Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Personal cooling by using phase change material for worker wearing personal protective equipment
Year (A.D.)
2025
Document Type
Thesis
First Advisor
สรัล ศาลากิจ
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Mechanical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเครื่องกล
DOI
10.58837/CHULA.THE.2025.205
Abstract
ชุดป้องกันส่วนบุคคล (PPE) เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ช่วยลดความเสี่ยงในการติดเชื้อของบุคลากรทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม การสวม PPE เป็นเวลานาน โดยเฉพาะในสภาพอากาศร้อนและชื้นอย่างประเทศไทย มักนำไปสู่การกักเก็บความร้อนในร่างกาย การระบายความร้อนลดลง และเกิดความไม่สบาย ความเหนื่อยล้า รวมถึงภาวะเครียดจากความร้อน งานวิจัยนี้จึงได้พัฒนาแบบจำลองชีวความร้อนอย่างง่าย (simplified bioheat model) โดยอ้างอิงโครงสร้างแบบจำลองแบบ passive ของ Fiala และเสริมด้วยการตอบสนองทางสรีรวิทยาแบบ active ที่จำเป็น เพื่อใช้ทำนายอุณหภูมิของร่างกายและประเมินความสบายทางความร้อนเมื่อสวม PPE ร่วมกับการระบายความร้อนด้วยวัสดุเปลี่ยนสถานะ (Phase Change Material: PCM) ผลการตรวจสอบความถูกต้องเทียบกับแบบจำลองอ้างอิงของ Fiala แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองที่พัฒนาขึ้นมีความแม่นยำดี โดยมีความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิอยู่ภายใน ±0.2°C นอกจากนี้ผลการจำลองยังพบว่า PCM สามารถลดความเครียดจากความร้อนและเพิ่มความสบายทางความร้อนอย่างมีนัยสำคัญในช่วง 60 นาทีแรกของการทำงาน แม้ว่าประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อ PCM หลอมละลายเต็มที่ก็ตาม ข้อจำกัดของงานวิจัยนี้ คือ แบบจำลองตั้งอยู่บนสมมติฐานของสภาวะอากาศร้อน (เริ่มต้นที่ 30°C) ทำให้ยังไม่สามารถแทนสภาวะอากาศเย็นได้อย่างสมบูรณ์ อีกทั้งไม่ได้พิจารณาการตอบสนองทางสรีรวิทยาระยะยาว เช่น ภาวะขาดน้ำ ความเหนื่อยล้า หรือความเครียดเชิงกลจากน้ำหนัก PCM ที่เพิ่มขึ้น ถึงแม้จะมีข้อจำกัดดังกล่าว แบบจำลองนี้ยังคงสามารถทำนายอุณหภูมิร่างกายและค่าความรู้สึกทางความร้อนแบบพลวัต (DTS) ได้อย่างมีประสิทธิภาพก่อนการใช้งานจริง จึงสามารถนำไปใช้เป็นเครื่องมือช่วยวางแผนระยะเวลาการทำงานที่ปลอดภัย และช่วยกำหนดปริมาณ รวมถึงตำแหน่งการติดตั้ง PCM ที่เหมาะสม ผลลัพธ์จากงานวิจัยนี้สามารถเป็นฐานข้อมูลสำคัญสำหรับการออกแบบชุด PPE ที่ปลอดภัย และช่วยลดภาระความร้อนสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ในสภาพแวดล้อมร้อนชื้นได้ดียิ่งขึ้น
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Personal protective equipment (PPE) protects healthcare workers from infection but also traps heat and limits body cooling. In hot and humid conditions, this often causes discomfort, fatigue, and heat stress. This study develops a simplified bioheat model, based mainly on Fiala’s passive system with selected active responses, to predict body temperature and thermal comfort when wearing PPE with phase change material (PCM) cooling. The model was validated against Fiala’s reference results and showed good accuracy (within ±0.2 °C). Simulation results show that PCM cooling can lower heat strain and improve comfort during the first 60 minutes of work, but its effect decreases as the PCM melts. The limitation of this study is that the model assumes a hot climate (30 °C initial ambient condition) and does not fully represent cold environments or long-term thermoregulatory responses such as fatigue or dehydration. In addition, the mechanical stress from the added weight of PCM and PPE was not considered. Nevertheless, the model can predict temperature and Dynamic Thermal Sensation (DTS) before real use, providing a simple tool for planning safe work durations and optimizing PCM amount and placement. These findings offer practical guidance for designing lighter and safer PPE with better thermal comfort for healthcare workers in hot-humid environments.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
วิสุทธิวัชรกุล, พรพุทธ, "การทำความเย็นส่วนบุคคลโดยใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะสำหรับบุคลากรที่สวมใส่ชุดป้องกันการติดเชื้อส่วนบุคคล" (2025). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 75527.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/75527