Влияние конструкции жилета, скорости потока воздуха и влажности на испарительную охлаждающую способность с использованием теплового манекена

Как сохранять прохладу в условиях потепления

По мере того как лета становятся жарче, а волны тепла — более частыми, миллионы людей, работающих на открытом воздухе или на горячих производствах, сталкиваются с растущим риском истощения, заболеваний и травм. Одним из многообещающих средств защиты является, на первый взгляд, простая охлаждающая жилетка, которая впитывает воду и использует испарение, чтобы отводить тепло от тела. В этом исследовании поставлен практический вопрос с реальными последствиями: какие типы испарительных охлаждающих жилетов работают лучше всего и при каких сочетаниях температуры, потока воздуха и влажности они обеспечивают наибольшую защиту?

Почему охлаждающие жилеты важны для работников

Тепловой стресс — это не только дискомфорт; он может повреждать органы, замедлять мышление и повышать вероятность несчастных случаев на работе, особенно в профессиях вроде строительства или сельского хозяйства, где приняты тяжелая экипировка и физический труд. Традиционные охлаждающие системы, циркулирующие охлажденную воду или использующие специальные воскообразные материалы, могут быть эффективны, но часто тяжеловесны, дороги или зависят от внешнего источника питания. Испарительные охлаждающие жилеты, напротив, легкие, недорогие и требуют лишь воды и движения воздуха. Когда вода в жилете превращается в пар, она уносит с собой тепло, помогая поддерживать нормальную температуру тела во время длительных рабочих смен в жару.

Испытание четырех конструкций жилетов

Чтобы сравнить конструкции корректно, исследователи использовали нагреваемый медный торс — тепловой манекен, поддерживаемый при типичной температуре кожи и помещенный в климатическую камеру. Они протестировали четыре жилета: два на основе полимерного геля (один с дополнительными перфорационными отверстиями, другой без), один с целлюлозной сердцевиной и один широко продаваемый коммерческий образец. Каждый жилет промачивали водой, затем помещали на манекен при температуре воздуха 35 или 40 градусов Цельсия, при двух уровнях влажности и трех скоростях воздуха — от почти неподвижного воздуха до сильного ветра. Измеряя мощность, необходимую манекену для поддержания температуры в течение двух часов, и сколько воды терял каждый жилет, команда рассчитывала охлаждающую способность и насколько эффективно каждый килограмм воды превращался в полезное охлаждение.

Почему один жилет холодит лучше другого

Лидером в большинстве горячих и сухих условий оказался жилет с целлюлозной сердцевиной. Его конструкция — пористый, впитывающий слой в сочетании с дышащими наружными тканями — удерживала больше воды, при этом пропуская воздух, что поддерживало равномерное испарение, а не быстрое высыхание. В самых жарких, самых сухих и при сильном воздушном потоке этот жилет обеспечивал наивысшую среднюю охлаждающую мощность, тогда как коммерческая модель отставала во всех тестах, во многом потому, что хранила меньше воды и быстрее высыхала. Среди полимерных жилетов версия без перфорации обычно охлаждала эффективнее и дольше, чем перфорированная, отверстия в которой способствовали быстрому, неравномерному испарению и более резкому снижению эффективности со временем.

Как поток воздуха и влажность меняют расстановку сил

Движение воздуха оказалось палкой о двух концах. Умеренный и сильный поток воздуха обычно усиливал мгновенную охлаждающую мощность жилетов, особенно целлюлозного и монолитного полимерного, ускоряя испарение. Однако тот же поток воздуха быстрее отводил воду, что означало, что эффективность — доля охлаждающего потенциала воды, использованная для охлаждения манекена — часто падала по мере увеличения скорости вентилятора. Напротив, высокая влажность усугубляла ситуацию: когда воздух уже был насыщен влагой, вода в жилете испарялась медленнее, сокращая охлаждающую мощность примерно на четверть и более. Съемки тепловой камерой поверхности жилетов визуально подтвердили эти тенденции, показывая, как холодные, влажные участки со временем сокращались, особенно при сильном движении воздуха.

Что это означает для реальной защиты от жары

С точки зрения неспециалиста вывод прост: в жарком сухом климате хорошо продуманный, влагоемкий и дышащий жилет может значительно уменьшить тепловую нагрузку на работников и спортсменов, особенно при наличии некоторого воздушного потока. Целлюлозные сердцевины и продуманная многослойная конструкция тканей превосходят простые конструкции с низкой емкостью. В то же время существует компромисс между мгновенным сильным охлаждением и тем, как долго жилет остается эффективным до следующего замачивания. В душных условиях любой испарительный жилет будет испытывать затруднения, и потребуются другие стратегии охлаждения. В целом исследование дает конкретные рекомендации по разработке и выбору охлаждающих жилетов, которые делают работу в условиях потепления безопаснее.

Цитирование: Soleimani, N., Dehghan, A. & Dehghan, H. Effect of vest structure, airflow velocity, and humidity on evaporative cooling capacity using a thermal manikin. Sci Rep 16, 8878 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41309-5

Ключевые слова: испарительные охлаждающие жилеты, термический стресс, профессиональное воздействие тепла, конструкция охлаждающей одежды, поток воздуха и влажность