Modelʹ teplovogo sostoâniâ požarnogo v zaŝitnoj odežde

Aim: The purpose of this study is to develop and verify a mathematical model, which identifies the thermal condition of a firefighter whilst wearing heat protective clothing at different temperature levels. The model is intended for predicting and analyzing the thermal condition of the body and determination of a firefighter’s maximum operating endurance. Introduction: The work of a firefighter is accompanied by considerable risk to health and life. Effects from heat and physical exertion often reach critical limits of human endurance. Similarly, materials used in protective clothing may become ineffective beyond certain parameters. Consequently, exposure beyond such parameters leads to overheating of the body and causes burns. In order to increase the firefighter’s operational safety, it is important to know endurance limits for specified operating conditions, within which a firefighter is expected to perform and not exceed such limits. The time constraint is dependent on a range of factors, such as: characteristics of heat protective clothing (amount, type of material used and thickness of layers), temperature, humidity, speed of airflow surrounding the clothing and work load. Methods: The simultaneous modelling of a firefighter’s body temperature and clothing intended to protect from the effects of heat, allows for an evaluation of many aspects relating to the work of a firefighter and factors which influence the thermal condition of his/her body. This kind of modelling facilitates the determination of a firefighter’s maximum performance duration in given circumstances and to develop a configuration of new clothing providing protection against the effect of heat. Simultaneously, it is possible to analyze comfort levels and parameter limits for human body temperatures, which on average range within 37,2-38°C. Additionally, modelling will enable a reduction in the number of expensive tests for textile content of protective clothing, performed for different environmental conditions and nature of work of a firefighter during operations. Results: Reported study results relating to temperature levels in spaces beneath layers of protective clothing for volunteers taking part in research, who performed physical exercises of varying intensity, were utilised to verify the proposed model. Body temperature test results, for volunteers attired in protective clothing and engaged in physical activity at room temperature of varying degrees, were very close to the results obtained from model calculations. Variations did not exceed 2°C. Conclusion: The study facilitated the development of a two dimension model revealing the heat exchange in protection clothing, taking into account thermal processes and thermoregulation mechanisms of the human body, at different physical exertion levels, including internal heat release, permeability of textiles, and heat dissipation through breathing and perspiration.

Wprowadzenie: Gaszenie pożarów wiąże się z dużym ryzykiem dla życia i zdrowia strażaków. Temperatura i obciążenie fizyczne, które oddziałują na strażaków osiągają często wartości krytyczne dla organizmu człowieka oraz materiałów, z których wykonane jest ubranie chroniące przed wpływem ciepła. Przekroczenie tych wartości doprowadza do przegrzania ciała lub poparzeń. Aby zwiększyć bezpieczeństwo pracy strażaków, należy znać granice czasowe, w jakich strażak może pracować w określonych warunkach podczas gaszenia pożaru i nie dopuszczać do ich przekroczenia. Maksymalny czas zależy od czynników takich jak: charakterystyka ubrania chroniącego przez oddziaływaniem ciepła (liczba, materiał i grubość warstw), temperatura, wilgotność i prędkość owiewu ubrania przez otaczające powietrze oraz poziom obciążenia. Cel: Celem artykułu jest opracowanie i weryfikacja modelu obliczeniowego stanu cieplnego ciała strażaka w ubraniu chroniącym przez oddziaływaniem ciepła w różnych warunkach termicznych. Model posłuży dla prognozowania i analizy stanu cieplnego oraz określenia maksymalnego/granicznego czasu pracy strażaka. Metody: Jednoczesne modelowanie stanu cieplnego ciała strażaka oraz ubrania chroniącego przed oddziaływaniem ciepła pozwoli na przeanalizowanie wielu warunków pracy strażaka, oraz czynników wpływających na stan cieplny jego organizmu. Tego rodzaju modelowanie pozwala określać maksymalną długość pracy strażaka w danych warunkach oraz opracować konfigurację nowego ubrania chroniącego przed oddziaływaniem ciepła. Jednocześnie można będzie analizować poziom komfortowych i granicznych temperatur ciała człowieka, które wynoszą średnio 37,2-38°С. Modelowanie pozwoli również ograniczyć liczbę drogich badań w warunkach rzeczywistych nad materiałami odzieży ochronnej, przeprowadzanych dla różnych warunków środowiskowych i charakteru pracy strażaka podczas gaszenia pożaru. Wyniki: Przedstawione wyniki badań eksperymentalnych stanu cieplnego w przestrzeni pod ubraniem ochotników uczestniczących w badaniach, wykonujących ćwiczenia fizyczne o zróżnicowanym natężeniu, zostały wykorzystane do zweryfikowania prezentowanego modelu. Wyniki uzyskane podczas eksperymentalnych pomiarów temperatury ciała ochotników ubranych w odzież ochronną i wykonujących prace w temperaturze pokojowej o różnym stopniu natężenia były bardzo zbliżone do wyników obliczeń modelowych. Różnice nie wynosiły więcej niż 2°С. Wnioski: Efektem prac jest opracowany dwumiarowy model wymiany ciepła w ubraniu ochronnym, uwzględniający procesy termiczne i mechanizmy termoregulacji przy różnych poziomach obciążenia fizycznego, w tym wewnętrzne wydzielanie ciepła, zmienną przepuszczalność tkanin, odprowadzanie ciepła przez wydzielanie potu i oddychanie.