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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
防護服の主な機能は、危険から身を守り、着用者の健康と快適さを維持することです。さらに、熱と炎に対する防護服は、極端な環境条件下での着用者の健康リスクや生命を脅かす熱ストレスさえも防ぎます。現在の規格では、熱や炎に対する防護服の保護特性に関する要件が定められています。しかし、衣服の防護性が高くなるほど、人体からの熱の放散は少なくなります。消防士は任務中に代謝率が 500 W/m 2以上に達します[ 5] [ 6] 。そのうちの 75 ～ 85% は熱として放出され[ 7] 、深部体温の上昇を避けるために体温調節プロセスによって人体から放散する必要があります。熱放散が制限されない場合、人体は体温を 36.5 °C から 37.5 °C の範囲に維持できます (正常体温) [ 8] 。しかし、過酷な環境条件や防護服により熱放散が制限されている状況では、人体は深部体温を正常体温内に維持できず、熱ストレスに悩まされます。作業パフォーマンスは徐々に低下し、深部体温がさらに上昇すると生命を脅かす可能性があります[ 16] 。高強度の身体活動中の熱ストレスのリスクを軽減するには、防護服が人間の体温調節と熱ストレスに及ぼす影響についても評価する必要があります。
熱生理学的影響の評価にはさまざまなアプローチが存在します。一方で、布地サンプルの耐水蒸気性R et や断熱性R ctなどの確立された標準パラメータは、温度調節の影響に関して考慮されます。ただし、これらのパラメータは防護服の実際の影響を完全に反映しているわけではありません。たとえば、湿気管理特性や、熱と湿気の伝達の複合効果は考慮されていません。一方、人間を対象とした試験では、特定の環境条件や防護服の組み合わせに対する実際の熱生理学的反応が明らかになりました。ただし、この方法論の結果は、材料サンプルの固有の特性を参照するだけでなく、衣類のデザインや衣類内に閉じ込められた空気層にも影響されます。さらに、ヒトを対象とした治験は非常に時間と費用がかかり、倫理ガイドラインによって制限されており、含まれる参加者の集合体に関連した結果が得られます。したがって、研究室間の再現性は制限される可能性があります。サーマルマネキンの使用により、人間を対象とした試験の制限が克服されます。人間を対象とした試験に関しては、全身マネキンにより、デザインやフィット感を含む既製の防護服に関する調査結果が得られます。したがって、固有の材料特性を特定することは依然として困難です。
衣服の固有の特性に言及し、熱と湿気の伝達の組み合わせを考慮した方法論は、発汗胴体です[ 9][10] 。発汗胴体デバイスは、発汗能力を備えた、人間の体幹の表面を表す直立した加熱シリンダーです[ 11] 。衣類サンプルは、発汗した胴体にサンプルを巻き付けることによって調査されます。乾式断熱、乾式および湿式熱伝達、および乾燥特性を測定するために 3 つのフェーズが実行されます。発汗胴体からの所見は、発汗ガード付きホットプレートなどの標準的な方法論で検証されており、再現性が高いことが示されています[ 11] 。さらに、人間の熱生理学的測定値を、現実的な環境条件および消防士の活動下での発汗胴体の所見と関連付ける検証研究が行われています。この知識に基づいて、熱生理学的反応に基づく繊維固有の特性に関するガイドラインが提供されます。上記の標準的な手順に加えて、下着、空隙、および/または設計上の特徴を含む、より複雑な防護服システムの影響は、この文書で説明されているのと同じ実験プロトコルをオプションで適用して調査されます。
Introduction
The main functions of protective clothing are protection against hazards and maintenance of health and comfort for the wearer. Furthermore, protective clothing against heat and flame prevents the wearer from health risks or even life threatening heat stress in extreme environmental conditions. Today’s standards provide requirements for the protective properties of protective clothing against heat and flame. However, the higher the protective properties of such clothing, the less the heat originating from the human body is dissipated. Firefighters reach metabolic rates above 500 W/m2 during their work[5][6]. Thereof 75-85 % is released as heat[7], which has to be dissipated from the human body by thermo-regulative processes to avoid an increase in body core temperature. If heat dissipation is not restricted, the human body is able to maintain its temperature in the range of 36,5 °C to 37,5 °C (normothermia)[8]. However, in harsh environmental conditions and/or in situations of restricted heat dissipation due to protective clothing the human body is not able to maintain body core temperature within normothermia and suffers from heat stress. The working performance is gradually reduced and any further increases in body core temperature can become life threatening[16]. To reduce the risk of heat stress during high intensity physical activities, protective clothing should additionally be assessed with regard to its impact on human thermoregulation and heat stress.
Different approaches exist for the assessment of thermo-physiological impact. On the one hand, established standard parameters such as water vapour resistance, Ret, and thermal insulation, Rct, of fabric samples are considered with regard to thermo-regulative impact. However, these parameters do not fully reflect the real impact of protective clothing; for example, moisture management properties and the combined effect of heat and moisture transfer are not considered. On the other hand, human subject trials reveal real thermo-physiological responses for a specific environmental condition and protective clothing ensemble. However, the outcome of this methodology does not only refer to the intrinsic properties of material samples but are influenced also by the design of the clothing and trapped air layers within the clothing. Furthermore, human subject trials are very time consuming and expensive, constricted by ethical guidelines and provide findings related to the collective of participants included. Thus, reproducibility between laboratories might be limited. The use of thermal manikins overcomes the limitations for human subject trials. As for human subject trials, full body manikins provide findings on ready-made protective garments including design and fit. Hence, the attribution to intrinsic material properties remains difficult.
A methodology referring to intrinsic clothing properties and taking into account combined heat and moisture transfer is the Sweating torso[9][10]. Sweating torso device is an upright standing heated cylinder, representing the surface of a human trunk, with the ability for perspiration[11]. The clothing sample is investigated by wrapping specimens around the sweating torso. Three phases are run to measure dry thermal insulation, dry and wet heat transfer and drying properties. Findings from the Sweating torso have been validated with standard methodologies, such as sweating guarded hotplate, and were shown to be highly reproducible[11]. Furthermore, validation studies have been conducted to relate human thermos-physiological measurements to Sweating torso findings under realistic environmental conditions and activities for firefighters. Based on this knowledge, guidelines are provided for intrinsic textile properties based on thermo-physiological responses. In addition to the standard procedure described above, the impact of more complex protective clothing systems including underwear, air gaps and/or design features is investigated optionally applying the same experimental protocol described in this document.