여름철 작업자들의 고체온증 예방을 위한 액체냉각복 개발 및 효과적인 냉각온도와 인체 냉각부위 탐색 Developing Liquid Cooling Garments to Alleviate Heat Strain of Workers in Summer and Exploring Effective Cooling Temperature and Body Regions원문보기
The purpose of the present study was to explore the most effective body region and cooling temperature to alleviate heat strain of workers in hot environments. We developed liquid cooling hood, vest, sleeves and socks and applied the water temperatures of 10, 15, 20, and 25℃ through the liqui...
The purpose of the present study was to explore the most effective body region and cooling temperature to alleviate heat strain of workers in hot environments. We developed liquid cooling hood, vest, sleeves and socks and applied the water temperatures of 10, 15, 20, and 25℃ through the liquid cooling garments in a hot and humid environment (33℃ air temperature and 70% RH air humidity). A healthy young male participated in a total of 16 experimental trials (four cooling garments × four cooling temperatures) with the following protocol: 10-min rest, 40-min exercise on a treadmill and 10-min recovery. The results showed that rectal temperature, mean skin temperature, and ratings of perceived exertion during exercise; heart rate and diastolic blood pressure during recovery; and total sweat rate were lower for the vest condition than other garment conditions(p < .05). However, there was no differences in mean skin temperature among the four cooling garments when we compared the values converted by covering area(%BSA). When we classified the results by cooling temperature, there were no consistent differences in thermoregulatory and cardiovascular responses among the four temperatures, but 25℃ water temperature was evaluated as being the most ineffective cooling temperature in terms of subjective responses. In conclusion, the results indicated that wearing cooling vest with < 20℃ cooling temperature can alleviate heat strain of workers in hot and humid environments. If the peripheral body regions are cooled with liquid cooling garments, larger cooling area with lower cooling temperature than 10℃ would be effective to reduce heat strain of workers. Further studies with a vaild number of subjects are required.
The purpose of the present study was to explore the most effective body region and cooling temperature to alleviate heat strain of workers in hot environments. We developed liquid cooling hood, vest, sleeves and socks and applied the water temperatures of 10, 15, 20, and 25℃ through the liquid cooling garments in a hot and humid environment (33℃ air temperature and 70% RH air humidity). A healthy young male participated in a total of 16 experimental trials (four cooling garments × four cooling temperatures) with the following protocol: 10-min rest, 40-min exercise on a treadmill and 10-min recovery. The results showed that rectal temperature, mean skin temperature, and ratings of perceived exertion during exercise; heart rate and diastolic blood pressure during recovery; and total sweat rate were lower for the vest condition than other garment conditions(p < .05). However, there was no differences in mean skin temperature among the four cooling garments when we compared the values converted by covering area(%BSA). When we classified the results by cooling temperature, there were no consistent differences in thermoregulatory and cardiovascular responses among the four temperatures, but 25℃ water temperature was evaluated as being the most ineffective cooling temperature in terms of subjective responses. In conclusion, the results indicated that wearing cooling vest with < 20℃ cooling temperature can alleviate heat strain of workers in hot and humid environments. If the peripheral body regions are cooled with liquid cooling garments, larger cooling area with lower cooling temperature than 10℃ would be effective to reduce heat strain of workers. Further studies with a vaild number of subjects are required.
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문제 정의
냉매를 활용하는 냉각복의 경우 냉매가 녹으면서 냉각 온도가 점점 증가하므로 특정 온도들을 비교하여 최적의 냉각 온도를 도출하고자 하는 본 연구의 목적에는 부합하지 않는다. 열전모듈을 사용하는 냉각방식의 경우 냉각되는 면의 반대 면으로 열이 방출되고, 또한 유지되는 온도의 표준편차가 상대적으로 크다는 점에서 본 연구에는 적합하지 않다.
본 연구는 여름철 고온다습환경에 노출된 작업자의 서열부담 경감에 가장 효과적인 인체 냉각 부위 및 냉각 온도를 찾기 위해 수행되었다. 이를 위해 후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴양말형의 액체냉각복을 개발하였으며, 순환 물 온도 10℃, 15℃, 20℃, 25℃에서의 냉각효과를 평가하였다.
본 연구를 통해 여름철 서열부담 경감에 최적인 인체 냉각 부위와 냉각 온도 간의 조합이 도출된다면 이를 바탕으로 다양한 냉각 방식의 냉각복 개발 시 기초자료로 활용이 가능할 것이다. 이에 본 연구는 인체 부위별 액체냉각복을 개발한 후 서열부담 경감에 가장 효과적인 인체 냉각부위 및 냉각 온도 탐색을 목적으로 하였다.
가설 설정
본 연구에서는 이러한 생리적 디자인을 고려하여 액체냉각복에 유입되는 물의 최대 온도를 25℃로 정하였다. 상식적으로 냉각온도가 낮을수록 냉각효과가 클 것이라 예측할 수 있으나, 본 연구에서는 이상에서 언급한 생리적 디자인으로 인해 다소 높은 온도에서 냉각 효과가 더 클 수도 있을 것이라 가정하였다.
본 연구에서는 이러한 생리적 디자인을 고려하여 액체냉각복에 유입되는 물의 최대 온도를 25℃로 정하였다. 상식적으로 냉각온도가 낮을수록 냉각효과가 클 것이라 예측할 수 있으나, 본 연구에서는 이상에서 언급한 생리적 디자인으로 인해 다소 높은 온도에서 냉각 효과가 더 클 수도 있을 것이라 가정하였다. 그러나, 이러한 예측과 달리 25℃나 20℃ 조건에서 더 긍정적인 냉각 효과가 발견된 측정항목들은 없었으며, 네 온도 조건 간 유의한 차이가 없거나, 혹은 10℃와 15℃ 냉각 조건에서 비교적 더 긍정적인 결과들이 발견되었다.
제안 방법
탈수 상태에서의 실험 참가를 방지하기 위해 피험자는 매 실험마다 실험실 도착과 함께 300 ml의 물을 마셨으며, 상의 탈의를 한 후 측정 센서들을 피부에 부착하고 각 인체 부위별 네 개의 조건에 해당하는 한 벌의 액체냉각복과 실험 의복(팬티, 반바지, 운동화)으로 갈아입은 후 충분한 안정을 취하였다. 기본적으로 상반신 탈의 상태에서 진행되었으며 조끼형 조건에서만 상체에 액체냉각복을 착용하였고, 긴 양말형 조건에서는 운동화를 신지 않고 맨 발에 긴 양말형의 액체냉각복만 착용한 상태로 실험이 진행되었다. 직장온 37.
그러나 이는 쾌적한 환경에서 안정을 취하고 있는 경우의 기준값으로 더위 속에서 운동 중인 경우 이 역치 값은 더 낮아지게 된다. 또한 고온 환경인 기온 33℃에서 액체냉각복을 착용하는 경우 튜브 내부로 유입되는 258 한국의류산업학회지 제22권 제2호, 2020년 물의 온도보다 실제 피부에 닿는 튜브의 표면 온도는 약 1~4℃ 정도 더 높게 되는데, 이러한 점들을 고려하여 본 연구에서는 액체냉각복의 물 유입온도를 25℃, 20℃, 15℃, 10℃로 정하여 비교하였다.
본 연구는 피부 냉각을 위한 인체 부위별 액체냉각복 개발과 개발된 액체냉각복의 인체착용평가의 두 단계로 이루어졌다.
본 연구에서는 머리와 목, 몸통, 상지, 하지 부위를 냉각할 수 있도록 후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴 양말형의 액체냉각복이 고안되었다. 액체냉각복은 두 겹으로 이루어졌으며 겉감으로 나일론 스판덱스 소재, 안감으로 폴리우레탄 85%, 스판 15%의 메시 소재가 사용되었다.
본 연구는 여름철 고온다습환경에 노출된 작업자의 서열부담 경감에 가장 효과적인 인체 냉각 부위 및 냉각 온도를 찾기 위해 수행되었다. 이를 위해 후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴양말형의 액체냉각복을 개발하였으며, 순환 물 온도 10℃, 15℃, 20℃, 25℃에서의 냉각효과를 평가하였다. 실험 결과, 조끼형을 착용한 경우 운동 중 유의하게 더 낮은 직장온도와 평균피부온도, 인지적 힘들기, 회복기 더 낮은 심박수와 혈압, 더 적은 총 발한량을 보여 가장 효과적인 냉각 부위라 평가되었으나 피복된 냉각복의 단위 체표 면적당으로 환산하여 비교하면 네 종류의 냉각복 간 유의한 차이는 사라졌다.
열전모듈을 사용하는 냉각방식의 경우 냉각되는 면의 반대 면으로 열이 방출되고, 또한 유지되는 온도의 표준편차가 상대적으로 크다는 점에서 본 연구에는 적합하지 않다. 이에 본 연구에서는 미국과 러시아 우주복의 체온조절복으로 사용되는 액체냉각복 방식을 활용하여 최소한의 표준편차로 특정 온도에서의 냉각이 유지되도록 하였다. 액체냉각복이란 나일론 스판덱스 소재에 튜브를 붙이거나 끼워 일정한 온도의 물이 순환할 수 있도록 제작된 옷으로, 동일한 온도의 물이 피부를 순환하면서 인체로부터의 열을 외부로 방출시킬 수 있다는 장점을 갖는다(Nunnely, 1970).
인체착용평가는 네 종류의 액체냉각복(후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴 양말형)을 이용하여, 네 단계의 냉각 물 온도 10℃, 15℃, 20℃, 25℃ 조건에서 수행되었다(네 종류의 냉각복 × 네 단계의 물 온도 = 총 16조건). 피험자는 총 16조건의 실험에 참여하였으며, 실험 참여 순서는 순서에 의한 효과를 배제하기 위해 임의로 정해졌다.
대상 데이터
본 연구에서는 건강한 20대 남성 한 명이 피험자로 참여하였다(나이 24세, 키 175cm, 체중 71 kg, 체질량지수 23.2 kg·m-2, 체표면적 1.897 m2, 최대산소섭취량 51.8 ml·min-1·kg-1). 체표면적은 Lee et al.
본 연구에서는 머리와 목, 몸통, 상지, 하지 부위를 냉각할 수 있도록 후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴 양말형의 액체냉각복이 고안되었다. 액체냉각복은 두 겹으로 이루어졌으며 겉감으로 나일론 스판덱스 소재, 안감으로 폴리우레탄 85%, 스판 15%의 메시 소재가 사용되었다. 물 순환을 위한 튜브로는 직경 6 mm의 PVC 튜브가 사용되었으며, 튜브에 순환하는 물의 온도와 튜브의 표면 온도 차이는 1~4℃ 정도 차이가 났다.
데이터처리
피험자 1인의 값에 대해 각 조건별 혹은 단계별 평균값으로 비교되었다. 총 16회의 실험 결과에 대해, 네 가지 액체냉각복 별, 네 가지 냉각온도로 분류하여 각 조건별 평균과 표준편차를 제시하였고, 네 조건 간 통계적 차이는 SPSS 23.0의 반복측정 분산분석(RM ANOVA)에 의해 검증하였다. 모든 결과는 평균과 표준편차(Mean ± SD)로 표현되었고, 통계적 유의성은 p < .
이론/모형
피부온은 총 여덟 부위(이마, 가슴, 등, 아래팔, 손등, 넓적다리, 종아리, 발등)에서 공통적으로 측정되었으며, 추가로 후드형 착용 시에는 뒷목, 조끼형 착용 시에는 복부, 슬리브형 착용 시에는 손가락(3rd), 긴 양말형 착용 시에는 발가락(2nd)의 온도를 측정하여 각 조건별로 총 아홉 부위에서 피부온이 측정되었다. 산소섭취량은 에너지 대사량 측정기(Quark, CPET, COSMED, Italy)를 이용하여 60분 동안 Breath by breath법으로 연속 측정되었으며, 심박수는 가슴 벨트형 기기(RS400, Polar Electro, Finland)를 사용하여 60분 동안 1초 간격으로 연속 측정되었다. 혈압은 휴식기, 운동기, 회복기에 왼쪽 상완에서 자동 혈압계(HEM-7200, Omron Healthcare Co.
성능/효과
냉각온도별로 비교했을 때, 10℃와 15℃ 냉각조건에서 체온조절 반응과 심혈관계 반응, 주관적 반응 등에서 긍정적인 결과가 발견된 반면, 25℃ 조건에서 서열부담 경감 효과는 가장 적은 것으로 평가되었다. 결론적으로 고온다습환경에서 가벼운 수준의 작업을 하는 경우, 고체온증 예방 및 서열부담 경감을 위해 냉각표면온도 15℃ 이하의 조끼형의 액체냉각복 착용이 권장된다. 손이나 발, 머리 등 인체 말단 부위를 냉각할 경우 냉각면적을 전체 체표면적의 20% 이상으로 유지한다면 서열부담 경감에 유의한 효과가 있을 것이라 예상된다.
(2011)은 24℃와 28℃의 녹는점을 갖는 상변이물질(PCM)을 이용한 냉각조끼의 서열부담 경감 효과를 비교하였다. 그 결과 24℃ PCM 조끼가 28℃ PCM 조끼보다 피부온 증가 억제에 더 효과적이으나 두 조끼 모두 심부온 감소에 유의한 영향을 미치지는 못했다고 보고하면서 심부온에 유의한 영향을 주기 위해서는 냉각력이 보다 강력해야 할 것이라고 결론지었다. Shvartz(1970)은 기온 50℃ 환경에서 2시간 운동을 수행하는 동안 착용된 유입 물 온도 7.
8 km/h의 속도로 걷는 동안, 물 유입온도 13℃인 조끼형의 액체냉각복 착용에 의해 작업 시간이 유의하게 연장되었고, 직장온 및 피부온도 상승이 억제되었으며, 특히 이러한 경향은 회복기에 더 강하게 발견되었다. 본 연구결과 및 선행연구 결과들을 종합해 볼 때, 액체냉각복을 사용하여 인체를 부위별로 냉각할 경우 유입되는 물의 온도는 적어도 15℃ 이하가 권장된다. 또한, 환경 온도가 높아질록, 운동 강도가 증가할수록, 보호복의 보온력이 증가할수록 인체에 축적되는 서열부담은 더커지기 때문에, 0~10℃ 유입 물 온도를 갖는 액체냉각복의 인체 냉각 효과에 대해 체계적인 평가가 요구된다.
이를 위해 후드형, 조끼형, 슬리브형, 긴양말형의 액체냉각복을 개발하였으며, 순환 물 온도 10℃, 15℃, 20℃, 25℃에서의 냉각효과를 평가하였다. 실험 결과, 조끼형을 착용한 경우 운동 중 유의하게 더 낮은 직장온도와 평균피부온도, 인지적 힘들기, 회복기 더 낮은 심박수와 혈압, 더 적은 총 발한량을 보여 가장 효과적인 냉각 부위라 평가되었으나 피복된 냉각복의 단위 체표 면적당으로 환산하여 비교하면 네 종류의 냉각복 간 유의한 차이는 사라졌다. 단, 후드형의 경우 머리카락이 있는 부위를 냉각한다는 점과 머리 압박으로 인해 불쾌감이 발생할 수도 있다는 점과 관련되어, 에너지 대사량이 가장 높았고 인지적 힘들기도 가장 부정적으로 평가되었기 때문에, 고온에서 작업하는 작업자들의 머리둘레를 압박하는 방식의 냉각복은 권장하지 않는 것이 바람직할 것이다.
후속연구
추후 통계적으로 타당한 수의 피험자를 대상으로 실험이 이루어질 필요가 있다. 다섯째, 얼굴 부위나, 손과 발 부위의 냉각이 효과적이라는 선행연구들이 다수 존재하기 때문에 말단 부위들의 냉각 면적을 본 연구에서보다 증가시키거나, 혹은 말단 냉각 방식들을 조합한 조건에서, 더 낮은 냉각온도를 적용하여 이의 인체 냉각효과를 탐구해 볼 필요가 있다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 실제 폭염 현장에 노출된 작업자들의 고체온증을 예방하기 위한 냉각복 개발에 유용하게 적용될 수 잇을 것이다.
본 연구결과 및 선행연구 결과들을 종합해 볼 때, 액체냉각복을 사용하여 인체를 부위별로 냉각할 경우 유입되는 물의 온도는 적어도 15℃ 이하가 권장된다. 또한, 환경 온도가 높아질록, 운동 강도가 증가할수록, 보호복의 보온력이 증가할수록 인체에 축적되는 서열부담은 더커지기 때문에, 0~10℃ 유입 물 온도를 갖는 액체냉각복의 인체 냉각 효과에 대해 체계적인 평가가 요구된다.
다섯째, 얼굴 부위나, 손과 발 부위의 냉각이 효과적이라는 선행연구들이 다수 존재하기 때문에 말단 부위들의 냉각 면적을 본 연구에서보다 증가시키거나, 혹은 말단 냉각 방식들을 조합한 조건에서, 더 낮은 냉각온도를 적용하여 이의 인체 냉각효과를 탐구해 볼 필요가 있다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 실제 폭염 현장에 노출된 작업자들의 고체온증을 예방하기 위한 냉각복 개발에 유용하게 적용될 수 잇을 것이다.
액체냉각복이란 나일론 스판덱스 소재에 튜브를 붙이거나 끼워 일정한 온도의 물이 순환할 수 있도록 제작된 옷으로, 동일한 온도의 물이 피부를 순환하면서 인체로부터의 열을 외부로 방출시킬 수 있다는 장점을 갖는다(Nunnely, 1970). 본 연구를 통해 여름철 서열부담 경감에 최적인 인체 냉각 부위와 냉각 온도 간의 조합이 도출된다면 이를 바탕으로 다양한 냉각 방식의 냉각복 개발 시 기초자료로 활용이 가능할 것이다. 이에 본 연구는 인체 부위별 액체냉각복을 개발한 후 서열부담 경감에 가장 효과적인 인체 냉각부위 및 냉각 온도 탐색을 목적으로 하였다.
본 연구에서는, 냉각복을 적용하지 않은 대조군과의 비교가 이루어지지 않았기 때문에 냉각 유무의 효과를 비교할 수 없다는 점이 연구의 첫 번째 한계로 지적될 수 있다. 둘째, 최적 냉각 부위를 찾기 위해 머리, 상체, 팔, 다리는 고려하였으나 하체(엉덩이와 넓적다리)는 실험조건에 포함하지 않았다.
인체 냉각에 대한 많은 선행연구들이 있으나, 다양한 인체 부위와 다양한 냉각온도의 조합에 대해 동시 비교한 후 최적 조합을 이끌어낸 연구는 거의 없다. 서열부담에 가장 효과적인 인체 부위 및 효과적인 냉각 온도에 대한 기초 자료가 얻어진다면 실제 다양한 종류의 냉각복 개발에 효과적으로 적용될 수 있을 것이다.
이는 실제 작업 현장에서의 피부에 밀착되는 반바지형 냉각복의 적용 가능성이 낮을 것이라는 의견 때문이었다. 셋째, 본 연구에서는 네 곳의 냉각 부위와 네 수준의 냉각 온도 조합으로 총 16가지의 실험 조건이 선정되었기 때문에 피험자 수를 최소 인원(1인)으로 제한하였는데, 본 연구 결과를 해석할 때 이 점을 반드시 고려해야 할 것이다. 추후 통계적으로 타당한 수의 피험자를 대상으로 실험이 이루어질 필요가 있다.
손이나 발, 머리 등 인체 말단 부위를 냉각할 경우 냉각면적을 전체 체표면적의 20% 이상으로 유지한다면 서열부담 경감에 유의한 효과가 있을 것이라 예상된다. 추후 인체 냉각부위 및 냉각온도에 타당한 수의 피험자를 대상으로 후속 연구가 요구된다.
셋째, 본 연구에서는 네 곳의 냉각 부위와 네 수준의 냉각 온도 조합으로 총 16가지의 실험 조건이 선정되었기 때문에 피험자 수를 최소 인원(1인)으로 제한하였는데, 본 연구 결과를 해석할 때 이 점을 반드시 고려해야 할 것이다. 추후 통계적으로 타당한 수의 피험자를 대상으로 실험이 이루어질 필요가 있다. 다섯째, 얼굴 부위나, 손과 발 부위의 냉각이 효과적이라는 선행연구들이 다수 존재하기 때문에 말단 부위들의 냉각 면적을 본 연구에서보다 증가시키거나, 혹은 말단 냉각 방식들을 조합한 조건에서, 더 낮은 냉각온도를 적용하여 이의 인체 냉각효과를 탐구해 볼 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실내외 작업자들의 서열질환 저하 및 예방을 위한 안전작업 대책으로 제안된 세 가지 대응책에 대하여 설명하시오.
이상과 같은 실내외 작업자들의 서열질환 저하 및 예방을 위한 안전작업 대책으로 다음 세 가지 대응책이 제안되어 왔다: 공학적 조절, 위생·관리적 조절, 개인보호구 조절(Korean Industrial Hygiene Ass℃iation, 2014). 공학적 조절은 작업장의 열원을 줄이거나, 공조시설을 이용해 대류나 증발을 증가시키고, 복사열을 줄이는 방법이다. 위생·관리적 조절은 교대 작업, 작업-휴식 시간 조절, 작업량 감소, 음료 공급, 동료 시스템, 체력 증진, 사전 건강 검진, 열적응 훈련 등을 통한 조절을 의미한다. 개인보호구 조절은 보호복의 총중량 감소, 냉매나 팬을 삽입한 보호복 개발을 포함한다. 중간 휴식 중 보호복을 벗는 것과 같은 수동적인 냉각은 심부온을 낮춰 서열부담을 경감하는데 효과적이지 않으며(Kim et al., 2011), 에어컨을 사용하거나, 찬 음료 음수, 냉각조끼 착용과 같은 능동적인 냉각은 수동적 냉각 방식보다 서열 부담 냉각에 보다 효율적인 것으로 여겨진다(O’Hara et al., 2008).
실내외 작업자들의 서열질환 저하 및 예방을 위한 안전작업 대책으로 제안된 세 가지 대응책은 무엇인가?
이상과 같은 실내외 작업자들의 서열질환 저하 및 예방을 위한 안전작업 대책으로 다음 세 가지 대응책이 제안되어 왔다: 공학적 조절, 위생·관리적 조절, 개인보호구 조절(Korean Industrial Hygiene Ass℃iation, 2014). 공학적 조절은 작업장의 열원을 줄이거나, 공조시설을 이용해 대류나 증발을 증가시키고, 복사열을 줄이는 방법이다.
공학적 조절은 어떠한 방법인가?
이상과 같은 실내외 작업자들의 서열질환 저하 및 예방을 위한 안전작업 대책으로 다음 세 가지 대응책이 제안되어 왔다: 공학적 조절, 위생·관리적 조절, 개인보호구 조절(Korean Industrial Hygiene Ass℃iation, 2014). 공학적 조절은 작업장의 열원을 줄이거나, 공조시설을 이용해 대류나 증발을 증가시키고, 복사열을 줄이는 방법이다. 위생·관리적 조절은 교대 작업, 작업-휴식 시간 조절, 작업량 감소, 음료 공급, 동료 시스템, 체력 증진, 사전 건강 검진, 열적응 훈련 등을 통한 조절을 의미한다.
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