Complex Approach to Thermal Testing of Firefighters’ Protective Clothing

• Autorzy: Szułczyńska Dorota , Roguski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.12845/sft.58.2.2021.9

Warianty tytułu

PL

Kompleksowe podejście do badań termicznych odzieży ochronnej strażaków

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Aim: An extremely important property of firefighters’ special clothing is thermal resistance of the clothing materials to heat transfer from radiation or flame. Performing tests with the use of thermal mannequins may contribute to the improvement of clothing sets, as such tests indicate weak points of the tested products. The review article presents information on the testing of special clothing on mannequins and a short history of test stands with the use of thermal mannequins. Introduction: Using innovative techniques and technologies provides firefighters-rescuers with an appropriate level of safety. Special clothing is a barrier between the human body and the heat and water vapour from the environment. It is this garment that protects the human body from overheating or cooling down. Methodology: The general test procedure for using thermal mannequins is described in ASTM standards (for instance ASTM F2370 – 10 [1], ASTM F2371 – 10 [2]). Testing of special clothing allowing for an accurate assessment of the degree of protection of the human body against the effects of fire, flame and heat was initiated in the United States. The assumption of these works was to create a mannequin for testing the resistance of clothing equipped with heat sensors to flash fires. Currently, there are around 100 different models of thermal mannequins around the world. Technological progress in the post-war period resulted in the rapid development of mannequins built with a multi-segment structure. This allowed to increase the accuracy of the measurements that simulated heat exchange between the human body and the environment. The data obtained in this manner is repeatable, which allows for standardization of the test requirements for thermal insulation of clothing sets. Conclusions: Performing tests using thermal mannequins contributes to the improvement of clothing sets in order to increase the safety of the users. The results obtained under the test conditions very accurately indicate the number, location and degree of burns to which the user of such clothing may be exposed.

PL

Cel: Niezwykle ważną właściwością strażackich ubrań specjalnych jest odporność termiczna materiałów odzieżowych na przenikanie ciepła pochodzącego z promieniowania lub płomienia. Wykonywanie badań przy użyciu manekinów termicznych może przyczynić się do udoskonalania zestawów odzieżowych, bowiem badania takie wskazują słabe punkty testowanych wyrobów. W artykule mającym charakter przeglądowy przedstawiono informacje na temat prowadzonych badań ubrań specjalnych na manekinach oraz krótką historię stanowisk badawczych z wykorzystaniem manekinów termicznych. Wprowadzenie: Zastosowanie innowacyjnych technik i technologii zapewnia strażakom-ratownikom odpowiedni stopień bezpieczeństwa. Odzież specjalna stanowi barierę pomiędzy ludzkim ciałem a ciepłem i parą wodną pochodzącymi ze środowiska. To właśnie ubranie ma za zadanie chronić ciało człowieka przed nadmiernym przegrzaniem lub wychłodzeniem. Metodologia: Ogólna procedura postępowania badawczego z wykorzystaniem manekinów termicznych opisana jest w standardach ASTM (np. ASTM F2370 – 10 [1], ASTM F2371 – 10 [2]). Badania odzieży specjalnej pozwalające na dokładną ocenę stopnia ochrony ludzkiego ciała przed działaniem ognia, płomienia i ciepła zapoczątkowano w Stanach Zjednoczonych. Założeniem wspomnianych prac było stworzenie manekina do badania odporności odzieży na działanie pożarów błyskawicznych, wyposażonego w czujniki ciepła. Obecnie na świecie funkcjonuje ok. 100 różnych modeli manekinów termicznych. Postęp technologiczny w okresie powojennym spowodował szybki rozwój budowanych manekinów, które posiadały wielosegmentową budowę. Pozwoliło to na zwiększenie dokładności wykonywanych pomiarów symulujących wymianę ciepła między organizmem ludzkim a otoczeniem. Uzyskane w ten sposób dane są powtarzalne, co pozwala na znormalizowanie wymagań badawczych izolacyjności cieplnej zestawów odzieżowych. Wnioski: Wykonywanie badań przy użyciu manekinów termicznych przyczynia się do udoskonalania zestawów odzieżowych, aby zwiększać bezpieczeństwo użytkowników. Uzyskane w warunkach badawczych wyniki w bardzo dokładny sposób wskazują liczbę, lokalizację i stopień oparzeń, na jakie może być narażony użytkownik takiego ubrania.

Słowa kluczowe

EN

protective clothing; special clothing; thermal mannequin; thermal resistance; test stand; thermal loads

PL

odzież ochronna; ubranie specjalne; manekin termiczny; odporność termiczna; stanowisko badawcze; obciążenie cieplne

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Safety & Fire Technology
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 154--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys.

Twórcy

autor

Szułczyńska Dorota

• Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0001-8003-8452

autor

Roguski Jacek

• Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/+0000-0002-7848-053X

Bibliografia

• [1] ASTM F2370 – 10 Standard Test Method for Measuring the Evaporative Resistance of Clothing Using a Sweating Manikin.
• [2] ASTM F2371 – 10 Standard Test Method for Measuring the Heat Removal Rate of Personal Cooling Systems Using a Sweating Heated Manikin.
• [3] Młynarczyk M., Havenith G., Leonard J., Martins R., Hoddes S., Inter-laboratory proficiency tests in measuring thermal insulation and evaporatice resistance of clothing using the Newton-type thermal manikin, “Textile Research Journal” 2016, 88 (4), https://doi.org/10.1177/0040517516681957.
• [4] Wiśniewski T. S., Wymiana ciepła w ochronach osobistych, Warszawa 2016.
• [5] Keiser C., Steam burns. Moisture management in firefighter protective clothing, PhD dissertation ETH No. 17406, ETH Zurich 2007, https://doi.org/10.3929/ethz-a-005465697.
• [6] Czerwienko D., Roguski J., Koncepcja rozwoju ochron osobistych, ”Zeszyty naukowe SGSP” 2016, 58 (2), 5–32.
• [7] PN-EN 469:2021-01, Odzież ochronna dla strażaków – Wymagania użytkowe dotyczące odzieży ochronnej przeznaczonej do akcji przeciwpożarowej.
• [8] Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 27 kwietnia 2010 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania (Dz.U. 2010 Nr 85, poz. 553 z późn. zm.).
• [9] Goldman R.F., Thermal Manikins, Their Origins and Role, in: Thermal Manikins and Modelling, w: Sixth International Thermal Manikin And Modelling Meeting (6I3M), J. Fan (red.), Hong Kong 2016, 3–18.
• [10] Bogdan A., Zwolińska M., Future Trends in the Development of Thermal Manikins Applied for the Design of Clothing Thermal Insulation, “Fibres & Textiles in Eastern Europe” 2012, 20, 4(93), 89–95.
• [11] Anttonen H., Meinander H., Bartels V., Kuklane K., Reinertsen R. E., Varieras S., Sołtysiński K., Thermal Manikin Measurements-Exact or Not?, “International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE)” 2004, 10 (3), 291–300, https://doi.org/10.1080/10803548.2004.11076616.
• [12] Młynarczyk M., Manekiny termiczne jako narzędzie do badania izolacyjności cieplnej oraz oporu pary wodnej zestawów odzieżowych, „Bezpieczeństwo pracy” 2015, 1, 18–20.
• [13] Holmer I., Thermal manikin history and application, “European Journal of Applied Physiology” 2004, 92, 614–618, https://doi.org/10.1007/s00421-004-1135-0.
• [14] Camenzind M.A., Dale D.J., Rossi R.M., Manikin test for flame engulfment evaluation of protective clothing: Historical review and development of a new ISO standard, “Fire and Material” 2006, 31(5), 285–295, https://doi.org/10.1002/ fam.938.
• [15] Faming W., A comparative introduction on sweating thermal manikins “Newton” and “Walter”, 7th International Thermal Manikin and Modelling Meeting – University of Coimbra, September 2008.
• [16] Konarska M., Sołtyński K., Sudoł-Szopińska I., Młoźniak D., Chojancka A., Aspects of Standarisation in Measuring Thermal Clothing Insulation on a Thermal manikin, “Fibres & Textiles in Eastern Europe” 2006, 14, 4 (58), 58–63.
• [17] Nilsson H.O., Holmer I., Comfort climate evaluation with thermal manikin methods and computer simulation models, "Indoor Air" 2003, 13(1), 28–37, https://doi.org/10.1034/j.1600-0668.2003.01113.x.
• [18] Richards M., Mattle M., Development of a sweating agile thermal manikin (SAM), Proceedings of the 4th International Meeting on Thermal Manikin, St. Gallen, Szwajcaria 2001.
• [19] Burke R., McGuffin R., Development of an advanced thermal manikin for vehicle climate evaluation, Proceedings of the 4th International Meeting on Thermal Manikin, St. Gallen, Szwajcaria 2001.
• [20] Holmer I., Thermal manikins in research and standards, Proceedings of the Third International Meeting on Thermal Manikin Testing 3IMM at the National Institute for Working Life, 1999.
• [21] http://www.davidvedoruha.hu/pdf/bttg%20teszt.pdf, [dostęp: 22.01.2019].
• [22] Song G., Wang F., Firefighters' Clothing and Equipment: Performance, Protection and Comfort, CRC Press, 2019.
• [23] https://www.empa.ch/web/s401/henry [dostęp: 22.11.2021].
• [24] Psikuta A., Allegrini J., Koelblen B., Bogdan A., Annaheim S., Martinez N., Derome D., Carmeliet J., Rossi R.M., Thermal manikind controlled by human thermoregulation models for energy efficiency and thermal comfort research – A review, “Renewable and Sustainable Energy Reviews” 2017, 78, 1315–1330, https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.115.
• [25] Fojtlin M., Fiser J., Jicha M., Determination of convective and radiative heat transfer coefficients using 34-zones thermal manikin: Uncertainty and reproducibility evaluation, “Experimental Thermal and Fluid Science” 2016, 77, 257–264, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2016.04.015.
• [26] Kuklane K., Sandsund M., Reinertsen R.E., Tochihara Y., Fukazawa T., Holmer I., Comparison of thermal manikins of different body shapes and size, “Ergonomics and Aerosol Technology” 2004, 92, 683–688, https://doi.org/10.1007/s00421-004-1116-3.
• [27] ASTM F1930-00, Standard Test Method for Evaluation of Flame Resistant Clothing for Protection Against Flash Fire Simulations Using an Instrumented Manikin, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2000.
• [28] Prezant D.J., Barker R.L., Stull J.O., King S.J., Rotanz R.A., Malley K.S., Bender M., Guerth C., Kelly K.J., The Impact of Protective Hoods and Their Water Content on the Prevention of Head Burns in New York City Firefighters: Laboratory Tests and Field Results, “Journal of burn care & research: official publication of the American Burn Association” 2001, 22(2),165–178.
• [29] Roguski J., Błogowski M., Kubis D., Metody badawcze w ocenie odporności środków ochrony indywidualnej na działanie termicznych czynników zewnętrznych , BITP Vol. 39 Issue 3, 2015, pp. 43–57, https://doi.org/10.12845/bitp.39.3.2015.4.
• [30] Wiśniewski T., Furmański P., Łapka P., Problemy związane z oceną ochron osobistych poddanych obciążeniu cieplnemu, w: Problemy Monitoringu eksploatacji sprzętu i wyposażenia w Straży Pożarnej, J. Roguski (red.), CNBOP-PIB, Józefów 2015, 85–106.
• [31] Foster J.A., Roberts G.V., Measurements of the Firefighter Environment – Summary Report, “Fire Engineers Journal” 1995, 55(178), 3034.
• [32] Bugaj M.A., Cieślikiewicz Ł., Wiśniewski T.S., Badania materiałów odzieży ochronnej będącej w kontakcie z ciałami o podwyższonej temperaturze, „Zeszyty Naukowe SGSP” 2016, 58 (2), 149–172.
• [33] Giełżecki J., Godniowska M., Kogut B., Koniuch T., Szewczyk A., Wolański R.M., Wójcik Z., Badania materiałów ochron osobistych poddanych oddziaływaniu płomienia, „Zeszyty Naukowe SGSP” 2016, 58 (2), 33–56.
• [34] Foster J.A., Roberts G.V., Measurements of the Firefighter Environment – Summary Report, „Fire Engineers Journal” 1995, 55(178), 3034.