodzenia, wybierając jeden z pięciu poziomów chłodzenia. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu czujnika temperatury mikroklimatu pododzieżowego możliwe jest automatyczne dostosowywanie intensywności chłodzenia do indywidualnych potrzeb i własnych odczuć. Funkcjonowanie i ergonomia opracowanych szelek chłodzących została zbadana i potwierdzona w badaniach laboratoryjnych i terenowych z udziałem grupy ochotników – osób pracujących w warunkach mikroklimatu gorącego. Wykazano, że rozwiązanie to pozwala ograniczyć wzrost lokalnej temperatury skóry nawet o 4 st.C, co powoduje zdecydowaną poprawę subiektywnych wrażeń cieplnych użytkowników. Ponadto, odbierana za pomocą szelek chłodzących gęstość strumienia ciepła kształtuje się na poziomie ok. 50 W/m2, co można porównać ze zmianą poziomu metabolizmu towarzyszącą zmianie z pracy o ciężkości np. średniej na lekką. Przeprowadzone badania, wykazały również pozytywny wpływ zastosowanego chłodzenia na ograniczenie wzrostu lokalnej temperatury skóry w miejscach, które nie były bezpośrednio chłodzone, co jest bardzo korzystnym efektem. Istotą wynalazku jest również fakt, iż całkowita masa szelek wynosi 0,92 kg, w tym sterownika 0,15 kg i źródła zasilania (powerbanku) 0,32 kg. Niewielka masa rozwiązania sprawia, że jej ono akceptowane przez użytkowników końcowych, co zostało potwierdzone w badaniach z udziałem potencjalnej grupy odbiorców – pracowników sektora kolejowego w użytkowych badaniach laboratoryjnych i terenowych. Szelki chłodzące, w komplecie z dedykowaną odzieżą o intensywnej widzialności, zapewniają użytkownikom intensywną widzialność dzięki zastosowaniu taśm odblaskowych oraz materiału fluorescencyjnego.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Szelki chłodzące opracowane zostały we współpracy z producentem odzieży ochronnej – firmą PW Krystian sp. z o. o., co pozytywnie wpłynęło na produkcyjność opracowanego rozwiązania oraz jego możliwość komercjalizacji i potencjał wdrożeniowy do praktyki społeczno-gospodarczej. W opracowywanie rozwiązania zaangażowano także potencjalnych użytkowników końcowych, dzięki którym możliwe było sformułowanie wymagań docelowej grupy odbiorców i dostosowanie rozwiązania do ich oczekiwań i potrzeb. Potencjalni użytkownicy końcowi brali także udział w badaniach użytkowych, co pozwoliło zebrać ich opinie i sugestie dotyczące opracowanego rozwiązania i uwzględnić na etapie prototypowania. Szelki chłodzące zostały opracowane w sposób umożliwiający ich dalszy rozwój i współpracę z systemami Internetu Rzeczy (IoT), co również zwiększa możliwości ich zastosowania w bardziej rozbudowanych środowiskach pracy. Koncepcję integracji szelek z systemem IoT przedstawiono w publikacji wydanej w Applied Sciences (https://doi.org/10.3390/app14020586).