[01163591]基于主动温控技术的新型避火服研究

项目来源及背景： 消防员避火防护服是消防员进入火场,短时间穿越火区或短时间在火焰区进行灭火战斗和抢险救援时,为保护自身免遭火焰和强辐射热的伤害而穿着的防护服装。一旦发生火灾有人员被困,或者需要在火焰区域关阀断料等紧急情况出现时,可以着避火服进入火焰区域实施救援。目前消防部队实战中普遍使用的避火服,是被动的依托服装材料抵挡外界温度进入人体,可以将其称之为被动式避火服。这类避火服的出厂标准一般是考量服装材料的阻燃性能和隔热性能,看其是否能在热源和人体间形成一个起一定缓冲作用屏障。 由于避火服面料良好的隔热功能阻挡了外界热量传递进人体的同时也阻挡了人体新陈代谢产生热量向外界的传递,避火服隔热效果越好,其散热效果就越差。当热量在避火服内大量聚集之后,会使消防员出现热应激反应。热应激会造成消防员的力量、智力、兴奋性、运动速度等指标大幅度下降,与此同时消防员的迷茫、抑郁负面等情绪、操作错误率、疲劳程度随之上升。 避火服不仅要具有耐久的阻燃性能,也要求其在恶劣的作战环境下,避火服内部仍旧能够保持良好的舒适性,降低消防员出现热应激症状的概率。传统的被动式避火服已经满足不了消防员的健康需求,需要研究一种新型的避火服,在利用面料抵挡外界温度进入人体的同时,在避火服内部加入主动温控调节系统,实现人体工作负荷产生热量有效排出,对比现有避火服的功能,可以将其称之为主动温控式避火服。主动温控型避火服兼具良好防护性能和舒适性能,在火灾中可以有效降低消防员热应激产生的可能性,提高消防员的兴奋程度、运动速度与操作正确率等指标,从而增加在火灾中救人救物的机会,将火灾造成的损失降至最小。 主要研究内容： 1.基于冰水相变原理设计了主动温控型避火服。基于主动温控技术,在现有被动隔热式避火服的基础上,设计了主动温控型避火服的工作原理和组成结构。确定了避火服主体、液体循环系统、动力与控制系统以及连接系统四个部分,选定了避火服主体内外面料、热敏电阻、快插接头、电池等重要元件,制作了特殊的转换接头。 2.实验确定了主动温控型避火服的关键技术参数。设计并制作了一套主动温控型避火服实验平台,进行了假人穿着避火服模拟消防员在火场中走动实验。通过实验得出了冰水混合物的体积、换热管网的材质和组成结构、最佳换热介质的流速等关键技术参数。 3.进行了消防员舒适性实验和模拟火场测试实验。设计了避火服火场漫游实验装置和消防员舒适性测试平台,对主动温控型避火服在消防员火场穿梭状态下的隔热效果和消防员不同运动动作下的舒适性进行了实验测试,并与传统的被动隔热式避火服进行了对比分析。 4.进行了初步部队实际应用测试。由新乡消防支队特勤大队的五名男性消防员作为测试者,分别穿着被动隔热型避火服与主动温控型避火服模拟消防员在真实火场中的动作,进行初步应用测试。 取得的成果： 1.设计基于冰水相变的主动温控型避火服样服1套; 2.在中文核心期刊《消防科学与技术》上发表学术论文2篇; 3.申请国家实用新型专利1项,授权专利号为201520874834.5; 4.撰写研究报告1份。 应用情况： 主动温控避火服分别在郴州市公安消防支队、深圳市公安消防支队进行了主动温控型避火服的应用工作。通过穿戴试用基层消防战斗员普遍反映穿戴该主动温控型避火服能够可有效降低消防员身体各部分温度,可避免头晕、呕吐等现象的发生,避火服对人体温度调节的效果明显好于被动隔热型避火服,在20分钟内不会发生应激反应。该产品实际应用情况良好,建议在消防部队中推广应用。 关键技术与原理： 1.基于冰水相变的避火服系统设计 主动温控型避火服以被动隔热式避火服为依托,通过冰水相变原理,利用液体循环实现避火服内主动控温。本研究解决的关键技术主要包括冷源选择与控制系统,最终实现不出现冻伤和明显增重条件下的主动控温技术。 2.防护服测试装置设计开发 针对基于面料隔热性能测试的防护服测试方法的弊端,开发基于人体耐受性能指标的真火测试系统。技术关键包括真火燃烧装置、模拟行走装置、模拟假人等测试装置设计和测试方法确定。实现接近真火场景的防护服测试平台开发。