Студенты изобрели охлаждающее устройство, которое крепится к строительной каске

Летом после первого года обучения архитектуре в Гонконгском университете Джефф Ли и Джозеф Вонг размышляли о шляпах и изменении климата.

Мы в основном думали: «Хм, какие большие проблемы есть сейчас в этом мире?» — говорит Ли.

И очевидно, что это жара, верно?

Сохранять прохладу во время гонконгского лета очень сложно. В июле и августе температура в регионе часто превышает 87 градусов по Фаренгейту, и жара растет из года в год, а 2024 год, по данным Hong Kong Free Press, станет одним из самых жарких в истории.

Пара увидела необходимость в носимом предмете, который охлаждал бы строителей во время работы. В условиях растущих температур рабочие на открытом воздухе в жарком и влажном климате, как в Гонконге, подвергаются риску сильного теплового стресса, теплового удара и даже смерти.

В верхней части полуготового здания они полностью открыты, — говорит Ли.

А в крытых помещениях нет вентиляции. Становится очень, очень жарко.

Так возникло Air Ring 48 — охлаждающее устройство, которое крепится к основанию строительной каски, обеспечивая приток воздуха к самым потным участкам головы и шеи. Air Ring 48 вошло в число 20 финалистов конкурса James Dyson Award этого года — международного конкурса дизайна с денежным призом, призванного выявить следующее поколение инженеров-конструкторов. Вентилятор, расположенный за каждым ухом, работает на уровне шепота (30 децибел), а заряда батареи хватает на 17 часов работы, что эквивалентно двум рабочим дням.

Практическое применение AR48 для решения проблем жары и шума, а также потенциальное использование за пределами строительства делает его универсальным решением, которое значительно улучшает условия труда и защищает здоровье рабочих в сложных условиях, — говорит Стив Юнг, судья премии Джеймса Дайсона в Гонконге.

Персональные охлаждающие устройства для рабочих имеют множество форм. В специализированных жилетах используются морозоустойчивые вставки или холодная вода в подкладке одежды, чтобы охладить работников.

В то же время на рынке уже представлены другие системы охлаждения касок с вентилятором. Tajima Seiryo 2 крепится к задней части каски и может работать до 12 часов, а охлаждающий вентилятор Klein крепится к краю каски Klein и подает воздух через небольшие трубки в каску в течение 6 часов.

Имея на рынке аналогичные устройства, команда, создавшая Air Ring 48, разработала 48 прототипов, чтобы создать масштабируемую систему охлаждения, которая была бы одновременно функциональной и удобной. При весе чуть более пяти унций легкое и эргономичное Air Ring 48 не будет отягощать работника в течение всего рабочего дня.

Мы уделяем большое внимание тому, чтобы максимально увеличить комфорт пользователя, не только охлаждение, но и восприятие веса, когда вы носите его в течение всего дня, — говорит Вонг.

Фабиано Аморим — физиолог из Университета Нью-Мексико, чьи исследования включают изучение теплового стресса у работников сахарного тростника в Бразилии и строителей в Миссури. Когда мы говорим о тепловом стрессе, Аморим объясняет, что мы имеем в виду тепло из двух источников: наш метаболизм и окружающая среда.

Возьмем кровельщика, работающего под солнцем без тени. Солнце не только повышает температуру его тела, но и каждый раз, когда он прибивает черепицу, физическая активность кровельщика также вызывает реакции в организме, чтобы обеспечить запас энергии для выполнения поставленной задачи. Организм не может использовать всю энергию, которая расщепляется из запасов, поэтому он повышает температуру тела кровельщика. Организм охлаждает себя, циркулируя горячую кровь под поверхностью кожи и выделяя слой пота. Кровь нагревает пот, который испаряется, охлаждая кожу.

Люди эффективно охлаждаются в жаркой и сухой среде, но во влажной среде, как в Гонконге, из-за большого количества водяных паров в воздухе пот испаряется медленнее, поэтому организму приходится прилагать больше усилий, чтобы охладить себя.

Когда пот капает на кожу, вы просто обезвоживаетесь. Вы не охлаждаетесь. Это проблема, потому что вы уменьшаете количество воды в организме, ваша температура продолжает повышаться, и это опасно, — говорит Аморим.

Для рабочих, работающих на открытом воздухе, сочетание влажной жары и физической активности без достаточного охлаждения может привести к таким заболеваниям, как тепловые судороги, тепловое истощение, тепловая сыпь или тепловой удар.

Ли и Вонг знали, что вентиляторы могут работать в жаркой и влажной среде, поскольку циркуляция воздуха позволяет испарять больше пота, чем если бы воздух оставался застойным. Поэтому вентиляторы были включены во все 48 прототипов изобретателей, начиная с самого первого, состоящего из вентилятора, помещенного в отверстие, вырезанное в макушке рыбацкой шляпы, и заканчивая гораздо более совершенным конечным продуктом.

К 40-му прототипу конструкция включала в себя большой круговой вентилятор на затылке пользователя и батарею на передней панели для балансировки нагрузки. Устройство было тяжелее, чем Air Ring 48, а время автономной работы составляло от 3,5 до 6,3 часов. Работники девелоперских и строительных компаний в Гонконге и Гане, протестировавшие прототип, хотели бы получить большее охлаждение за ушами.

Второе испытание приблизило 43-й прототип к окончательному варианту Air Ring: два небольших вентилятора, расположенных прямо над и за ушами. Устройство весило менее полукилограмма.

46-й прототип приблизил проект к нынешней форме Air Ring 48 со временем автономной работы 15 часов и весом в пять унций.

Если вы добавите слишком много, вес увеличится. Время работы от аккумулятора уменьшится, общая производительность снизится, — говорит Ли.

Поэтому на данный момент, после 48 прототипов, мы стремимся все оптимизировать.

Команда сообщает, что максимальная скорость охлаждения кожи на 5,76 градуса по Фаренгейту ниже, а максимальная скорость охлаждения ядра на 1,21 градуса по Фаренгейту ниже. Эти данные были проверены путем измерения разницы температур между носителем и не носителем в один и тот же промежуток времени и в одном и том же месте во время трех отдельно запланированных полевых испытаний.

Архитектурное образование Ли и Вонга повлияло на процесс проектирования, придав команде дисциплинированную страсть к постоянному совершенствованию устройства и изобретательность, позволяющую преодолевать тонкую грань между эффективностью и эргономичностью дизайна.

Архитектура дает вам методологию проектирования, которую вы можете применить где угодно, — говорит Вонг.

Так что если вы достаточно креативны, то с этим набором навыков вы сможете сделать очень многое.

Работники служб доставки, уличные торговцы и уборщики на улице — одни из тех, кто испытывает тепловой стресс в городской среде. Хотя климатические инновации, такие как Air Ring 48, крайне важны, главный специалист по климату Нью-Йорка Луиза Юнг считает, что смягчить климатический кризис можно только с помощью политики.

Я думаю, мы многое делаем для того, чтобы обезопасить себя и друг друга, и это действительно важно, но это не сравнится с реальными структурными изменениями в стандартах труда, — говорит Юнг.

Главный специалист по климату считает, что лучший способ защитить работников — это обязать работодателей нести ответственность за защиту своих сотрудников от экстремальной жары. Юнг подготовил недавно опубликованный доклад «Защита работников, работающих вне дома, в условиях меняющегося климата», в котором излагается двойной подход, предусматривающий более широкие меры защиты работников и инициативы в области общественного здравоохранения, направленные на оказание помощи работникам, занятым в гигах. В докладе рекомендуется создать муниципальные стандарты тепла для всех работников Нью-Йорка, работающих на открытом воздухе, изменить городской Кодекс уличной торговли, чтобы разрешить уличным торговцам использовать навесы для защиты от тени, расширить доступ к общественным туалетам и принять Закон о программе смягчения последствий температурного экстрима (TEMP).

В настоящее время этот закон находится в комитете Сената штата Нью-Йорк. Закон обеспечит работников защитой от экстремальной жары, например, водой, тенью и перерывами на отдых.

Ли и Вонг уже закончили Гонконгский университет и в настоящее время работают над Air Ring 48 полный рабочий день. Они планируют продолжить разработку продукта и, возможно, выйти на общий рынок с аксессуарами для оборудования, портативными вентиляторами и другими носимыми устройствами.

Наша команда готовится к худшему, — говорит Вонг, — к изменению климата. В ближайшие годы мы можем «столкнуться с действительно ужасной ситуацией, когда мы действительно не сможем выходить на улицу, и нам действительно понадобится что-то дополнительное в нашей одежде, чтобы защитить нас.

Ранее ученые предупредили, что во время сильной жары вентиляторы неэффективны и даже опасны.

19.12.2024