减少热蓄积的消防服开发及其性能评价

苗 勇，李 俊

(1.河南科技学院，河南 新乡 453003；2.东华大学 功能防护服装研究中心，上海 200051； 3.现代服装设计与技术教育部重点实验室(东华大学)，上海 200051)

减少热蓄积的消防服开发及其性能评价

苗 勇1，李 俊2,3

(1.河南科技学院，河南 新乡 453003；2.东华大学 功能防护服装研究中心，上海 200051； 3.现代服装设计与技术教育部重点实验室(东华大学)，上海 200051)

通过实地调研分析了现役消防服的现状，针对消防员火场外作业人体热蓄积过多的问题，设计开发了一套具有通风口的新型服装。对比通风口开启和关闭2种状态的人体主观和客观数据，运用配对样本T检验进行分析。结果表明：在人体舒适性方面，通风口开启状态比关闭状态下可以使心肺功能数据中的心率等数据明显降低；使衣下温度，尤其是后背和腋下部位的温度明显降低；使衣下湿度，尤其是前胸和腰部的湿度明显降低。

消防服；通风口；配对样本T检验；热蓄积

消防战斗员灭火服装是一种耐高温的防护服。目前我国使用的消防服结构设计要求是依据GA10—2014《消防员灭火防护服》标准制定的，主要分为4 层，依次为外层、防水透气层、隔热层和舒适层。在开发研制消防员战斗服时，目前通常以如何增强隔热性能为目的，但是隔热性能提高的同时，服装也具有了很高的热阻，影响了消防服的透湿性，限制了人体出汗所释放的潜热[1-3]。

现代消防服不仅要考虑服装的防火性，也要兼顾服装的热舒适性[4-6]。据调查，由于消防器械的发展，在更多场合下消防员不需要直接进入火场内部，可以在火场外使用水枪等进行灭火工作。每年都有许多防火人员死于由于热压导致的心脏病等，而不是由于被火烧直接致死[7]。这是由于消防员作业过程中，环境产生的热量加上自身新陈代谢产生的热量形成极度的热环境。如果不能及时散热，容易造成过度热蓄积而对消防员身体造成伤害[8]。因此，如何使消防服在火场中保护人体，既不降低现有消防服的防护性，又能在保证火场外将由于作业或运动产生的大量热蓄积及湿热蒸汽散发出去，从而如何提高现有国产消防服的热湿舒适性能，降低消防员生理荷载和心理的不舒适感，保证消防员更加专注地完成救援任务，提高作战效率，减少消防员受到的伤害[9-10]，成为了本文重点研究的问题。

1 新型消防服的设计研发

1.1 消防人员调研

为更加详细、全面地了解消防员灭火防护服的功能和消防员的需求以便于对现行消防员灭火防护服进行改进，本文对消防员进行了一次问卷调查，其中上海市徐汇区公安消防支队59人，河南省新乡市公安消防支队红旗区大队7人。在调查的66人中，消防员有48人。调查结果分析如图1所示。

1.1.1 热感觉主观评价

从主观评价调查结果发现：现有消防服在冬季穿着基本舒适；在春季和秋季工作前无大量运动的时候也基本舒适，但在工作中和工作后显示出散热不好的缺点；夏季，在不运动的状态下，消防服的散热已经不足，在工作中和工作后，人体感觉很热，说明现有消防服的散热在夏季严重不足。

1.1.2 常用动作分析

在研究开口设计位置时，图2示出消防员工作时常用动作的频数。由图得知，前伸和弓步2个动作出现的频数最多。这2个动作有一个共同点：手臂处于前伸的状态，说明服装腋下开口散热，在工作中，可以不被遮挡，有助于散热。基于这些原因，本文将在上衣腋下和裤子两侧设计开口位置。

1.1.3 易水湿部位调查

表1示出消防服易被水湿部位的频数。由表可知：最容易水湿的部位依次为裤脚、袖口、前胸、后背和膝盖；最不易水湿的部位依次为腋下、裤裆、裤腰、领子、臀部和下摆。由此可见，消防服的开口设计在腋下是最不易湿的部位，有实验表明，人体运动后产生的热蓄积首先出现在后背，然后是前胸[11]。基于以上原因，兼顾防水和散热2个因素，将服装上衣开口设计在腋下，裤子开口设计在大腿两侧，并且服装穿着中上衣开口和裤子开口不重合。

表1 消防服易被水湿部位频数Tab.1 Investigation of positions susceptible to moisture on firefighter′s clothing

1.1.4 穿着情况调查

调查对象是全体消防员，调查结果是：一直穿着的频数为0，工作穿着和中途穿着的频数分别为48和4，其他情况为0。在有效问卷中显示绝大部分消防员是一接到灭火命令就开始穿着消防服，到任务结束后才可以脱下。这主要是因为：消防服穿着的特殊性，消防服除了防火外，还要防水，在火场外也需要穿着；消防服是消防员的身份标志。因此，如何提高消防服舒适性，减少热蓄积，是一个急需解决的问题。

1.2 消防服样衣制作

正样设计的服装面料按照国家安全行业标准GA 10—2014规定，采用的面料为100%阻燃棉布，斜纹结构，经纬密度分别为126、87根/10 cm，面密度为280 g/m2。辅料采用阻燃粘胶和聚四氟乙烯防水透气薄膜做内胆材料，阻燃网眼布做服装开口设计的材料，阻燃材料Nomex基布的拉链和阻燃缝纫线等。正样实验服装信息如表2所示。

表2 正样实验服装信息表Tab.2 Information of final experimental clothing cm

消防服款式如图3所示。在服装的两侧腋下开有通风口，可以开启和关闭，这个装置利用一个口袋盖的形式来实现。袋盖内有黏合扣，可以黏合在衣身上将通风口关闭；袋盖的外面有金属揿扣，通风口打开时，袋盖可以靠揿扣固定，以保持通风口的敞开。通风口里面有用防火网眼布，可以起美观和遮挡视线的作用。在裤子的两侧开有通风口，可以开启和关闭，且穿着中与上衣的通风口不重合。袋盖内缝合有内胆所用的隔热层、防水层材料，与原有消防服相同，从而使通风口关闭后防护性不降低。

2 着装实验

2.1 受试者

选取6名健康男性大学生为受试者，身高为(169±4)cm，体重为(61±5)kg，年龄在21～26岁之间。在实验前对受试者进行了介绍，使他们了解了服装的基本结构和穿着方法，并熟悉热湿感觉和服装穿着感觉等级描述的含义，便于正式实验时正确理解和主诉其舒适等级。

2.2 实验环境及设备

实验环境为东华大学人工气候仓，其环境条件为：温度(21±2)℃、湿度(65±3)%。实验仪器有：心肺功能测定系统Metalyzer、温湿度计、无氧功率自行车等。

心肺功能测定仪可以通过电脑系统将人体热湿感觉用各种生理温热指数表达出来，借助于各种非生理参数将舒适性要求体现在服装产品设计上，从而为服装设计加工、服装材料优选等提供理论参考。

2.3 实验过程

每次测试1名受试者，受试者进入实验室后静坐15 min，使其适应实验室的环境。受试者在服装开口全部开启状态下运动，连接心肺功能测定仪，以15 km/h的速度在自行车健身器上运动10 min，记录结果。休息10 min，在服装开口全部关闭状态下重复以上实验，记录结果。实验过程见图4。

通过分析CO2呼出量、通气量、心率这3个指标，来综合评价这套服装的2种状态对生理指标的影响。运用配对样本T检验对每个指标2种状态的数值进行分析，显著性水平设置为0.05[11]。

3 实验结果分析

6名受试者在服装通风口开启和关闭2种状态下进行2次实验，用心肺功能仪记录结果。由于3 min以后各项数值趋于稳定，因此，选取4～9 min时6个时间的生理数据作为分析对象，以保证实验结果的正确性，测试结果见表4。

3.1 心肺功能测量仪测量结果

从表4可知，在服装通风口完全打开的状态下，CO2呼出量、通气量、心率的均值明显小于服装通风口完全关闭的状态。

表4 心肺功能仪实验数据Tab.4 Experimental data of oxycon

对CO2呼出量的数值进行分析，计算的统计量t=-5.239，95%的置信区间为(-1.857,0.497)。t∉(-1.857,0.497)，因此拒绝原假设H0，表明2组CO2呼出量的数值存在显著差异。

同样可以分析得出服装通风口完全打开和服装通风口完全关闭2组数值在通气量、心率方面都存在显著性差异。说明在通风口完全打开的状态下，这3个量都明显低于通风口完全关闭的状态。从而说明服装的通风口设计可使人体的舒适性显著提高。

3.2 温度变化分析

表5示出2种条件衣下温度上升幅度的对比。与表4的分析方法相同，通过分析可知，服装通风口完全打开的状态下，身体5个部位(测量位置为膻中、身柱、极泉、下丹田、三阴交等穴位部位)衣下温度上升幅度的平均值都小于关闭状态，并且后背与腋下的数值存在显著差异。说明通风口能显著降低后背和腋下的衣下温度。

3.3 湿度变化量分析

表6示出2种条件下衣下湿度对比。通过分析可知，服装通风口完全打开的状态下，身体5个部位湿度上升的值都小于关闭状态，尤其是前胸与腰部的数值存在显著差异。说明这2个部位的湿度上升幅度与原来相比有明显下降，即通风口具有散湿的作用。

表5 衣下温度变化量分析Tab.5 Analysis of temperature change under clothing

表6 衣下湿度变化量分析Tab.6 Analysis of humidity change under clothing %

4 结 论

本文设计了一种带有通风口的消防服，当消防员在火场内高温环境中关闭通风口时，其可以防止环境高温进入人体；当消防员在火场外实施灭火工作时，其可以开启通风口增加散热。实验结果表明：运动前后，心肺功能仪所测的3个数据明显降低；人体后背与腋下的衣下温度比原有服装明显降低；人体前胸与腰部的衣下湿度明显降低。由此说明，带有通风口的服装可降低人体的热蓄积，消防服的舒适性有所改善。

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

国家自然科学基金项目(51576038); 人因工程国家重点实验室开放课题(SYFD150051812K);中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(15D110735/36)

苗勇(1977—)，男，硕士生。研究方向为服装材料与服装舒适性。李俊，通信作者，E-mail:lijun@dhu.edu.cn。

TS 941.17

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