Effects of multiple air gaps on the thermal performance of firefighter protective clothing under low-level heat exposure

Abstract

The thermal performance of firefighters' protective clothing entrapping multiple air gaps and exposed to low heat fluxes has been studied using a newly designed bench-scale test apparatus. Different air gap sizes (0, 2 and 5 mm), and entrapped positions within the multiple fabric system between the outer shell, the moisture barrier, and the thermal liner, respectively, were investigated at three levels of thermal radiation (2, 5 and 10 kW/m2) over a prolonged period. The effect of air gap size and its position on the heat transfer in a multilayer fabric system are interpreted in terms of a theoretical flat multi-wall structure. The results show that the thermal protective performance of a multilayer fabric system is reduced under low-level heat flux with and without an air gap. It is indicated that the time for skin to burn in direct contact with the inner layer is increased with the size of the air gap, due to an increase in the total thermal resistance of the fabric combination and a decrease in heat radiation between two adjacent fabric layers separated by an air gap. The results also provide an insight into the contribution of the thermal resistance of each fabric layer and each air gap to the overall protective effect of the clothing system. The difference in the received heat flux with different air gap sizes in different positions shows that the effect of air gap size is related to its position.

Quantitative investigation of air gaps entrapped in multilayer thermal protective clothing in low‐level radiation at the moisture condition

“…The analogy of thermal resistance for the heat transfer with a multilayer flat wall was used to analyze the effects of air gap size and its position. However, these previous studies put emphasis on the qualitative analysis of the different air gap sizes at the dry condition .…”

Termal Koruyucu Giysilerin Koruma Performansı Üzerinde Hava Boşluklarının Etkisi

“…Song ve diğerleri (2011) yapmış oldukları çalışmada katmanları içerisinde hava boşlukları bulunan kumaşlarda fazla termal enerji depolandığını ve hava boşluklu kumaş sistemlerinin termal riske maruz kalma sonrası sıkıştırıl-masının deri yanıklarını arttıracağı sonucuna ulaşmışlardır [53]. Termal koruyucu giysi giyen itfaiyeciler normal, tehlikeli ve acil durum çalışma koşullarında farklı çevre sıcaklıkları ve farklı seviyede termal ışınıma maruz kalabilmektedirler [32,41,55]. Literatürde yer alan birçok çalışmada her ne kadar tehlikeli ve acil durum çalışma koşulları için giysilerin koruma performansları araştırılmış olsa da, itfaiyeciler normal koşullar altında çalı-şırken de termal risklere maruz kalmaktadırlar [55].…”

“…Termal koruyucu giysi giyen itfaiyeciler normal, tehlikeli ve acil durum çalışma koşullarında farklı çevre sıcaklıkları ve farklı seviyede termal ışınıma maruz kalabilmektedirler [32,41,55]. Literatürde yer alan birçok çalışmada her ne kadar tehlikeli ve acil durum çalışma koşulları için giysilerin koruma performansları araştırılmış olsa da, itfaiyeciler normal koşullar altında çalı-şırken de termal risklere maruz kalmaktadırlar [55]. İtfaiyeciler normal koşullarda çalışırken düşük seviyede termal ışınıma (5-20 kW/m 2 ) maruz kalmakta, kişilerde deri yanıkları ani yanma durumuna göre daha az olmakta ve uzun sürede oluşmaktadır [33].…”

“…Çalışma sonucunda düşük seviyedeki ışınımlı akış altında hem hava boşluklu hem hava boşluksuz kumaş sisteminin termal koruma performansının azaldığı belirlenmiştir. Bunun yanı sıra iç katman ile doğrudan temasta derinin yanması için geçen sürenin hava boşluğunun boyutlarındaki artış ile arttığı, bu duruma kumaş sisteminin termal direncindeki artış ve hava boşluğu ile ayrılan iki bitişik kumaş katmanının arasındaki ısı ışınımının azalmasının neden olduğu belirtilmiştir [55].…”

Analysis of Moisture Evaporation from Underwear Designed for Fire-Fighters

“…Data obtained over the years show that most burn injuries sustained by fire-fighters occurred in thermal environments with low radiation level (classified as routine or hazardous conditions), as a result of prolonged exposure [12][13][14]. So far, almost all the studies on thermal protective performance were conducted for high-level radiant heat flux corresponding to the emergency conditions; only a few studies have been conducted on thermal protective performance with prolonged exposure to hazardous conditions; and no studies have been found for the moisture influence on heat transfer through thermal protective clothing under routine conditions.…”