陶陈华
南京精诚安全检测有限公司
摘要：本文研究了一种智能化、温控、身份识别、缺氧报警消防服，融相变温控、循环水冷调温、缺氧报警、身份信息识别功能于一体，有效地提高了防护能力、识别能力、预警能力。该文融相变温控、循环水冷系统调温、缺氧报警、身份信息识别等智能化功能于消防服装，有效地提高了防护能力、预警能力、识别能力及远程交互能力。
关键词：智能温控；相变温控；消防服
1.绪论
目前，国内外提高消防服防护性能的措施，通常从功能性出发，通过研制新型的阻燃纤维材料、增加面料的厚度、层数或加大服装的尺寸等手段提高服装阻燃及热防护性能。经过多年的研究，纤维材料的阻燃技术已相对成熟，进一步研发并提高的上升空间已较小。同时，火场情况千变万化，现场状况更是非常复杂。异常高温、通讯联络困难、局部缺氧窒息等时有发生，很多不可预计、不可控制的事件往往对消防员造成伤害，这就提出了通过智能化方式来提高消防服防护性能的课题。消防灭火中，常规情况下，火场极限温度一般不超过60°C，在某些危险情况下，温度较高，消防员面临生命威胁，表现为消防服内层热通量急剧上升，通常人体皮肤表面平均温度在33°C左右，但火场突发高温强热流时，一旦皮肤基面温度上升超过44°C，皮肤就开始烧伤，在突发危险和紧急情况时，研究智能化消防服以避免短时间内热通量急剧上升对皮肤表面的烧伤伤害，显得尤为迫切。
消防员穿着厚重的消防服出入火场，运动速度快、攀爬高度高，体能消耗大，热量不易散失，水分丢失快，人体遭受热应力影响，体温升高、心率加快，严重时头晕、恶心、判断失常、运动机能受影响，研究智能化消防服改善消防员的工作条件，以调节温度、散发热量、提高消防员的身体舒适度，避免热应力伤害，显得尤为迫切。在复杂的作业条件下，消防员间、消防员与指挥员间信息交流不畅，通讯联络困难，需及时掌握和传递消防员身份信息以优化作业部署，实现高效协同作业以及快速抢救伤员，在含氧量较低的作业场所，存在缺氧窒息风险，需要通过报警装置提醒消防员或指挥员，以便及时采取防护措施或随时撤离。研究智能化消防服，以在复杂工况下识别消防员身份信息并具有缺氧报警功能，显得尤为迫切。传统的消防服综合防护能力相对较弱，难以满足复杂作业条件下的防护需求。研究先进的智能化消防服安全防护装置，将成为保障消防员人身安全健康、提高火场作业效率的重要保证。
2.相变温控技术研究应用
人体皮肤表面平均温度在33℃左右，高温强热流环境下，一旦皮肤基面（皮肤表皮与真皮层界面）温度上升超过44℃，皮肤即开始烧伤。智能消防服相变温控装置使用新型智能调温材料，一种能够在特定温度下发生可逆相态转变(固-液态转变)的相变材料，在相转变过程中从周围环境吸收大量的热，利用相变材料潜热提升服装热防护能力，达到延缓皮肤温度上升、控制服装内层与人体皮肤间的空气层温度上升低于人体烧伤阈值44℃的目的。
智能消防服选用卤代石蜡有机相变致冷材料，常规状态为固态，无毒、无味、无腐蚀性，选用相变温度56℃的有机相变材料卤代石蜡，相变潜热>200kJ/kg，克服了无机相变材料“过冷度”过高，消防员远离火场后，相变材料不能凝固结晶，再次返回火场后，相变材料已不能发挥作用的弊端，也克服了无机相变材料出现相分离，即受热后盐水混合物变成无机盐，某些盐类有部分不溶解于结晶水而沉于底部，冷却时也不与结晶水结合，从而形成分层，导致溶解的不均匀性，造成吸热能力逐渐下降的缺陷。相变温控装置的相变制冷材料选用具有本质型阻燃性能的卤代石蜡为微胶囊囊芯、三聚氰胺-甲醛为囊壁原位法合成的相变微胶囊，将封装于微胶囊中的相变制冷材料涂覆于隔热层外表面，即位于防水透气层和隔热层之间，通过与具有阻燃性能的黏合剂、增稠剂、交联型阻燃剂进行混合，制得整理液，通过后整理工艺涂覆于隔热层材料上，制备成阻燃且控温的相变隔热层织物。发生相变时，封装于微胶囊中的相变材料进行微观的固-液相变，并吸收大量的热，但宏观上仍然保持稳定的固态形态。同时，外界热流强度高时，服装层间温度上升也较快，将相变材料置于隔热层的外表面有利于减缓服装系统最内层界面(服装舒适层与皮肤之间)的温度上升速度，减小到达皮肤表面的热流量，延长皮肤达到二级烧伤的时间，有效增加消防服的热防护性能TPP值。
消防员长期在火场外围进行灭火作业，人体处于高热负荷状态，经检测，服装内层与人体皮肤间的空气层温度一般不会低于40℃，若选用相变温度低于40℃的相变材料，此时相变材料均已经吸热熔解，而当消防人员遭遇突发轰燃火灾时，已经发生相转变的相变层根本发挥不了其大量吸热而抑制温度突变的作用。同时，相变点的变化对皮肤表面温度升高的影响具有明显差别，较高的相变点对应着较低的升温速率，这意味着较高的相变熔点有着更好的防护性能，这是由于皮肤起始温度和相变材料的相变熔点相差不大，在短时间内皮肤温度上升到相变熔点值，相变熔点越高，相变状态改变稍迟，其相变潜热作用在受热的后一段时间内表现得越充分，另外，相变材料相变温度越高，其相变持续时间越长。智能消防服相变温控装置主要作用是突发轰燃火灾时抑制温度突变，经反复进行热防护性能TPP试验，选用相变温度56℃的卤代石蜡相变材料，在恶劣的高温强热流试验环境下，按照1.65m2人体表面积使用330g相变材料，使用相变温控装置与不使用该装置的消防服相比，皮肤达到二级烧伤的时间延缓80s以上，大大改善了消防服的热防护性能。国内首创在消防服防水透气层和隔热层之间采用封装于微胶囊中的有机相变材料，利用高相变温度相变材料的潜热在突发轰燃火灾时发生固-液态可逆相态转变，抑制温度突变，延缓皮肤烧伤。
3.结语
该项目成果已经转化为批量产品生产，应用于危险化学品企业、森林矿山安全生产和武警消防一线。项目经应用实践表明，在危险作业环境下，该智能温控身份识别消防服能有效实现突发轰燃火灾时自动抑制温度突变、高温时自动循环制冷降温、缺氧时自动检测报警含氧量、抢险时自动识别消防人员身份信息、发送消防员位置等智能化功能。应用效果证明，与传统消防服相比，该项目成果具有先进性、兼容性、可扩展性、可靠性、稳定性和智能化特点，穿着舒适性显著增强，安全防护功能由被动型向智能型飞跃，安全防护水平得到显著提高。
参考文献
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