減少熱蓄積的消防服開發(fā)及其性能評價

苗 勇，李 俊

(1.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.東華大學(xué) 功能防護服裝研究中心，上海 200051； 3.現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室(東華大學(xué))，上海 200051)

減少熱蓄積的消防服開發(fā)及其性能評價

苗 勇1，李 俊2,3

(1.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.東華大學(xué) 功能防護服裝研究中心，上海 200051； 3.現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室(東華大學(xué))，上海 200051)

通過實地調(diào)研分析了現(xiàn)役消防服的現(xiàn)狀，針對消防員火場外作業(yè)人體熱蓄積過多的問題，設(shè)計開發(fā)了一套具有通風(fēng)口的新型服裝。對比通風(fēng)口開啟和關(guān)閉2種狀態(tài)的人體主觀和客觀數(shù)據(jù)，運用配對樣本T檢驗進行分析。結(jié)果表明：在人體舒適性方面，通風(fēng)口開啟狀態(tài)比關(guān)閉狀態(tài)下可以使心肺功能數(shù)據(jù)中的心率等數(shù)據(jù)明顯降低；使衣下溫度，尤其是后背和腋下部位的溫度明顯降低；使衣下濕度，尤其是前胸和腰部的濕度明顯降低。

消防服；通風(fēng)口；配對樣本T檢驗；熱蓄積

消防戰(zhàn)斗員滅火服裝是一種耐高溫的防護服。目前我國使用的消防服結(jié)構(gòu)設(shè)計要求是依據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護服》標準制定的，主要分為4 層，依次為外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。在開發(fā)研制消防員戰(zhàn)斗服時，目前通常以如何增強隔熱性能為目的，但是隔熱性能提高的同時，服裝也具有了很高的熱阻，影響了消防服的透濕性，限制了人體出汗所釋放的潛熱[1-3]。

現(xiàn)代消防服不僅要考慮服裝的防火性，也要兼顧服裝的熱舒適性[4-6]。據(jù)調(diào)查，由于消防器械的發(fā)展，在更多場合下消防員不需要直接進入火場內(nèi)部，可以在火場外使用水槍等進行滅火工作。每年都有許多防火人員死于由于熱壓導(dǎo)致的心臟病等，而不是由于被火燒直接致死[7]。這是由于消防員作業(yè)過程中，環(huán)境產(chǎn)生的熱量加上自身新陳代謝產(chǎn)生的熱量形成極度的熱環(huán)境。如果不能及時散熱，容易造成過度熱蓄積而對消防員身體造成傷害[8]。因此，如何使消防服在火場中保護人體，既不降低現(xiàn)有消防服的防護性，又能在保證火場外將由于作業(yè)或運動產(chǎn)生的大量熱蓄積及濕熱蒸汽散發(fā)出去，從而如何提高現(xiàn)有國產(chǎn)消防服的熱濕舒適性能，降低消防員生理荷載和心理的不舒適感，保證消防員更加專注地完成救援任務(wù)，提高作戰(zhàn)效率，減少消防員受到的傷害[9-10]，成為了本文重點研究的問題。

1 新型消防服的設(shè)計研發(fā)

1.1 消防人員調(diào)研

為更加詳細、全面地了解消防員滅火防護服的功能和消防員的需求以便于對現(xiàn)行消防員滅火防護服進行改進，本文對消防員進行了一次問卷調(diào)查，其中上海市徐匯區(qū)公安消防支隊59人，河南省新鄉(xiāng)市公安消防支隊紅旗區(qū)大隊7人。在調(diào)查的66人中，消防員有48人。調(diào)查結(jié)果分析如圖1所示。

1.1.1 熱感覺主觀評價

從主觀評價調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有消防服在冬季穿著基本舒適；在春季和秋季工作前無大量運動的時候也基本舒適，但在工作中和工作后顯示出散熱不好的缺點；夏季，在不運動的狀態(tài)下，消防服的散熱已經(jīng)不足，在工作中和工作后，人體感覺很熱，說明現(xiàn)有消防服的散熱在夏季嚴重不足。

1.1.2 常用動作分析

在研究開口設(shè)計位置時，圖2示出消防員工作時常用動作的頻數(shù)。由圖得知，前伸和弓步2個動作出現(xiàn)的頻數(shù)最多。這2個動作有一個共同點：手臂處于前伸的狀態(tài)，說明服裝腋下開口散熱，在工作中，可以不被遮擋，有助于散熱。基于這些原因，本文將在上衣腋下和褲子兩側(cè)設(shè)計開口位置。

1.1.3 易水濕部位調(diào)查

表1示出消防服易被水濕部位的頻數(shù)。由表可知：最容易水濕的部位依次為褲腳、袖口、前胸、后背和膝蓋；最不易水濕的部位依次為腋下、褲襠、褲腰、領(lǐng)子、臀部和下擺。由此可見，消防服的開口設(shè)計在腋下是最不易濕的部位，有實驗表明，人體運動后產(chǎn)生的熱蓄積首先出現(xiàn)在后背，然后是前胸[11]?；谝陨显?，兼顧防水和散熱2個因素，將服裝上衣開口設(shè)計在腋下，褲子開口設(shè)計在大腿兩側(cè)，并且服裝穿著中上衣開口和褲子開口不重合。

表1 消防服易被水濕部位頻數(shù)Tab.1 Investigation of positions susceptible to moisture on firefighter′s clothing

1.1.4 穿著情況調(diào)查

調(diào)查對象是全體消防員，調(diào)查結(jié)果是：一直穿著的頻數(shù)為0，工作穿著和中途穿著的頻數(shù)分別為48和4，其他情況為0。在有效問卷中顯示絕大部分消防員是一接到滅火命令就開始穿著消防服，到任務(wù)結(jié)束后才可以脫下。這主要是因為：消防服穿著的特殊性，消防服除了防火外，還要防水，在火場外也需要穿著；消防服是消防員的身份標志。因此，如何提高消防服舒適性，減少熱蓄積，是一個急需解決的問題。

1.2 消防服樣衣制作

正樣設(shè)計的服裝面料按照國家安全行業(yè)標準GA 10—2014規(guī)定，采用的面料為100%阻燃棉布，斜紋結(jié)構(gòu)，經(jīng)緯密度分別為126、87根/10 cm，面密度為280 g/m2。輔料采用阻燃粘膠和聚四氟乙烯防水透氣薄膜做內(nèi)膽材料，阻燃網(wǎng)眼布做服裝開口設(shè)計的材料，阻燃材料Nomex基布的拉鏈和阻燃縫紉線等。正樣實驗服裝信息如表2所示。

表2 正樣實驗服裝信息表Tab.2 Information of final experimental clothing cm

消防服款式如圖3所示。在服裝的兩側(cè)腋下開有通風(fēng)口，可以開啟和關(guān)閉，這個裝置利用一個口袋蓋的形式來實現(xiàn)。袋蓋內(nèi)有黏合扣，可以黏合在衣身上將通風(fēng)口關(guān)閉；袋蓋的外面有金屬撳扣，通風(fēng)口打開時，袋蓋可以靠撳扣固定，以保持通風(fēng)口的敞開。通風(fēng)口里面有用防火網(wǎng)眼布，可以起美觀和遮擋視線的作用。在褲子的兩側(cè)開有通風(fēng)口，可以開啟和關(guān)閉，且穿著中與上衣的通風(fēng)口不重合。袋蓋內(nèi)縫合有內(nèi)膽所用的隔熱層、防水層材料，與原有消防服相同，從而使通風(fēng)口關(guān)閉后防護性不降低。

2 著裝實驗

2.1 受試者

選取6名健康男性大學(xué)生為受試者，身高為(169±4)cm，體重為(61±5)kg，年齡在21～26歲之間。在實驗前對受試者進行了介紹，使他們了解了服裝的基本結(jié)構(gòu)和穿著方法，并熟悉熱濕感覺和服裝穿著感覺等級描述的含義，便于正式實驗時正確理解和主訴其舒適等級。

2.2 實驗環(huán)境及設(shè)備

實驗環(huán)境為東華大學(xué)人工氣候倉，其環(huán)境條件為：溫度(21±2)℃、濕度(65±3)%。實驗儀器有：心肺功能測定系統(tǒng)Metalyzer、溫濕度計、無氧功率自行車等。

心肺功能測定儀可以通過電腦系統(tǒng)將人體熱濕感覺用各種生理溫?zé)嶂笖?shù)表達出來，借助于各種非生理參數(shù)將舒適性要求體現(xiàn)在服裝產(chǎn)品設(shè)計上，從而為服裝設(shè)計加工、服裝材料優(yōu)選等提供理論參考。

2.3 實驗過程

每次測試1名受試者，受試者進入實驗室后靜坐15 min，使其適應(yīng)實驗室的環(huán)境。受試者在服裝開口全部開啟狀態(tài)下運動，連接心肺功能測定儀，以15 km/h的速度在自行車健身器上運動10 min，記錄結(jié)果。休息10 min，在服裝開口全部關(guān)閉狀態(tài)下重復(fù)以上實驗，記錄結(jié)果。實驗過程見圖4。

通過分析CO2呼出量、通氣量、心率這3個指標，來綜合評價這套服裝的2種狀態(tài)對生理指標的影響。運用配對樣本T檢驗對每個指標2種狀態(tài)的數(shù)值進行分析，顯著性水平設(shè)置為0.05[11]。

3 實驗結(jié)果分析

6名受試者在服裝通風(fēng)口開啟和關(guān)閉2種狀態(tài)下進行2次實驗，用心肺功能儀記錄結(jié)果。由于3 min以后各項數(shù)值趨于穩(wěn)定，因此，選取4～9 min時6個時間的生理數(shù)據(jù)作為分析對象，以保證實驗結(jié)果的正確性，測試結(jié)果見表4。

3.1 心肺功能測量儀測量結(jié)果

從表4可知，在服裝通風(fēng)口完全打開的狀態(tài)下，CO2呼出量、通氣量、心率的均值明顯小于服裝通風(fēng)口完全關(guān)閉的狀態(tài)。

表4 心肺功能儀實驗數(shù)據(jù)Tab.4 Experimental data of oxycon

對CO2呼出量的數(shù)值進行分析，計算的統(tǒng)計量t=-5.239，95%的置信區(qū)間為(-1.857,0.497)。t?(-1.857,0.497)，因此拒絕原假設(shè)H0，表明2組CO2呼出量的數(shù)值存在顯著差異。

同樣可以分析得出服裝通風(fēng)口完全打開和服裝通風(fēng)口完全關(guān)閉2組數(shù)值在通氣量、心率方面都存在顯著性差異。說明在通風(fēng)口完全打開的狀態(tài)下，這3個量都明顯低于通風(fēng)口完全關(guān)閉的狀態(tài)。從而說明服裝的通風(fēng)口設(shè)計可使人體的舒適性顯著提高。

3.2 溫度變化分析

表5示出2種條件衣下溫度上升幅度的對比。與表4的分析方法相同，通過分析可知，服裝通風(fēng)口完全打開的狀態(tài)下，身體5個部位(測量位置為膻中、身柱、極泉、下丹田、三陰交等穴位部位)衣下溫度上升幅度的平均值都小于關(guān)閉狀態(tài)，并且后背與腋下的數(shù)值存在顯著差異。說明通風(fēng)口能顯著降低后背和腋下的衣下溫度。

3.3 濕度變化量分析

表6示出2種條件下衣下濕度對比。通過分析可知，服裝通風(fēng)口完全打開的狀態(tài)下，身體5個部位濕度上升的值都小于關(guān)閉狀態(tài)，尤其是前胸與腰部的數(shù)值存在顯著差異。說明這2個部位的濕度上升幅度與原來相比有明顯下降，即通風(fēng)口具有散濕的作用。

表5 衣下溫度變化量分析Tab.5 Analysis of temperature change under clothing

表6 衣下濕度變化量分析Tab.6 Analysis of humidity change under clothing %

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了一種帶有通風(fēng)口的消防服，當(dāng)消防員在火場內(nèi)高溫環(huán)境中關(guān)閉通風(fēng)口時，其可以防止環(huán)境高溫進入人體；當(dāng)消防員在火場外實施滅火工作時，其可以開啟通風(fēng)口增加散熱。實驗結(jié)果表明：運動前后，心肺功能儀所測的3個數(shù)據(jù)明顯降低；人體后背與腋下的衣下溫度比原有服裝明顯降低；人體前胸與腰部的衣下濕度明顯降低。由此說明，帶有通風(fēng)口的服裝可降低人體的熱蓄積，消防服的舒適性有所改善。

FZXB

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Development and evaluation of firefighter′s clothing capable of enhancing heat dissipation

MIAO Yong1，LI Jun2,3

(1.HenanInstituteofScienceandTechnology，Xinxiang，Henan453003,China; 2.ProtectiveClothingResearchCenter，DonghuaUniversity，Shanghai200051,China; 3.KeyLaboratoryofClothingDesign&Technology(DonghuaUniversity),MinistryofEducation,Shanghai200051,China)

After surveying in firefighting′s bureau,and referring the development area of firefighter′s clothing，the clothing were designed on the armpits and the trousers to provide more flowing air inside the garment and enhance the evaporation of heat.Human subject test was carried out.The experiment data was analyzed in mathematic statistic ways.Paired-samples T test was used to analyze the significant difference and compare the ventilation openings in status of opening and closing.The results showed that in comparison with the conditions of closing,the opening conditions had more advantages on comfort.The rate of heart beating in open status is less than that in closed.In opening conditions,the body temperature reduces especially for the back and the waist.

firefighter′s clothing；ventilation openings；paired-samples T test; heat dissipation

10.13475/j.fzxb.20141200505

2014-12-03

2015-10-08

國家自然科學(xué)基金項目(51576038); 人因工程國家重點實驗室開放課題(SYFD150051812K);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金資助項目(15D110735/36)

苗勇(1977—)，男，碩士生。研究方向為服裝材料與服裝舒適性。李俊，通信作者，E-mail:lijun@dhu.edu.cn。

TS 941.17

A