基于正压防护服的智能控温技术探讨.pdf

45石材2023年9 期SHICAI应急救援基于正压防护服的智能控温技术探讨周婕怡，王莹，高语声，邓孟夺，刘辉（吉林建筑大学应急科学与工程学院，吉林长春13 0 118）摘要：利用防护服与送气式正压技术融合，研究使用人员与防护服的人机关系与防御机制，以改善传统防护服长期使用后形成的内外温度差与压强差造成的不适感。通过分析现场人员穿戴防护服的不同时长条件，包括暴露不同温度环境、不同压强环境等，对比正压生物防护服的性能参数，分析安全事故预警的信息需求，进而采用智能化手段实现对正压防护服的改进，实现人机之间点对点衔接、技术上点对面的扩充。研究表明：该新型智能化防护服可通过处理和改变穿戴者穿戴时服饰内部的温度与力强度，提高现场安全程度与工作效率，从而达到确保现场工作人员的工作安全、提高工作满意程度的目的。关键词：防护服；正压；智能控温；蓝牙引言在向第二个百年奋斗目标前进路上，疫情的传播与爆发成为阻碍我国奔向全面建设社会主义现代化国家的重要因素，并呈现出频率高、传播快的发展趋势，对社会安全稳定带来了较大危害。当疫情突然爆发，高效的疫情防控是唯一可以抵御疫情扩散，并减小危害后果的有力措施。疫情防控工作及时得当，就能最快速度救助受灾人群，很大程度上减小突发公共事件带来的灾害，有效降低灾害造成的损失。反之，疫情防控工作开展不力，贻误时机或方法错误，则有可能产生疫情防控风险移变，导致灾难升级与扩大化，为整个社会带来极大危险和损害，甚至可能会演变为一场全社会的公共危机。项目实施的目的是在传统的医用防护服的基础上，与智能控温技术、全身式正压等技术融合，完善现存条件的不足。传统医用防护服分为多段式与连体式两种，穿着过程复杂，有多处存在与外界接触的风险，穿戴时间过长造成防护服内外温差变化，使得穿戴人员体感不适，从而作业困难，是诱发事故的不安全因素。此外，环境差异、温度变化限制穿着人员进行任意动作与作业。市场上的传统医用防护服质量、价格参差不齐。随着智能化的普及以及时代节奏的加快，以更加智能的方式提高工作效率，保障人们自身安全环境。当前，正压生物防护服的关键技术研究已经取得了长足的进步，其基础装备为正压成形装备，有压缩气源式和驱动送风式两种。此外，研究人员还发现，通过利用导电纤维和包层材料等，可以实现对温度、气体等的实时监测，并将数据实时传输到手机屏幕等电子设备上，从而实现远距离的监控，为医疗保健提供了可靠的保障。通过智能控温，我们可以实现更高效的生活。笔者拟通过基于传统防护服穿戴时长与温度、压强的关系，温度差别对人体状态的影响，压强差别对人体状态的影响，记录防护服胸部压力表并显示内部正压值，以及设置温度传感器记录并传输数据信息，不同时段检测是否在合理范围，在服装材料、服装舒适性、附加装置等方面进行改进。另外采用精准控温技术对智能防护服内部进行温度控制。针对传统医用防护服不透气，穿着闷热对于医护人员体能消耗巨大等特点研究出该智能控温控压防护服，调节服装内部气温气压。1传统防护服的不足疫情暴发，各院医护工作人员在第一线奋力拼搏。随着时间推移与各层面人士的努力，疫情得到有基金项目：吉林省大学生国家级创新创业计划项目基于正压防护服的智能控温技术研究作者简介：刘辉（19 7 9 一），男，吉林梨树人，硕士，副教授。主要从事系统安全理论、行为安全和建筑安全研究STONE2023No.946STONE应急救援石材效控制。随着定点核酸的普及，防护装已经成为大众关注的焦点。其中，连体式和分身式防护服是最常见的款式。连体位防护服可以有效阻隔内外部空气流动，从而防止医护人员感染病毒，但是由于其密封性较高，穿戴时会出现闷热、不透气等提问。尽管分身式保护服在穿脱和身体活动方面具有便利性，但它们在防护密闭性方面仍存在不足。对比海外，目前医用防护服的发展较慢，但近年来发展，面料也从传统材料转向新型材料，工艺技术也在不断提升，但仍有许多改进空间。（1）防护服材料造成穿戴不适。目前，市面上采取的医疗保护服主要由覆膜的PP纺粘非织造布制成，但这种材质自身的吸湿性和透水性不佳，因此在抗击新冠肺炎病毒疫情时期，医护人员需要穿戴这种材质来应对大量的工作量和排汗量，同时还需要佩戴口罩和护目镜，这会造成穿戴者的湿热性和透气性体验不佳。（2）防护服的安全密闭程度不够。尽管医疗防护服采取压胶粘贴工艺技术加以封边，但是由于手套和脚套中间存在空隙，以及医护工作者反应手套脚套容易滑脱的现象，使得他们的安全无法得到有效保障。此外，市面上广泛使用的医疗防护服前门襟拉链外侧仅有一个双面胶用来密闭，也不能有效地保护穿戴者的安全。（3）长时间穿戴容易导致穿戴者视听感官弱化，温度变化差异与呼吸受阻使得穿戴人员身体疲劳加剧，有受伤晕倒的可能现象产生。影响工作效率的同时，危害到工作人员的身心健康。2正压防护服的选择研究团队选择了动力送风式保护服作为研究对象，因为它具有更好的可移动性和便携性。相比之下，加压空中输送型保护服则需要借助空气压缩机将空气压人压力容器，然后经由气流滤清器、稳压阀等设备处理，以获得稳定的压力，最后由软管将输送到保护服内部。尽管采取传统的软管连接集中式输送和自带压缩气瓶的方法可以满足穿戴者的需求，但是由于软管尺寸、加压气瓶容量以及运动幅度和运行时间的局限，使得穿戴者无法获得最佳的保护效果。因此，动能送风式正压防护服应运而生，它使用小型化便携式驱动送风系统，由发动机、燃料电池、空气过滤器和控制模块组成，可以供给洁净清新的气流，构成正压环境保护，从而保障穿着者的健康。动能送风式正压防护服具有极大的灵活性，它不受软管长短和气源位置的制约，可以有效排出湿热气流，使穿着者拥有更舒适的体验，这是因为它可以建立稳定的正压环境保护，从而让穿着者拥有更多的活动空间。选取空气过滤器为动力送风过滤式呼吸器（PAPR）。PAPR的使用者能够根据环境状况、工作需要及生物安全防护级别，选择与之相对应的颗粒物过滤组件，同时，由于PAPR的能自动根据空气密度对空气流量进行修正，使得不仅在平原地区，而且也能适用于高海拔区域，对于环境的选择没有过度限制 2。由实际差异分析，得到动力送风式防护服和传统防护服的使用对比，见表1。采用微正压技术，穿戴者几乎不会受到呼吸阻力的影响，同时也可以有效避免头罩内部出现雾气，使得面屏更加清晰，操作者的视线也更加清晰；此外，搭配的送风头罩佩戴起来也更加舒服，便于测试技术人员的使用。在口罩外添加防护面具，使用者容易使用不当导致面罩起雾，阻碍视线。表1动力送风式防护服和传统防护服的使用对比对比动力送风式防护服口罩+防护面罩压力正压、呼吸阻力小负压、呼吸阻力大戴眼镜或胡须浓密者可以戴眼镜或胡须浓密者不宜适用人群使用，无法穿戴负压式口使用；无法穿戴负压式口罩的人群也可以使用罩的人群不能使用使用频率可重复使用内置一次性使用舒适程度穿戴舒适长时期穿戴勒痕严重为了满足YY/T1799-2020可重复使用医用防护服技术要求，团队采用三层结构设计，既能提升穿戴舒适度，又能保证安全性。为此，我们选择了阻燃腈纶纱线织造的布料作为防护层，并在其中间加入了合适孔径的PTFE（PT FE）膜，最后再将涤纶织物作为内层。3基于正压防护服的智能控温技术介绍该防护服在智能控温方面基于智能控温服技术的研究，将电子装置与服装相结合，将温度传感器、供SHICAI应急救援材热技术、蓝牙通信技术等技术进行系统的搭建。通过实时监测防护服的温度，并将其存储和反馈给主控芯片，经过精确的分析处理后，基于温度传感器，根据用户的需求，实现对防护服的供热3.1温度传感与供热技术通过搭建体感传感器，我们可以实时监测人体的温度和其他体态信息背部设备的结构组装如图1所示。当工作人员穿上新型防护服时，智能控温的温度传感器就会实时监测用户的温度，并对采集到的数据进行分析处理。选取DS18B20作为温度传感器，其测温范围在6 7 F在2 57 F之间。采用CF发热片作为供热技术的新型材料，拥有出色的电热转换性能，可以提供足够的供热量，而且还具备良好的耐高热、耐腐蚀性、耐火等特点。此外，布状式炭纤维发热片可以有效地散发热量，从而确保的安全使用 3 。系统本体透风口内部PAPR呼吸器软管蓝牙模块与内部单片发热片按键显示屏图1背部设备的结构组装图3.2蓝牙通信技术本系统采用数字单片机当作主控制器，高温感应器当作收集装置，将高温数据传输至机器人，机器人经过处理后，将数字转换成相应的高温值，进而达到对周围环境高温的实时监测和管理。通过直观的方式，我们可以更清晰地了解气温的变化情况。基于体感器和单片机的搭建，智能温控系统可以实时检测人体体态信息，并将其透过蓝牙传输到手机App中，当用户穿上温控服后，智能温控系统就会自动采集、处理和分析传感器信号，并将其存储在移动设备中，以便随时反馈用户的温度变化。根据对收集的数据结果与预先设定的正常值加以对比，如果发现超出临界值，就需要采用供热技术来调节发热片的发热功率，以达到让人体感受到舒适的温度。由于这个模块组合是支持串口通信操作的，因此可以利用单片机自带的串口控制功能来控制蓝牙模块，从而使蓝牙模块实现蓝牙初始化、备用、启动数据传输等一系列命令 4 。信息传输流程如图2 所示。此外，还可以将温度值经过串口发送给蓝牙模块，最终由蓝牙模块将温度值发送到移动设备上，而移动设备端需要打开蓝牙，在App里面找到该蓝牙的名字，完成对应的连接，以完成周围环境体温的实时监测和管理。利用无线技术，我们可以实时监测周围环境体温并进行数据传输。输出显示模块温度采集模块单片机控制无线蓝牙传输模块图2蓝牙系统设计4结论1）研究新型智能防护服从正压控温的角度出发，弥补传统防护服的不足，对防护服的物理性能、防护性能、耐洗小性能和抗菌性能等进行检测。2）针对当前面临的挑战，提出了一种全新的思路，在智能控温技术方面采用多种模式控温方式相结合，结合实际提出了解决方案，保证了高精度的控温效果，推动了其发展。3）研究重点在防护服智能控温正压技术方面的研究，在防护服面料材质方面已进行了初步探讨，有望进一步改善，尽量减少降低该防护服的笨重和穿着不适感，在未来仍需要进行深人研究。4）所研究的防护服适用范围有限，未来拓展防护服的适用范围，并能够使其在应急救援、防尘搜索工作中运用。参考文献1周珣,吴洪兵,邬佩瑶.疫情背景下供气型正压医用防护服的研究与设计DJ.黑龙江科学,2 0 2 2,13（16）：2 2-2 4.2王共飞,查涛,王毅,王斐.动力送风过滤式呼吸器在新型冠状病毒核酸检测中的应用D.职业卫生与援,2 0 2 0,3 8（0 5）：53 6-53 8.3李奠,胡立夫,高铭悦.一种多功能智能控温服设计D.中国科技信息,2 0 2 1（0 1）：4 5-4 6.4朱金龙,刘桂玲,陶伟唯.基于单片机和无线蓝牙的温度监测系统的设计D).信息技术与信息化,2 0 2 1（0 4）：18 4-18 6.石材2 0 2 3 年9 期47