相变材料在蓄冷型消防员降温背心应用.pdfVIP

COSHA 第二十届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会论文集 相变材料在蓄冷型消防员降温背心中的应用 殷海波 柳素燕 曹永强 公安部上海消防研究所，上海 200438 【摘 要】 蓄冷型消防员降温背心通过蓄冷吸热降温的方法可降低消防员穿着个人防护服装在高 温环境下作业时的生理热应激。本文在分析蓄冷型消防员降温背心调温机理的基础上，提出了用于 消防员降温背心的相变材料的主要要求，并分析比较了无机相变材料和有机相变材料的优缺点，指 出开发适合消防作业的具有优异性能的复合相变材料已成为蓄冷型消防员降温背心相变材料研究发 展趋势。 【关键词】 消防员；生理热；相变材料；降温背心 1 引言 消防员进行消防作业时为保护自身安全必须穿戴整套个人防护装备。化学防护服、隔热服、避 火服、防核服以及防爆服等特种防护服装需要保证综合防护性能要求，因此重量重，透气性差，消 防员穿戴这些防护装备进行长时间、高体力强度的灭火救援战斗时，由于出汗量大，形成大量的生 理热，加之受火场高温和强辐射热等外部环境的影响，使得防护服的隔热效果逐渐降低，从而加剧 了生理热在防护服内的积聚，以致削弱了消防员体循环的能力，影响了消防员对高温的忍受能力， 造成呼吸急促，心率加剧，轻则引起消防员紧张、焦虑、感觉思维混乱，以致造成对时间的估计判 断错误、警惕性降低、理解能力和其他智能性的操作能力下降等而导致意外伤害的发生，重则直接 会引起消防员昏眩和痉挛，丧失战斗力，危及到人身安全。 消防员所承受的热应激问题十分突出，为了适应现代一些重特大灾害事故长时间消防作业的需 求，一方面应采取一系列的辅助措施来改进防护装备的材料和结构，在确保防护性能的同时减轻防 护装备的重量，另一方面应使用降低消防员生理热应激的微小气候降温系统（MCS）。目前微小气 候降温系统分主动式（气体降温系统和液体降温系统）和被动式（冰降温系统）两类，由于主动式 降温系统在冷源和人员之间通过导管连接，或使用便携式电池动力，在消防作业中使用不方便、成 本高；而蓄冷降温系统（降温背心）为自携式，消防员着装后活动不受限制，它体积小、重量轻、 成本低，且用家用冰箱、冰柜即可作为制冷源，通过物理降温，极易获得、使用方便，不需要增加 后勤支持。因此，开发高蓄冷量消防员降温背心以解决消防员穿着各类防护服装产生的生理热应激 问题和舒适性问题，也是今后消防员个人防护装备重要的研究发展方向之一。 2蓄冷型消防员降温背心调温机理 蓄冷型消防员降温背心的使用过程可分为蓄冷准备过程和吸热工作过程。降温背心中封装有蓄 能材料，蓄冷准备过程中，将蓄能材料放入冰箱或冰水混合物等低温制冷源中，蓄能材料温度高于 低温制冷源温度而不断向环境释放热量，进行蓄冷，直至达到热平衡；吸热工作过程中，已蓄冷的 蓄能材料放入降温背心并穿着于个人防护服内，蓄能材料温度低于人体温度，将吸收热量，表现为 299 COSHA 第二十届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会论文集 降温背心不断吸收消防员作业时产生的生理热和外界环境渗透入服装内的热量，使得消防员作业时 降温背心和人体之间的衣内环境一直能保持在使人体感觉较舒适的温度范围内。 3蓄冷型消防员降温背心用相变材料的要求 蓄冷类型分为显热蓄冷和相变蓄冷两类。显热蓄冷是利用物质本身温度的变化过程来进行“冷 量”的储存和利用；相变蓄冷是利用相变材料在相变过程中产生的相变热来进行“冷量”的储存和 利用。利用相变材料低温预处理进行蓄冷，其相变热值大，而且通常可以同时运用显热蓄冷和相变 蓄冷两种蓄冷方式，因此常被用来作为降温背心的蓄冷材料。蓄冷型消防员降温背心作为高温作业 环境中消防员的降温装备，要求相变材料具有以下性能要求： （1）高储能容量 因为消防作业时间长、工作紧张，不可能经常更换蓄冷材料，也就是说相变材料必须有高的相 变潜热，而且还要求以单位质量和单位体积计算的相变潜热都足够大，使得较轻重量的消防员降温 背心能够储存足够的“冷量”，保证人体长时间处于舒适的温度范围中。 （2）适宜的相变温度 一个人感觉较舒适的温度为30℃左右，这是接近体表的温度，细胞代谢、脏器运转热凉适宜， 不劳汗腺散热；温度升高至33℃时汗腺开始启动；升至35℃时汗腺立刻反应；升至36℃时人体开始 “自我