Что такое охлаждающий жилет и почему люди его используют?

Охлаждающий жилет — это носимая одежда, предназначенная для снижения или поддержания внутренней температуры тела пользователя за счет поглощения или рассеивания тепла от туловища. Туловище, покрывающее грудь, спину и живот, является наиболее эффективной частью тела для охлаждения, поскольку здесь находится наибольшая концентрация крупных кровеносных сосудов, снабжающих жизненно важные органы. Охлаждение крови, протекающей через эту область, снижает тепловую нагрузку на все тело гораздо эффективнее, чем охлаждение только конечностей.

Люди используют охлаждающие жилеты в ситуациях, когда окружающее тепло или физическая нагрузка превышают то, с чем организм может справиться посредством нормальной терморегуляции — потоотделения, дыхания и перераспределения кровотока. Если не принять меры, чрезмерная тепловая нагрузка приводит к тепловому стрессу, тепловому истощению и, в тяжелых случаях, к опасному для жизни тепловому удару. Правильно выбранный охлаждающий жилет продлевает безопасное время работы или тренировок в жарких условиях, улучшает когнитивные способности (которые значительно ухудшаются при повышении температуры тела), снижает утомляемость, а в профессиональных условиях напрямую снижает количество случаев тепловых заболеваний на рабочем месте.

Охлаждающие жилеты используются в самых разных ситуациях: промышленные рабочие на сталелитейных заводах, литейных заводах, строительных площадках и в наружных коммунальных службах; военные и сотрудники служб быстрого реагирования в полном объеме средств индивидуальной защиты (СИЗ); спортсмены, занимающиеся выносливостью, и игроки командных видов спорта во время разминки и восстановления; люди с рассеянным склерозом (РС) и другими неврологическими заболеваниями, симптомы которых ухудшаются при нагревании; а также работники мероприятий на открытом воздухе, сельскохозяйственные рабочие и все, кто регулярно подвергается воздействию жарких и влажных условий труда. Правильная технология жилета полностью зависит от конкретного сочетания деятельности, окружающей среды, продолжительности использования и логистики развертывания.

Четыре основных типа охлаждающих жилетов

Охлаждающие жилеты — это не единая технология — в них используется несколько принципиально разных механизмов охлаждения, каждый из которых имеет свои эксплуатационные характеристики, продолжительность эффективности, вес, стоимость и логистические требования. Выбор неправильного типа для вашего применения означает либо недостаточное охлаждение, либо непрактичную логистику, либо и то, и другое.

Охлаждающие жилеты для пакетов со льдом

В охлаждающих жилетах со льдом используются карманы или мешочки в жилете, в которые перед ношением загружаются пакеты со льдом. Лед поглощает тепло тела во время таяния, обеспечивая прямое кондуктивное охлаждение туловища. Эти жилеты обеспечивают наиболее интенсивный первоначальный охлаждающий эффект среди всех типов жилетов — разница температур между холодом и кожей велика при использовании свежего льда, а способность к поглощению тепла высока. Они широко используются в протоколах предварительного охлаждения спортсменов (особенно бегунов на выносливость, велосипедистов и футболистов) перед соревнованиями в жаркую погоду, а также в промышленных условиях, где имеется доступ к морозильной камере для повторного замораживания упаковки между сменами.

Практическими ограничениями жилетов со льдом являются их вес (полностью загруженный ледяной жилет может весить 2–5 кг, что значительно увеличивает физическую нагрузку) и продолжительность охлаждения, которая обычно составляет 30–60 минут, прежде чем лед растает и жилет потеряет эффективность. В жаркой и влажной среде лед тает быстрее. Как только лед растает, жилет станет просто мокрой и тяжелой одеждой, если не заменить рюкзаки. Им требуется доступ к морозильной камере для подзарядки, что ограничивает их использование в удаленных условиях на открытом воздухе или в мобильных ситуациях.

Охлаждающие жилеты фазового перехода

В охлаждающих жилетах из материала с фазовым переходом (PCM) используются специально разработанные материалы, которые поглощают тепло при переходе из твердого состояния в жидкость при определенной, контролируемой температуре — обычно устанавливаемой на уровне 14°C, 21°C или 28°C в зависимости от предполагаемого применения. В отличие от льда, который тает при температуре 0°C и может вызывать дискомфортное ощущение холода на коже, жилеты PCM разработаны таким образом, чтобы поддерживать температуру охлаждения в комфортном и физиологически эффективном диапазоне. Пакеты PCM активируются путем помещения их в холодную воду или холодильник до тех пор, пока они не затвердеют, а затем они высвобождают накопленную охлаждающую энергию при постоянной температуре на протяжении всего периода ношения.

Температура фазового перехода 28°C является наиболее физиологически значимой для профессионального охлаждения — она поддерживает температуру поверхности кожи ниже внутренней температуры тела (около 37°C), не вызывая дискомфорта от холода, а продолжительность охлаждения обычно составляет 2–4 часа на одну зарядку, что значительно дольше, чем у льда при сопоставимом весе. Жилеты PCM легче аналогичных ледовых жилетов и поддерживают более постоянную температуру охлаждения во время разгрузки. Они являются предпочтительной технологией для управления тепловым стрессом в промышленности, использования в военных целях и для всех, кому требуется устойчивое охлаждение в течение длительной смены или мероприятия без доступа к морозильной камере. Компромисс заключается в том, что упаковкам PCM обычно требуется 2–3 часа для повторного затвердевания в холодильнике (или 20–30 минут в ледяной воде), поэтому для непрерывной работы в несколько смен необходимы запасные комплекты упаковок.

Жилеты испарительного охлаждения

В жилетах с испарительным охлаждением используется водонасыщенная ткань или материал прокладки, который охлаждает пользователя за счет испарения — тот же механизм, что и потоотделение. Жилет пропитан водой, и по мере того, как вода испаряется с внешней поверхности жилета, она отводит тепло от тела. Эти жилеты очень легкие (обычно менее 500 г в сухом состоянии), недорогие и не требуют охлаждения — их можно зарядить из любого источника воды за считанные минуты. Они обеспечивают непрерывное охлаждение, пока ткань остается влажной, а условия окружающей среды способствуют испарению.

Критическим ограничением испарительных жилетов является то, что их эффективность полностью зависит от относительной влажности. В сухом климате (относительная влажность ниже 40%) испарительные жилеты работают очень хорошо и могут обеспечить несколько часов полезного охлаждения. Во влажном климате (относительная влажность выше 70%) испарение значительно замедляется, а охлаждающий эффект становится минимальным — что является наихудшим сценарием теплового стресса, поскольку высокая влажность также ухудшает собственный механизм потоотделения организма. Испарительные жилеты хорошо подходят для жаркой и сухой среды: пустынного климата, засушливых промышленных условий и летнего отдыха на свежем воздухе в регионах с низкой влажностью. Они гораздо менее эффективны во влажной тропической, субтропической или прибрежной среде.

Жилеты с воздушным и активным охлаждением

В жилетах с активным охлаждением используется система охлаждения с питанием — обычно либо сжатый воздух, циркулирующий по каналам в жилете, либо небольшая система хладагента с батарейным питанием — для обеспечения непрерывного и устойчивого охлаждения. В жилетах со сжатым воздухом используются вихревые трубы или прямая циркуляция воздуха, подключенная к портативному источнику воздуха, а в жилетах на основе хладагента используется небольшой компрессор и теплообменник. Эти системы обеспечивают постоянное охлаждение с контролируемой температурой, независимое от влажности окружающей среды и не требующее перезарядки пакетов со льдом или PCM. Они используются в самых сложных промышленных условиях, таких как доменные печи, техническое обслуживание атомных электростанций и производство защитных костюмов, где технологии пассивного охлаждения просто не могут обеспечить достаточное или устойчивое охлаждение.

Практическими ограничениями жилетов с активным охлаждением являются их сложность, вес системы электропитания/подачи воздуха, стоимость и необходимость непрерывной подачи электропитания или воздуха. Они не подходят для мобильного или удаленного применения, где невозможно обеспечить источник питания, а требования к их обслуживанию выше, чем у пассивных жилетов. Однако в конкретных промышленных нишах с высокими температурами, где они применяются, они обеспечивают эффективность охлаждения, с которой не могут сравниться пассивные альтернативы.

Типы охлаждающих жилетов в сравнении

Вот прямое сравнение четырех основных технологий охлаждающих жилетов по критериям, наиболее важным для выбора:

Кому больше всего нужен охлаждающий жилет?

Охлаждающие жилеты — это не просто комфортный аксессуар — для определенных групп населения они являются настоящим инструментом здоровья и безопасности. Вот группы, для которых охлаждающий жилет наиболее важен и почему:

Наружные и промышленные рабочие

Строители, кровельщики, сельскохозяйственные рабочие, ландшафтные дизайнеры, дорожные рабочие и коммунальные службы проводят долгие часы на открытом воздухе в летнюю жару, часто выполняя физически тяжелую работу под ярким солнцем. Промышленные рабочие на сталелитейных, стекольных заводах, литейных заводах, пекарнях и промышленных кухнях сталкиваются с лучистыми тепловыми нагрузками, значительно превышающими температуру окружающей среды. В обеих категориях тепловой стресс является признанным профессиональным риском, который ежегодно приводит к тысячам госпитализаций и десяткам смертельных случаев на рабочем месте. Охлаждающие жилеты — особенно жилеты PCM для влажной среды и испарительные жилеты для сухого климата — являются эффективным техническим средством контроля, которое снижает повышение внутренней температуры тела во время работы и продлевает безопасное рабочее время перед обязательными периодами отдыха.

Военные и службы быстрого реагирования

Солдаты, пожарные, бригады по обезвреживанию взрывчатых веществ и сотрудники по обезвреживанию бомб работают в СИЗ всего тела, которые препятствуют нормальному испарительному охлаждению — когда тело не может эффективно потеть, единственной стратегией управления теплом является внешнее охлаждение. Охлаждающие жилеты, надеваемые под или поверх средств индивидуальной защиты, используются в этих целях для продления безопасного времени выполнения миссии и снижения риска теплового удара при операциях при высоких температурах. Именно по этой причине военные вложили значительные средства в разработку PCM и активных охлаждающих жилетов, и многие из самых передовых коммерческих охлаждающих жилетов были разработаны или усовершенствованы в рамках программ военных закупок.

Спортсмены и спортивные команды

Спортсмены, занимающиеся выносливостью — марафонцы, триатлонисты, велосипедисты и пловцы на открытой воде — используют охлаждающие жилеты со льдом или PCM на этапе предсоревновательной разминки, чтобы снизить начальную температуру тела, позволяя телу поглощать больше тепла до того, как во время соревнований будут достигнуты пороговые значения, снижающие производительность. Исследования неизменно показывают, что предварительное охлаждение с помощью жилета снижает воспринимаемое напряжение, частоту сердечных сокращений и температуру тела во время последующих тренировок в жару, а также заметно улучшает результаты в гонках на время. Тренеры командных видов спорта используют охлаждающие жилеты во время перерывов, тайм-аутов и перерывов на замену для активных игроков в жарких условиях на открытом воздухе. На Олимпийских играх 2020 года в Токио, проходивших в одних из самых жарких и влажных условиях в современной истории Игр, спортсмены из разных стран широко использовали охлаждающие жилеты.

Люди с рассеянным склерозом и заболеваниями, чувствительными к теплу

Пациенты с рассеянным склерозом испытывают хорошо документированный феномен, называемый феноменом Утхоффа — временное ухудшение неврологических симптомов (зрения, равновесия, утомляемости, когнитивных функций) при повышении температуры тела даже на 0,5°C. Это означает, что даже умеренная летняя жара может серьезно ухудшить повседневную деятельность пациентов с рассеянным склерозом. Охлаждающие жилеты — особенно жилеты PCM с температурой фазового перехода 14°C или 21°C — являются признанным терапевтическим средством для пациентов с рассеянным склерозом, которое позволяет им оставаться активными и функциональными в теплых условиях, которые в противном случае были бы вынуждены находиться в помещении. Национальное общество рассеянного склероза активно рекомендует охлаждающие жилеты, и они подлежат возмещению в рамках некоторых программ медицинского страхования в США. Подобная чувствительность к теплу присутствует у пациентов с травмой спинного мозга, волчанкой и людьми с гипергидрозом.

Основные характеристики охлаждающего жилета

После того, как вы определили подходящую технологию охлаждения для вашей ситуации, следующие характеристики определяют, насколько хорошо будет работать конкретный жилет и насколько практичным будет его постоянное использование:

• Зона покрытия: Чем большую часть туловища покрывает жилет, включая спину, которая в базовых моделях жилетов часто прикрыта недостаточно, тем сильнее охлаждающий эффект. Жилет, закрывающий только переднюю часть грудной клетки, обеспечивает значительно меньшее охлаждение, чем жилет, полностью закрывающий туловище. Для промышленного и медицинского использования настоятельно рекомендуется использовать жилеты максимального покрытия с передней и задней панелями охлаждения.
• Посадка и регулировка: Охлаждающий жилет должен прилегать достаточно плотно, чтобы охлаждающие панели сохраняли постоянный контакт с туловищем, не смещаясь во время движения. Жилеты свободного кроя оставляют воздушные зазоры, которые уменьшают теплопередачу. Поищите регулируемые боковые ремни или застежки и убедитесь, что жилет доступен в различных размерах — жилет среднего размера будет обеспечивать нестабильное охлаждение на большом каркасе, поскольку панели не будут должным образом закрывать туловище.
• Дизайн и удержание кармана рюкзака: Карманы для охлаждающих пакетов должны надежно удерживать пакеты во время физической активности, не позволяя им смещаться, выпадать или создавать точки давления. Карманы на молнии или липучках с внутренними каналами или направляющими, которые удерживают рюкзаки в правильном положении во время движения, предпочтительнее простых подсумков с открытым верхом.
• Материал внешней оболочки и долговечность: Промышленные жилеты нуждаются в устойчивой к истиранию внешней оболочке (обычно из рипстоп-нейлона или полиэстера), способной выдерживать суровые условия на рабочем месте. В медицинских и спортивных жилетах предпочтение отдается легким, дышащим тканям, которые минимизируют термическое сопротивление между охлаждающим пакетом и кожей. Светоотражающая отделка промышленных жилетов улучшает видимость в условиях низкой освещенности.
• Совместимость со СИЗ и униформой: В профессиональных условиях охлаждающий жилет следует носить под рабочей униформой, жилетом повышенной видимости, бронежилетом или другими средствами индивидуальной защиты или поверх них. Узкие жилеты с низкопрофильными карманами легче носить под ремнями безопасности и светозащитным снаряжением. Проверьте толщину и вес жилета в зависимости от конфигурации СИЗ, которую будет использовать пользователь.
• Моющиеся и гигиенические: В профессиональных и медицинских учреждениях жилеты необходимо регулярно стирать. Убедитесь, что оболочка жилета (со снятыми рюкзаками) пригодна для машинной стирки и выдерживает частые стирки без ухудшения прилегания, застежек или целостности карманов. Сами пакеты PCM обычно очищаются только протиранием, и их не следует погружать в воду после завершения протокола перезарядки.

Как использовать охлаждающий жилет для максимальной эффективности

Даже самый лучший охлаждающий жилет будет работать неэффективно, если его неправильно использовать. Эти рекомендации применимы ко всем типам жилетов и помогут вам получить максимальную выгоду от любой выбранной вами технологии охлаждения:

• Предварительное охлаждение перед началом теплового воздействия: Наибольшая польза от охлаждающего жилета заключается в том, что период ношения начинается с температуры тела ниже температуры окружающей среды. Для спортсменов это означает ношение жилета в течение 15–30 минут перед разминкой в ​​прохладной среде. Для работников это означает надевание предварительно заряженного жилета перед тем, как войти в жаркую среду, вместо того, чтобы ждать, пока вам станет жарко, чтобы его надеть.
• Носите жилет непосредственно на коже или поверх тонкого базового слоя: Каждый слой одежды между охлаждающим пакетом и кожей снижает скорость теплопередачи. Для максимального охлаждения носите жилет прямо на коже. Если это непрактично из соображений гигиены или комфорта, допускается один тонкий влагоотводящий базовый слой — толстые хлопковые футболки значительно снижают эффективность охлаждения.
• Запасные комплекты должны быть заряжены и готовы: Для рабочих смен, длительность которых превышает продолжительность охлаждения жилета при одной зарядке, наличие предварительно заряженных запасных комплектов позволяет быстро перезарядить жилет во время перерыва, не прерывая протокол охлаждения. По этой причине большинство производителей жилетов PCM рекомендуют приобретать как минимум два комплекта упаковок на один жилет.
• Комбинируйте жилет с другими мерами по управлению теплом: Охлаждающий жилет наиболее эффективен как часть более широкой стратегии управления жарой, которая включает в себя адекватную гидратацию, плановые перерывы для отдыха в затененных или кондиционируемых помещениях, легкую и дышащую рабочую одежду, а также мониторинг условий окружающей среды (индекс WBGT). Жилет сам по себе не устраняет риск теплового стресса в экстремальных условиях.
• Следите за температурой охлаждающего блока и своевременно заменяйте его: После полной разрядки PCM или пакетов со льдом жилет не обеспечивает существенного охлаждения и может даже удерживать тепло тела, если пакет нагрелся выше температуры кожи. Научите рабочих и спортсменов распознавать, когда рюкзаки нуждаются в замене, и не продолжать носить разряженный жилет в жарких условиях, предполагая, что он все еще работает.

Что следует проверить при покупке охлаждающего жилета

Благодаря широкому ассортименту охлаждающих жилетов, доступных в самых разных ценовых категориях, знание того, что отличает качественный жилет от неэффективного, спасет вас от дорогостоящего разочарования. Вот что нужно проверить перед покупкой:

• Спецификация охлаждающей способности: Производители качественных жилетов PCM публикуют мощность охлаждения своего жилета в ватт-часах или килокалориях — это говорит о фактическом количестве тепла, которое может поглотить жилет, что напрямую определяет, как долго он будет эффективно охлаждаться в реальных условиях. Жилеты, не имеющие опубликованных данных о охлаждающей способности, сложно сравнивать с альтернативами.
• Температура фазового перехода для жилетов PCM: Температура фазового перехода 28°C является наиболее физиологически подходящей для общего профессионального и спортивного использования — она сохраняет охлаждающую поверхность ниже температуры кожи (около 33–34°C), не вызывая холодового дискомфорта или вазоконстрикции. Материалы с фазовым переходом 14°C и 21°C используются для предварительного охлаждения и в медицинских целях, где требуется более агрессивное охлаждение. Подтвердите, какая температура фазового перехода находится в продукте, который вы оцениваете.
• Независимые испытания или клинические доказательства: Для медицинских применений (РС, травмы спинного мозга, другие состояния, чувствительные к теплу) и для программ обеспечения безопасности труда ищите охлаждающие жилеты, которые прошли независимые испытания или упоминались в рецензируемых исследованиях. Несколько брендов жилетов PCM опубликовали данные клинических испытаний, подтверждающие их заявления о продолжительности охлаждения и физиологической эффективности.
• Замена упаковки и долгосрочная стоимость: PCM и пакеты со льдом разрушаются в результате повторяющихся циклов замораживания и оттаивания и в конечном итоге потребуют замены. Проверьте, доступны ли сменные пакеты у производителя и по какой цене — жилет с привлекательной первоначальной ценой, но дорогие или труднодоступные сменные пакеты могут оказаться дороже в течение трех-пяти лет использования, чем конкурирующий продукт с лучшими характеристиками.
• Размеры и половая принадлежность: Многие промышленные охлаждающие жилеты разработаны с учетом стандартной формы мужского туловища и плохо подходят для рабочих с разными пропорциями тела. Если жилеты приобретаются для смешанной рабочей силы, убедитесь, что доступны варианты, специально предназначенные для женщин, или жилеты с регулируемой посадкой, поскольку плохо подогнанный жилет не будет поддерживать контакт с панелью и обеспечивает существенное снижение охлаждения.
• Соответствие соответствующим стандартам: В рамках программ по охране труда проверьте, соответствует ли охлаждающий жилет соответствующим стандартам гигиены труда в вашей юрисдикции — в ЕС Регламент СИЗ 2016/425 применяется к охлаждающей одежде, классифицируемой как СИЗ; Рекомендации OSHA в США охватывают программы профилактики тепловых заболеваний, в которых указано использование охлаждающего оборудования. При использовании в медицинских целях проверьте, внесен ли продукт в список медицинских изделий в соответствующих регулирующих органах, если предполагается возмещение расходов в рамках программ здравоохранения.