Разработка и верификация расчетной модели теплового состояния теплозащитной одежды пожарного при различных видах испытаний

• Autorzy: Bolibrukh B. V. , Chmiel M.

Warianty tytułu

EN

Development and Verification of a Mathematical Model Dealing with Thermal Protective Garments for Different Types of Tests

PL

Opracowanie i weryfikacja modelu cieplnego ubrania strażackiego chroniącego przed czynnikami termicznymi dla różnych rodzajów badań

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

RU

Введение: Работа пожарного при тушении пожаров сопряжена с большим риском для жизни и здоровья. Тепловое воздей- ствие и физические нагрузки при этом часто граничат с предельными уровнями для человека и материалов теплозащитной одежды или превышают их. Так, материал теплозащитной одежды пожарного (ТЗОП) может перегреваться либо прожи- гаться, что может вызвать возникновение ожогов. Повышение температуры в подкостюмном пространстве может привести также к тепловому удару. Для увеличения безопасности работы крайне важно знать предельное безопасное время работы пожарного (ПВРП) в тех или иных условиях тушения пожаров и не допустить его превышения. Цель: Целью является разработка и верификация расчетных тепловых моделей теплозащитной одежды пожарного в раз- личных условиях тепловых испытаний для прогнозирования и анализа теплового состояния и определения предельного времени работы пожарного в такой теплозащитной одежде. Методы: Существует ряд методов и установок для экспериментальных исследований защитных свойств одежды, в которых испытываемый образец подвергается тепловой нагрузке от различных источников теплоты. Поскольку натурные испы- тания представляют собой достаточно сложную и дорогостоящую процедуру, то в настоящее время при проектировании теплозащитной одежды пожарных все больше используется метод моделирования теплового состояния теплозащитной одежды без или совместно с телом пожарного. Моделирование за счет своей оперативности дает возможность анализировать большее количество условий работы пожарного, а также факторов влияющих на тепловое состояние ТЗОП. Моделирование позволяет проводить многократные расчеты теплового состояния для различных материалов ТЗОП в поисках оптимального сочетания слоев материалов с наилучшими теплозащитными свойствами при наименьшем весе и цене. Результаты: Разработанные модели могут быть использованы для определения предельного времени работы пожарного, анализа степени влияния различных факторов на тепловое состояние теплозащитной одежды и пожарного, а также могут помочь при разработке новой теплозащитной одежды с применением других материалов. Выводы: Проведен анализ существующих работ по моделированию теплового состояния защитной одежды пожарного, который показал необходимость их усовершенствования для применения в различных условиях воздействия опасных факторов пожара. Разработана и по данным тепловых испытаний проверена расчетная модель теплового состояния трех- слойной теплозащитной одежды пожарного в условиях теплового испытания. Разработанная модель может быть применена для определении оптимальных параметров защитного костюма и определения предельного времени работы пожарного в различных условиях тушения пожаров.

EN

Introduction: The work of a firefighter, during fire incidents, is fraught with significant health risks and potential for loss of life. Often, such work results in exposure to heat bordering on acceptable limits of endurance for humans and exceeding norms for materials used in the manufacture of thermal protective clothing. Materials used in the manufacture of protective clothing may overheat or catch fire and cause burns. An excessive temperature increase for humans may also cause heat stroke. In order to increase the safety of a firefighter, it is important to establish a safe working period, for specific operational conditions, and not permit for such limits to be exceeded. Aim: The purpose of this treatise is to develop and verify mathematical models dealing with thermal properties of firefighter’s protective clothing, for different tests conditions, with the view of predicting and analyzing thermal conditions as well as determining maximum operating periods for firefighters equipped with such clothing. Methods: There are a number of methods and experimental study approaches to determine the properties of protective clothing, in which test samples are exposed to heat from different sources. Because full-scale tests are quite complicated and expensive, consequently, at the design stage, an increasingly frequent use is made of thermal mathematical models with or without the participation of a firefighter. Modelling, because of its operability, allows for an analysis of a larger volume of working conditions as well as influences on the temperature of protective clothing. Modelling facilitates numerous thermal calculations for different materials used in manufacture of protective clothing with the purpose of identifying an optimal link between appropriate layers of materials used and best thermal protection whilst achieving the least weight for the garment and lowest production cost. Results: Developed mathematical models can be used to determine maximum operating periods for firefighters. They facilitate an analysis of the degree of influence, for a range of factors, on the physical condition of a firefighter as well as that of clothing which should protect from the effects of heat. Such models may also help in the development of new manufacturing technology with use of other materials. Conclusion: An analysis of accessible projects engaged with modelling of thermal protective clothing properties revealed the need to improve modelling methods so that an application may be found for different fire hazard conditions. Developed, in compliance with data for thermal studies, and tested the mathematical model for determining the thermal condition of a three layered protective garment in a thermal test environment. The developed model can be used to determine the optimum parameters for a protective suit and the maximum operating time for a firefighter in different operating circumstances.

PL

Wprowadzenie: Praca strażaka podczas działań gaśniczych obciążona jest dużym ryzykiem dla jego życia i zdrowia. Często towarzyszą jej graniczne lub ponadnormowe wartości oddziaływania ciepła i obciążenia fizycznego przyjęte dla organizmu człowieka oraz materiałów odzieży chroniącej przed czynnikami termicznymi. Materiał, z którego wykonane jest ubranie, może ulec przegrzaniu lub zapalić się, powodując oparzenia. Wzrost temperatury pod ubraniem może również doprowadzić do udaru cieplnego. Aby zwiększyć bezpieczeństwo funkcjonariusza straży pożarnej, należy koniecznie określić bezpieczny limit jego czasu pracy dla określonych warunków działań gaśniczych i nie dopuścić do jego przekroczenia. Cel: Celem artykułu jest opracowanie i weryfikacja obliczeniowych modeli cieplnych ubrania strażackiego chroniącego przed czynnikami termicznymi dla różnych rodzajów badań termicznych w celu prognozowania i analizy warunków termicznych oraz określenia maksymalnego czasu pracy strażaka w ubraniu tego typu. Metody: Istnieje wiele metod i stanowisk eksperymentalno-badawczych do pomiaru właściwości ochronnych ubrań, w których badana próbka poddawana jest obciążeniu cieplnemu pochodzącemu z różnych źródeł ciepła. O ile badanie w pełnej skali wiąże się z dość skomplikowaną i kosztowną procedurą, w dzisiejszych czasach, przy projektowaniu ubrania chroniącego przed czynnikami termicznymi dla strażaków, coraz częściej wykorzystuje się metodę modelowania cieplnego ubrania bez lub z udziałem ciała strażaka. Modelowanie dzięki swojej operatywności pozwala analizować większą skalę warunków pracy strażaka, jak również czynników wpływających na temperaturę ubrania ochronnego. Modelowanie pozwala na przeprowadzanie wielokrotnych obliczeń stanu cieplnego różnych materiałów ubrania chroniącego przed czynnikami termicznymi, których celem jest znalezienie optymalnego połączenia odpowiednich warstw materiałów i najlepszych właściwości ochronnych przed ciepłem, przy zachowaniu jak najmniejszej wagi i ceny ubrania. Wyniki: Opracowane modele mogą być wykorzystane do określenia maksymalnego czasu pracy strażaka, analizy stopnia wpływu różnych czynników na stan cieplny strażaka oraz ubrania strażackiego chroniącego przed czynnikami termicznymi i strażaka, a także jako pomoc przy opracowywaniu nowej technologii wytwarzania ubrań tego typu przy wykorzystaniu innych materiałów. Wnioski: Przeprowadzona analiza dostępnych prac na temat modelowania stanu cieplnego ubrania ochronnego strażaka wykazała konieczność doskonalenia metod modelowania, aby znalazły zastosowanie w różnych warunkach oddziaływania niebezpiecznych czynników pożaru. Opracowano i, zgodnie z danymi na temat badań cieplnych, sprawdzono model obliczeniowy stanu cieplnego trójwarstwowego ubrania strażackiego chroniącego przed czynnikami termicznymi podczas badania termicznego. Opracowany model może być zastosowany do określenia optymalnych parametrów ubrania ochronnego i określenia maksymalnego czasu pracy strażaka w różnych warunkach prowadzonej akcji gaśniczej.

Słowa kluczowe

EN

firefighter's heat resistant clothing; thermal testing of clothing; modelling; firefighter's maximum operating period

PL

ubranie ochronne chroniące przed czynnikami termicznymi; badania termiczne ubrania; modelowanie; maksymalny czas pracy strażaka

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 2
• Strony: 53--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bolibrukh B. V.

• Lviv State University of Life Safety

autor

Chmiel M.

• Central School of the State Fire Service in Częstochowa, Poland

Bibliografia

• [1] Litvinova G.O., Gigiena s osnovamu ekologii, Zdorovya, Kyiv 1999.
• [2] Muharovskiy M. (ed.), ДСТУ ISO 6942-2001. Odyag zahisniy teplota vognetrivkiy. otsinyuvannya teploprovidnosti materialiv ta kombinatsiy materialiv, scho zaznayut diyi dzherela teplovogo viprominyuvannya (ISO 6942:1993, IDT), Derzhstandart Ukrayini 2002, IV, 15.
• [3] NFPA 1001: Standard for firefighter professional qualifications.
• [4] Shtayn B.V., Bolibrukh B.V., Lozinskiy R.Ya., Teoretichne obgruntuvannya poshirennya teploti v paketi materialiv ta povitryanomu prosharku zahisnogo odyagu, “UkrNDITsZ” Vol. 26 Issue 2, 2012, pp. 150–155.
• [5] Roger L. Barker, Guowen Song, Hechmi Hamouda, Donald B. Thompson, Andrey Kuznetsov, A. Shawn Deaton, NTC Project: S01-NS02 (formerly I01-S02) National Textile Center Annual Report: November 2002 1Modeling Thermal Protection Outfits for Fire Exposures.
• [6] Vettori R., Estimates of Thermal Conductivity for Unconditioned and Conditioned Materials Used in Fire Fighters’ Protective Clothing, Building and Fire Research Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD 20899-8661, November 2005.
• [7] Odyag pozhezhnika zahisniy. Zagalni tehnichni vimogi ta metodi viprobovuvannya (ISO 11613:1999): ДСТУ 4366:2004. [Deystvuyuschiy vid 2005-07-01], Derzhspozhivstandart Ukrayini, 2004, 34 (Natsionalniy standart Ukrayini).
• [8] Novichenok N.L., Shulman Z.P., Teplofizicheskie svoystva polimerov, Nauka i tehnika, Minsk 1971, 120.
• [9] Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovskiy A.M. et. al., Fizicheskie velichinyi. Spravochnik, I.S. Grigorev, Meylihov E.Z. (ed.), Energoatomizdat, 1991, 1232.
• [10] Kolesnikov P.A., Teplozaschitnyie svoystva odezhdyi, M.: Legkaya industriya, 1965, 346.