低熱輻射強度下防護服熱防護性能的實驗研究

一般情況下,人體擁有一個復雜的熱控制系統,保持心臟、肺部以及大腦等重要器官的溫度穩定在37℃左右[1]。著裝條件下,人體產熱通過蒸發、導熱、輻射和對流等方式散熱,建立人體 服裝 環境系統間熱交換的動態平衡過程。在的高溫熱輻射環境下,服裝需要阻止環境中的熱量傳遞到人體,維持人體與環境間的動態熱平衡。消防員參與救援工作時穿著的高溫防護服作為工作服裝的一種類型,其熱防護性能與一般服裝有很大的不同[2],這類服裝的熱防護性能受到火焰和高溫等因素的影響而降低,可引起人體熱應力和生理疲憊。

服裝熱阻是服裝熱舒適和熱危害評價中的重要物性參 數 之 一[4]。 服 裝 小 尺 度 實 驗 (benchscaletest)是測量服裝熱防護性能常用的工具之一[5],標準ISO11092 1993 和國內標準 GB-T110482008就常溫環境下使用熱平板測量熱阻的小尺度實驗進行了規定。Gibson等根據標準的規定,在常溫環境下對多種軍用防護服裝測量熱阻,同時討論了影響測量的環境因素[6]。目前,還沒有人在高溫熱輻射條件下對防護服進行小尺度熱阻實驗研究。防護服包括外層、防水層、隔熱層以及舒適層。高溫熱輻射條件下環境中輻射熱將穿透防護服的外層向內部傳遞,對人體加熱。而常溫下人體散熱,通過防護服的舒適層向外傳遞。高溫熱輻射與常溫下防護服熱傳遞的差異性,影響熱阻的測量,進而影響熱危害評價的準確性。

此外,高溫和熱輻射條件下防護服熱防護性能的已有研究還包括短時間暴露火焰條件下的 TPP(thermalprotectiveperformance)實 驗[7]、紅 外 熱輻射條件下不同熱阻和反射率的防護服吸收熱輻射
的實驗研究[89],以及短時間暴露火焰條件下的防護服熱傳遞模型數值計算[10]。然而,大多數情況下消防員長時間持續工作在低中等熱輻射條件下(1~20kW/m2),穿 著 的 防 護 裝 備 沒 有 出 現 明 顯 的 損壞,而不是 TPP實驗中采用的短時間暴露于高熱流密度火焰環境中(84kW/m2)。

綜合以上分析可以看出,目前基于小尺度實驗的防護服熱性能研究沒有分析高溫輻射條件下防護服熱阻的測量,以及低中等熱輻射條件下的熱防護性能。本文利用自行設計的小尺度實驗測試裝置,進行低熱輻射條件下(1~10kW/m2)防護服多層織物的熱防護性能實驗研究,同時推導了高溫下的熱阻計算公式。