Studija ASU otkriva da u veoma vrućim, suvim i bezvetrenim uslovima znojenje može biti značajno manje efikasno zbog suprotstavljenih vazdušnih tokova pored kože. Istraživači su koristili termalni manekin ANDI i numeričke simulacije; efekat može smanjiti isparavanje i za preko 50%. Ignorisanje uzgona izazvanog vlagom u modelima može dovesti do podcenjivanja porasta telesne temperature (oko 2 °F / ~1.1 °C u simulaciji od dva sata) i ima praktične implikacije za bezbednost u šatorima, nedovršenim objektima i drugim prostorima sa slabom ventilacijom.
Kad znoj prestane da hladi: Zašto vruć, suv i bezvetren vazduh može blokirati isparavanje
ASU researchers found a hidden airflow effect that can cut sweat evaporation by more than 50% in still heat. (CREDIT: Shutterstock)
Nova studija sa Arizona State University pokazuje da znojenje u veoma vrućim, suvim i bezvetrenim uslovima može biti znatno manje efikasno nego što obično mislimo. Suprotstavljeni lokalni vazdušni tokovi pored kože ponekad dovedu do stagnacije vazduha i drastičnog smanjenja isparavanja znoja.
ANDI the sweating manikin helps ASU researchers discover the secrets of sweating. (CREDIT: Arizona State University)
Kako se to dešava
Efekat se javlja u tankom sloju vazduha neposredno uz kožu. Kada je spoljašnja temperatura viša od temperature kože, vazduh u neposrednoj blizini tela se relativno hladi, postaje gušći i ima tendenciju da klizi naniže (temperaturni uzgon prema dole). Istovremeno, znoj povećava lokalnu vlažnost: vlažniji vazduh je lakši i ima tendenciju da se diže (vlažnostni uzgon prema gore). U vrlo vrućim (oko 105 °F / ~40.6 °C), suvim i mirnim uslovima ova dva efekta mogu se gotovo poništiti, pa vazduh pored kože ostaje stagniran i sprečava efikasno nošenje pare dalje od tela.
Konrad Rykaczewski wears the thermal suit used to raise body temperature and induce sweating in his lab. (CREDIT: Arizona State University)
Kako su istraživači radili
Umesto da izlažu ljude opasnim temperaturama, tim je koristio prilagođeni termalni manekin ANDI koji emituje i meri toplotu i „sintetički“ znoj kroz pore. Ispitivanja u kontrolisanim uslovima su dopunjena numeričkim modelima i oko 100 simulacija kombinacija temperature i vlage kako bi se izolovali i kvantifikovali efekti slobodne konvekcije i promena gustine vazduha izazvanih vlagom.
Experimental validation of the multiphysics numerical model. (CREDIT: Science Advances)
Glavni nalazi
- Ispitivanja pokazuju da konkurentni uzgoni mogu smanjiti isparavanje znoja za više od 50% u određenim uslovima.
- U jednoj simulaciji dvočasovnog izlaganja, izostavljanje efekta vlažnosti u modelu dovelo je do podcenjivanja porasta centralne telesne temperature za skoro 2 °F (~1.1 °C) za osobu u mirovanju u mirnom vazduhu.
- U uslovima gde temperaturni i vlažnostni uzgon deluju u istom pravcu, isparavanje može porasti; kada deluju suprotno, isparavanje može oštro opasti.
Praktične implikacije
Rezultati su posebno relevantni za prostore sa slabom ventilacijom: šatori, nedovršene zgrade, sobe bez hlađenja i drugi delimično zatvoreni ili mirni prostori. Ako modeli toplotnog stresa precenjuju efikasnost znojenja, to može dovesti do podcenjivanja rizika od toplog stresa i pogrešnih preporuka za bezbednost radnika, spasilačkih timova, vojske i ljudi koji se sklone od vrućine.
Coupled buoyancy effects on free convective heat transfer coefficient. (CREDIT: Science Advances)
Šta dalje
Tim planira dalje eksperimente koji će proučavati interakcije između kože, znoja i tkanina odeće, kao i terenska merenja u Arizoni kako bi prilagodili modele za različite populacije i stvarne uslove. Cilj je unaprediti dizajn odeće i preporuke za ventilaciju/korišćenje ventilatora u uslovima ekstremne vrućine.
Zaključak: Znojenje ostaje ključan mehanizam hlađenja, ali njegova efikasnost zavisi i od fizičke okoline pored kože—posebno od sitnih vazdušnih kretanja i promena gustine vazduha usled vlage. Male količine vazdušnog strujanja (ventilator, prozor, provetravanje) mogu značajno poboljšati isparavanje i smanjiti toplotni rizik.
Rad je objavljen u časopisu Science Advances. Istraživanje su vodili Konrad Rykaczewski i Shri Viswanathan sa Arizona State University.
Pomozite nam da budemo bolji.
