О криосаунах
   Внедрение
   Рентабельность
АэроКриоТерапия - новое слово косметологии! >>>
   Расчет цены
   Модели и фото
   Библиотека

>> Расчет доставки и монтажа

>> Требования к помещению

>> Расходные материалы

>> История аэрокриотерапии

>> Показания и противопоказания

>> Контакты


тел.:
+7 (495) 36-918-36

E-mail info@kriosauna.ru

Россия, Москва, п.Сосенское,
пос.Коммунарка, ул.Липовый Парк, д.6

 



Библиотека | КриоСауна.Ру

[ Главная ] > > [ Библиотека | КриоСауна.Ру ]

Энергетические основы эффективности криотерапевической аппаратуры

Краткое содержание материала:
У индивидуальных и групповых криосаун разная температура. Обоснование выбора температуры газа в процедурной кабине..

Ключевые термины:
температура, общая криотерапия, криокабина, криобассейн.


Сант-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий,
191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9

Исследования, посвященные оптимизации технологии криогенного физиотерапевтического воздействия, сосредоточены на обосновании выбора температуры газа в процедурной кабине. Результатом оценки стимулирующего действия кратковременного контакта тела с криогенной газовой средой стала классификация процедур относимых к криотерапии (см. табл.1).

Таблица 1. Низкотемпературные физиотерапевтические процедуры.

 Наименование процедуры  Температура газа, Физиотерапевтический
результат, ерд/м2

Экстремальная криотерапия

менее –160 ˚С 150

Криотерапия

от –160 до –130˚С 320

Низкотемпературная газовая
 гипотермия

более –130˚С 120

Незначительная часть оборудования производимого для проведения криотерапевтических процедур не удовлетворяет требованиям таблицы 1 по температуре.

Явно не обеспечивают эффективного криотерапевтического воздействия, так называемые автономные криотерапевтические комплексы (см. табл. 2). Производители этих аппаратов используют для отвода теплоты из исполнительного устройства комплекса компрессионные холодильные циклы, привод которых использует сетевую электроэнергию. По мнению производителей, основным преимуществом этих аппаратов является их независимость от поставок жидкого азота (автономность работы комплекса). Часто в рекламных материалах установки этого класса называют автономными. В действительности автономность систем потребляющих электроэнергию из сети представляется достаточно спорной, но этот термин закрепился в специальной литературе. Из-за низкой эффективности компрессионных систем охлаждения в области криогенных температур, в процедурной кабине автономных комплексов поддерживается температура не ниже -120 ˚ С. Как видно из табл. 1 эта температура лежит вне криотерапевтической области, поэтому автономные комплексы справедливо отнести к устройствам для низкотемпературной гипотермии.

Незначительные на первый взгляд различия в температурном уровне криостатирования внутреннего объема процедурной кабины приводят к тому, что автономные установки не обеспечивают условий для достижения существенного физиотерапевтического результата. Учитывая то, что стоимость автономных аппаратов с компрессионными системами охлаждения составляет не менее 100 тыс. $, лечебные учреждения должны быть, предупреждены об их неэффективности.

Уровень температуры в процедурной кабине является важной, но не определяющей характеристикой криотерапевтического комплекса. Важнейшее практическое значение имеет холодопроизводительность системы криостатирования процедурной кабины. Криогенное физиотерапевтическое воздействие обеспечивается за счет интенсивного охлаждения поверхности кожи до температуры от –2 до +2 ˚С. Для этого от поверхности тела необходимо отвести около 600 кДж теплоты за 2-3 минуты. В среднем с поверхности тела в объем процедурной кабины выделяется более 3 КВт теплоты, для сохранения температуры газа на заданном уровне необходима система охлаждения с теплоотводящей способностью. Но, из-за низкого температурного уровня, на котором необходимо отводить теплоту (от -150 до –130 ˚ С) энергетическая эффективность охлаждающей аппаратуры крайне мала. Даже у наиболее эффективного в данной области температур охлаждающего устройства - криогенной газовой машины, отношение отведенной теплоты к затратам энергии на работу системы охлаждения составит от 0,15 до 0,25. При таком соотношении только на охлаждение поверхности тела пациента надо затратить от 15- 20 КВт электроэнергии. В действительности потребление электроэнергии должно быть еще больше, так как нельзя создать криогенную газовую машину достаточной мощности и придется воспользоваться менее эффективными циклами охлаждения.

Исходя из полученного результата, можно оценить работоспособность криотерапевтических комплексов представленных на рынке медицинской техники России.

ПРИВЕДННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

В настоящее время через печатную рекламу и ресурсы интернета на рынке медицинского оборудования России представлено 4 варианта аппаратов для криогенной физиотерапии (см. табл.2). Оборудование представляет собой два альтернативных варианта решения проблемы охлаждения кабины пациента- установки с жидкостной системой охлаждения и автономные аппараты с компрессионным охладителем. Учитывая существенные различия в принципе действия, размерах и конструкции сравниваемых объектов, целесообразно воспользоваться приведенными энергетической характеристикой – мощность привода системы охлаждения отнесенной к единице объема процедурной кабины.

В системах охлаждения потребляющих жидкий азот, последний, выполняет роль энергоносителя, поэтому по паспортным затратам криоагента можно оценить мощность компрессионной системы охлаждения способной отвести тоже количество теплоты, что и кипящий азот. При температуре –130 ˚ С азотная система охлаждения расходующая 1 кг азота в минуту заменяет идеальный компрессионный охладитель с мощностью привода 20 КВт.

Таблица 2. Технические характеристики криотерапевтических комплексов, представленных на рынке медицинской техники России

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ед.Изм.

Наименование производителя

 НПП «КРИОН»

«МЕД
КРИОНИКА»
ООО 
«КРИОТЕК»
ОАО «ХОЛОД», CryoSpace
Cabin
Вместимость

Чел

1

1 5 5
Кратность процедур

1/час

15

15 5 5
Потребляемая мощность

КВт

1

1,5 25 16

Расход криоагента

кг/мин

2

1 - -

Продолжительность процедуры, не более

Мин

3

3 4 4

Температура  криостатирования  кабины

°С

-140

-170 -120 -120

Объем процедурной кабины

м3

0,5

1,0 8,4 7,1

Приведенная мощность системы охлаждения

КВт/м3

167*

40 2,9 2,25

Мощность системы охлаждения на единицу поверхности тела

КВт/м2

26,7*

13,3 3,3 2,1

Учитывая то, что в ходе криотерапевтической процедуры основным источником тепловой нагрузки на систему охлаждения является тело пациента, наглядной характеристикой энергетических возможностей аппарата является отношение его мощности к площади кожного покрова пациентов размещаемых в исполнительном устройстве – относительная мощность. Расчетные значения приведенной и относительной мощности показаны в таблице 2.

Из материалов таблице видно, что по величине приведенной и относительной мощности комплексы с жидкостной системой охлаждения значительно превосходят автономные системы. Столь существенные различия должны иметь серьезные причины и последствия. Используя математическую модель объекта криотерапевтического воздействия [2], был исследован ход процедуры в процедурной кабине снабженной системами охлаждения разной мощности.

Для упрощения анализа было сделано несколько упрощающих допущений. Предполагается, что к началу процедуры температура в кабине составляет –130 ˚ С, пациент является единственным источником теплоты. При моделировании работы системы охлаждения учитывается повышение ее эффективности при росте температуры.

Рис.1. Изменение температуры газа в процедурной кабине при различных значениях приведенной мощности системы охлаждения.

Результаты моделирования процессов в процедурной кабине представлены на рис.1. При малых значениях приведенной мощности системы криостатирования мощный тепловой поток с поверхности тела пациента нарушает работу комплекса. Газ в процедурной кабине перегревается до тех пор, пока холодопроизводительность системы охлаждения не уравновесит тепловыделения от пациента. В варианте с приведенной мощностью 2 КВт/м3 такое равновесие достигается лишь при температуре –80 ˚ С, т.е. фактическая температура газа оказывается на 50 ˚ С выше оптимальной. Обращает на себя внимание то, что приведенная мощность автономных систем охлаждения имеет тот же порядок, а следовательно и процессы в них протекают по сходному сценарию. Только увеличение приведенной мощности до 10 КВт/м3 обеспечивает нормальный ход процедуры.

Приведенный выше материал показывает, что системы с компрессионными охладителями не способны отвести от объекта криовоздействия необходимое для достижения лечебного результата количество теплоты даже в условиях принятых допущений. Для успешной работы комплекс с компрессионным охладителем надо снабдить системой охлаждения в несколько раз мощнее. Но, такое увеличение мощности приведет к многократному увеличению стоимости оборудования. Кроме того, не в каждом лечебном учреждении можно подключить аппарат с потребляемой мощностью в 100 – 150 КВт. Можно утверждать, что компрессионные системы для охлаждения криотерапевтических установок непригодны.

Косвенным подтверждением этих выводов являются большие интервалы между процедурами в групповых комплексах. При плановой продолжительности процедуры 4 минуты, установка обеспечивает до 5 процедур в час, т.е. работает на охлаждение пациента только 20 минут. Средний перерыв между процедурами составляет 8 минут, т.е. в 2 раза больше продолжительности процедуры. Столь значительные перерывы необходимы для того, чтобы температура в процедурной кабине вернулась к номинальному значению, а значит алгоритм работы установки предполагает значительное повышение температуры в процедурной кабине. В противном случае нечем объяснить большую продолжительность перерывов между процедурами. На практике пациент взаимодействует с газовой средой неспособной оказать критерапевтическое воздействие из-за высокой температуры (см. табл.1). Результатом пребывания в групповых комплексах с компрессионным охладителем будет общая гипотермия, которую можно обеспечить традиционными методами.

Расход жидкого азота в комплексах с жидкостной системой охлаждения многократно перекрывает тепловыделения пациента, что гарантирует эффективное физиотерапевтическое воздействие. Запас холодопроизводительности позволяет покрыть тепловые потоки которые не были учтены в приведенном выше анализе, охлаждение стенок кабины, компенсация потерь холодного газа из кабины при входе и выходе пациента, теплопритоки из окружающей среды.

Кроме того, значительный запас мощности жидкостных охладителей обеспечивает высокую пропускную способность криотерапевтических комплексов (см. табл. 2 ). Индивидуальные кабины пропускают не менее 15 пациентов в час, а групповые до 25 человек в час. Таким образом при гигантской разнице в себестоимости, жидкостные комплексы дешевле в 5- 10 раз, сравниваемые аппараты имеют сопоставимую пропускную способность. Причем дешевые системы способны обеспечить эффективное лечение, а дорогие групповые комплексы нет.

Использованная литература.

1. .Баранов А.Ю., Трубников С.Н. Оптимизация технологии аэрокриотерапевтического воздействия, Сборник научных трудов «Медицинская криология» - выпуск 2: - Н. Новгород: 2001.

2. Шиман А.Г., Кирьянова В.В., Максимов А.В., Баранов А.Ю. Клинико-физиологические аспекты применения криотерапии // Вестник СПб Гос. Мед. Академии им. И.И. Мечникова. 2001. № 1. 27.

Автор: Баранов А.Ю., Малышева Т.А., Баранов В.А.

О криосаунах  Внедрение  Рентабельность  Модели и фото  Библиотека  Расчет цены поставки  Контакты

Copyright © 2003-2017

Информация о сайте )   тел.: +7 (495) 36-918-36