Dialysis water cooler/ar
يُقدَّم غسيل الكلى في المجتمعات النائية في عيادات صغيرة، عادةً لمريض واحد أو اثنين في كل مرة، وتستغرق كل جلسة علاجية من 5 إلى 6 ساعات. تستخدم كل جلسة مياه التناضح العكسي بمعدل 500 مل/دقيقة تقريبًا. لتوليد مياه التناضح العكسي بكفاءة تقارب 50%، يلزم ما يصل إلى لتر واحد/دقيقة من مياه المدينة. يجب تفريغ الحرارة بقوة 1.2 كيلوواط تقريبًا لكل كرسي علاج. سيؤدي ذلك إلى خفض درجة حرارة مياه الإمداد من 46 درجة مئوية إلى حوالي 28 درجة مئوية. درجة حرارة الإمداد التشغيلية المناسبة هي حوالي 30 درجة مئوية أو أقل.
الخلفية
غسيل الكلى في الصحراء
في المجتمعات الأسترالية النائية، يُعاني السكان الأصليون الأستراليون من الفشل الكلوي بمعدل يقارب عشرة أضعاف المعدل الوطني. وتُعدّ عمليات زراعة الأعضاء نادرة، وعادةً ما يُوصف غسيل الكلى بشكل متكرر. العديد من مرضى غسيل الكلى هم من كبار السنّ وكبار السنّ في هذه المجتمعات النائية. وفي محاولة لتحسين الصحة الاجتماعية لكلٍّ من المجتمعات والمرضى، بُذلت جهودٌ مؤخرًا لزيادة خدمات غسيل الكلى في المجتمعات والعيادات النائية (ديفيت وماكماسترز، ١٩٩٨، ص ٦٧). وللأسف، يقع العديد من هذه المجتمعات في مناطق قاحلة، مما يعني أن مياه المدن عادةً ما تكون دافئة عند ضخّها من الصنبور.
درجة حرارة الماء عن بعد
في المناطق النائية، تُستخرج مياه المدن عادةً من طبقة المياه الجوفية، ثم تُعالج وتُخزن في خزانات كبيرة، غالبًا على قمم التلال تحت أشعة الشمس. تُنقل مياه الخزانات عبر الأنابيب إلى نقاط مختلفة، بما في ذلك كل عيادة نائية، حيث قد تُخزن في خزان عيادة أصغر. في الصيف، قد تقترب درجات حرارة الهواء من 50 درجة مئوية. عادةً ما تكون درجة حرارة الماء دافئة عند وصوله إلى العيادة. تعتمد المعالجة المسبقة لمياه غسيل الكلى على أنظمة تناضح عكسي صغيرة، والتي تميل إلى فقدان فعاليتها مع ارتفاع درجة حرارة الماء، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث أخطاء وتوقف التشغيل مع درجات حرارة ماء تبلغ حوالي 35 درجة مئوية.
صُممت أنظمة التناضح العكسي (RO) بحيث تتعطل بشكل آمن عند ارتفاع درجة حرارة الماء الداخل. ومع ذلك، قد يؤدي أي عطل في المعدات إلى إلغاء جلسات غسيل الكلى. ولأن المرضى يحتاجون إلى جلسات غسيل الكلى في أيام متناوبة، فإن التأخير لأكثر من يوم واحد يعني نقل المريض إلى مركز إقليمي (عادةً أليس سبرينغز) لتلقي العلاج. وهذا مكلف ويضر بصحة المرضى ورفاهيتهم. باختصار، عواقب تفويت جلسات غسيل الكلى وخيمة من منظور صحة المريض والصحة العامة.
تفاصيل المشروع
المتطلبات الفنية
توفير مصدر للمياه الباردة (أقل من 35 درجة مئوية) للعيادات النائية بمعدل 1 لتر/دقيقة لكل جهاز غسيل كلى.
المواصفات
قد تصل درجة حرارة مصدر مياه مجتمع نائي إلى أكثر من 45 درجة مئوية. يُصدر جهاز التناضح العكسي إنذارًا عندما تتجاوز درجة حرارة مصدره 37 درجة مئوية. يُعد جهاز التبريد المسبق الفعّال جهازًا قادرًا على خفض درجة حرارة مصدر المياه بمقدار 10-15 درجة مئوية بمعدل لتر واحد تقريبًا في الدقيقة. وهذا يعادل حوالي 1.2 كيلوواط من الحرارة اللازمة لاستخراجها من المياه الواردة.
من التحديات الرئيسية لهذا المشروع إيجاد مكان ووسيلة مناسبة لتبديد الحرارة المستخرجة من الماء. يصعب تبديد الحرارة في الهواء الخارجي، إذ قد يكون أعلى بكثير من مياه الإمداد. وقد جُرِّبت هذه التقنيات باستخدام حزم تبريد تعمل خارج عيادة غسيل الكلى، وتسعى إلى ضخ الحرارة من الماء مباشرةً إلى الهواء الأكثر سخونة. وقد ثبت أن هذه التقنية غير موثوقة بسبب الأحمال الشمسية وغيرها من تحديات نقل الحرارة.
قدرة تبريد تكييف الهواء
إحدى الطرق هي امتصاص الحرارة في الهواء الداخلي للغرفة والسماح لأنظمة التكييف بضخها إلى الخارج. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أن الهواء يُمثل مخزنًا حراريًا يمتص الحرارة بسرعة من الماء قبل أن تضخها مكيفات الهواء ببطء. الميزة الثانية هي وجود أكثر من وحدة تكييف هواء منفصلة مُركّبة في كل عيادة، مما يوفر سعة كافية لضخ الحرارة من الهواء الداخلي إلى البيئة الخارجية. تبلغ قدرة مكيف الهواء المنفصل النموذجي حوالي 8 كيلوواط، أي أكثر من ستة أضعاف ما يلزم لضخ الحرارة اللازمة لتشغيل كرسي غسيل كلى واحد في يوم حار.
الحلول الموجودة
بُذلت محاولاتٌ عديدةٌ غير رسمية، مثل تمرير خرطومٍ عبر مُجمدٍ، وتغطية الخزانات بقطعة قماشٍ مبللة، وتخزين المياه في خزانٍ داخل العيادة. لم تُصمَّم أيٌّ من هذه الحلول هندسيًا، بل هي في الغالب مجرد تخمينات. حاليًا، اشترت المواقع حزم تبريد، تتراوح قيمتها بين 8 و10 آلاف دولار أمريكي للوحدة، وهي ثقيلة الوزن، وليست فعّالة في درجات الحرارة العالية، كما أنها عُرضةٌ للتلف.
تفضيلات التصميم
- الحل الجيد لهذه المشكلة سيكون غير مكلف وخفيف الوزن وفعال وموثوق وقوي بالنسبة لنا في المواقع النائية.
- نظرًا لصعوبة الصيانة في المواقع البعيدة، فإن التصميم الجيد سيكون موثوقًا به ومنخفض الصيانة و/أو قابلاً للصيانة من قبل المستخدم
- هناك طريقة أخرى للصيانة تتمثل في جعل الجهاز خفيف الوزن وقابل للحمل، بحيث يمكن تحميله بسهولة بواسطة شخص واحد في مقصورة أو صينية سيارة دفع رباعي وتثبيته بأقل قدر من الخبرة الفنية.
- سيكون التصميم الجيد قادرًا على الاستخدام مع أي نظام تبريد آخر دون الحاجة إلى إعادة تكوين سباكة المعدات أو المبنى.
التبريد عبر الإنترنت
سيتم الإعلان عنها لاحقًا
حلول محتملة أخرى
التبريد/التخزين غير المتصل بالإنترنت
اقترح بعض المعنيين التبريد المسبق لخزان داخلي مملوء بالماء لغسيل الكلى، لتوفير تبريده عند الحاجة. يمكن القيام بذلك للاستفادة من برودة الليل لتبريد الماء، ثم تخزينه حتى الصباح للعلاج. باستخدام مبادل حراري مشابه لذلك الموصوف في الطريقة الإلكترونية، يمكن تدوير الماء عبر خزان تخزين وجهاز مبادل حراري على مدار 12 ساعة، ويمكن ضخ الحرارة إلى الهواء الداخلي للمبنى، مما يسمح لمكيف الهواء بضخها إلى الخارج.
ما هو شكل وحجم وعاء تخزين المياه في غرفة مكيفة الهواء والذي يمكنه تبريد 300 لتر من الماء بمقدار 10 درجات مئوية في 12 ساعة طوال الليل؟
التحديات التصميمية الرئيسية مع هذا النهج هي كما يلي:
- يجب إنشاء خزان كبير وتثبيته داخل المبنى.
- يجب تبريد الحجم الكامل للخزان حتى يصبح أي جزء منه صالحًا للاستخدام.
الماء المستخدم بمعدل لتر واحد في الدقيقة لمدة خمس ساعات هو 300 لتر. بدلاً من خزان واحد لكل كرسي، من المنطقي تبريد جميع المياه اللازمة لجميع كراسي غسيل الكلى. يتطلب تشغيل كرسيين 600 لتر من الماء للمعالجة، بالإضافة إلى مياه إضافية لدورات التنظيف قبل وبعد كل معالجة. إذا كنا نهدف إلى سعة خزان لا تقل عن 1000 لتر لكرسيين (2000 لتر لعيادة بأربعة كراسي)، فيجب علينا تبريد كمية كبيرة من الحرارة طوال الليل.
بفضل مبادل حراري يعمل بضعف سعة النموذج الأولي الذي اختبرناه على الإنترنت، يُمكن تبريد كمية كافية من الماء وتخزينها في خزان طوال الليل. وبشكل عام، يبدو أن التركيبة الأمثل هي خزان صغير ومبادل حراري كبير وفعال.
انخفاض درجة الحرارة بالدرجات المئوية خلال الليل باستخدام مبادل حراري وخزان تخزين سعة 1 كيلو لتر.
انخفاض درجة الحرارة باستخدام مبادل حراري مماثل وخزان أكبر.)
انخفاض درجة الحرارة باستخدام مبادل حراري أكبر وخزان صغير.
انخفاض درجة الحرارة باستخدام مبادل حراري أكبر وخزان كبير.
ما هي السعة المثالية لحجم التخزين غير المتصل بالإنترنت وقدرة نقل الحرارة (كيلوواط) لتوفير كمية كافية من الماء المبرد في 12 ساعة طوال الليل لكرسيين لعلاج غسيل الكلى؟
التبريد النشط
بالنسبة لغسيل الكلى المتنقل، تكون وحدات تكييف الهواء صغيرة الحجم، ولا يُتوقع أن تتحمل العبء الإضافي لتبريد المياه. اقترح بعض الجهات المعنية تطوير وحدات بيلتييه أو مضخات حرارية إلكترونية مماثلة لهذا الغرض. تحتوي إحدى الوحدات المتنقلة على "فتحة إرسال" بأبعاد 1200 مم على الجانب و500 مم على الارتفاع، مع باب يُفتح لأعلى، ويمكن استخدامه لضخ الحرارة من داخل هيكل شاحنة عيادة غسيل الكلى المتنقلة.
ما هي أبسط مضخة حرارية نشطة يمكن بناؤها لنقل الحرارة من الماء إلى الهواء بقوة 1.2 كيلو وات لكل جهاز غسيل الكلى، من خلال فتحة صغيرة في السيارة؟
جمع الحرارة باستخدام مادة تغير الطور
أُجريت مؤخرًا أبحاث في مجال الأجهزة الطبية [ 1 ] وإدارة درجة حرارة المباني [ 2 ] حول استخدام مواد أو أملاح تغيير الطور كمزيج من التحكم في درجة الحرارة وتخزين الطاقة. ويُرجّح أن يكون هذا النوع من المشاريع هو الحجم والنطاق المناسبين لهذا النوع من التطبيقات.
ما هو نوع وكمية PCM المطلوبة لاستخراج وتخزين ما لا يقل عن ستة كيلوواط ساعة من الحرارة من مصدر مياه الشرب الذي يتم توصيله بمعدل 1.0 لتر / دقيقة؟
يمكن استبدال عبوات PCM ذات الحجم المناسب وتبريدها في وضع غير متصل بالإنترنت أو خارج الموقع.
العمل المستقبلي
أين يمكن أن يكون هذا مفيدًا في أي مكان آخر في العالم؟ ومن حل هذه المشكلة، وبأي طرق؟ هل هذه التقنية مفيدة في مناطق أخرى من العالم؟ توجد هذه المشكلة في حوالي 10-20 مجتمعًا نائيًا في وسط أستراليا، وهناك شائعات عن مشكلة مماثلة في جنوب أستراليا. قد توجد مشاكل مماثلة في المناطق القاحلة/الحارة في دول أخرى تعاني من الفشل الكلوي المزمن (ربما الصحراء الكبرى؟). هناك المزيد من التفاصيل لاحقًا.
المراجع
بيانات الاتصال
سيتم الإعلان عنها لاحقًا
