基于具有液冷主动降温作用的消防服设计

摘要

消防员作为火灾救援活动的主要力量，在救援作业中贡献自己的全力。消防员工作强度大，既要与烈火进行对抗，也要与抢险抗战，生命安全受到极大的威胁。随着社会保障制度的健全，国家对保护消防员生命安全及健康意识也不断增强。
　　本文研究了，厚重四层结构的消防服作为保障消防员生命安全的重要装备，有效阻隔外界环境中火焰、辐射热、传导热及危险化学品的侵入，但也增加了生理代谢产热并阻碍水蒸汽和体热的散失。在服装内层蓄积的大量热，加重人体热调节系统负担，引起体内热平衡失调，导致产生恶心呕吐、体温上升、注意力不集中等热应激反应，严重阻碍消防员救援工作的效率并危及消防员的生命安全。所以，消防服的设计不仅需要重视热防护性更要结合人体工效学与穿着舒适性，在保证消防服热防护性能的同时有效缓解热应激问题，延长消防员的作战时间。
　　本文首先选择缓解热应激的方法，最终应用散热效率高、显热散失、重量及体积易于携带的液冷降温装置。针对影响液冷降温效果的主要影响因素——换热管路分析。基于高温环境下换热管路间隔与降温效果的关系进行了实验和讨论，对在不同环境下如何选择换热管路间隔，获得较高降温效率提供参考。其次，根据环境热量进入服装的通道位置，对换热管路设计不同的排列布局，并进行液冷主动降温式消防服的成衣制作。使用出汗暖体假人对成衣的基本性能和散热性进行客观实验，探究其穿着舒适性。测试每一件液冷降温式消防服的热阻、湿阻、换热管路下温度、换热管路间隔处温度、进出水口温度及假人皮肤温度。结果表明，横向换热管路主动降温式消防服降温效果，舒适性以及工作时长均优于纵向。平均皮肤温度保持在人体舒适温度的时间均≥60min，远远大于未设置降温装置的消防服下平均皮肤温度，延长了消防员灭火救援的作战时间，也在很大程度上保证了消防员的生命安全。最后，采用真人主观性实验对客观性实验的结果进一步说明，应用等级评分表对热感觉和热舒适评分。说明，液冷主动降温式消防服明显延长热感的时间，就横向换热管路主动降温式消防服对热承受能力及主观舒适性而言均优于纵向。但二者在工作时间上均有一定的延长，持续时间约20min。人体主观评价结果与客观评价结果相同，降温效果明显且工作时间延长。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 消防员工作环境对人体的影响

1．2．1 消防员工作环境

1．2．2 消防员的热应激反应

1．2．3 人体散热方式

1．2．4 人体热平衡方程

1．3 降温装置的分类

1．3．1 被动降温装置

1．3．2 主动降温装置

1．3．3 物理降温

1．4 国内外研究现状

1．5 本课题的主要研究内容及技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 采取的技术路线

1．6 本课题的研究意义

第二章 液冷主动降温作用的消防服研制

2．1 降温装置的选择与设计

2．2 液冷主动降温作用的消防服设计要求

2．3 液冷主动降温背心结构设计

2．3．1 衣长设计

2．3．2 领型设计

2．3．3 开口方式

2．4 液冷主动降温背心材料选择

2．4．1 性能测试

2．4．2 性能测试结果

2．4．3 模糊数学

2．5 换热管路网结构参数设计

2．5．1 换热管路材料的选择

2．5．2 换热管路循环结构的设计

2．5．3 换热管路尺寸的选择

2．5．4 换热管路布局设计

2．6 泵的选择

2．7 冷却液的选择

2．8 冷却水箱的设计

2．9 本章小结

第三章 换热管路分布的研究与设计

3．1 实验条件

3．1．1 外界环境条件

3．1．2 实验设备条件

3．1．3 实验试样条件

3．2 实验设计

3．2．1 实验间隔大小选择

3．2．2 实验热源温度选择

3．2．3 温度测量位置的选择

3．3 实验步骤

3．4 换热管路间隔大小对降温效果的影响分析

3．4．1 不同换热管路间隔对降温效果的影响

3．4．2 换热管路处与间隔处温差差异对降温效果的影响

3．4．3 换热管路间隔与舒适时间的分析

3．5 本章小结

第四章 液冷主动降温作用消防服基本性能研究

4．1 实验服装的选择

4．2 实验设备

4．2．1 出汗暖体假人“Walter"

4．2．2 人工气候室

4．3 主动降温式消防服的热阻与湿阻

4．3．1 主动降温式消防服热阻测试与分析

4．3．2 主动降温式消防服湿阻测试与分析

4．4 本章小结

第五章 液冷主动降温作用的消防服的散热性能评价

5．1 实验方法与过程

5．2 液冷主动降温作用的消防服散热性测试结果

5．2．1 降温装置对平均皮肤温度的影响

5．2．2 降温装置对换热管路下温度的影响

5．2．3 降温装置对换热管路间隔温度的影响

5．2．4 降温装置对进出水口温度的影响

5．3 本章小结

第六章 液冷主动降温作用的消防服舒适性主观分析评价

6．1 热舒适性评价方法

6．1．1 受试者

6．1．2 实验方法和步骤

6．2 实验结果与分析

6．2．1 实验结果

6．2．2 实验分析

6．3 综合分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 研究不足与展望

7．2．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

附录

致谢