CC BY
5
УПРАВЛЕНИЕ В ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ (ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ) MANAGEMENT IN ORGANIZATIONAL SYSTEMS (TECHNICAL)
УДК 614.842.68
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА АККУМУЛЯЦИИ ВНУТРЕННЕГО ТЕПЛА НА ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГАЗОДЫМОЗАЩИТНИКОВ
1 1 2 Б. Б. ГРИНЧЕНКО , Д. Ю. ЗАХАРОВ , В. В. ТЕРЕБНЕВ
1
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново,
2
Академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Москва E-mail: grinchenko.borya@mail.ru, mr.dmitriyzakharov@mail.ru, terebnev_v@mail.ru
В статье произведена оценка влияния аккумуляции внутреннего источника тепла на процесс восстановления газодымозащитников после выполнения работы. Результаты получены в ходе экспериментального исследования, которое подразумевало бег на беговой дорожке с заданным режимом скорости. После получения массива данных была произведена их обработка путем применения математического аппарата, который включал в себя следующие методы исследования: оценка достоверности по критерию Стьюдента, однофакторный дисперсионный анализ по критерию Фишера, а также графическая визуализация данных в виде графика рассеивания эмпирических значений временных параметров восстановления газодымозащитников.
В ходе исследования авторами было установлено, что фактор снижения аккумуляции внутреннего источника тепла посредством снятия куртки боевой одежды пожарного оказывает непосредственное влияние на процесс восстановления газодымозащитников при выполнении мышечной работы. Таким образом, полученные результаты могут быть использованы лицом, принимающим решение, для рационального распределения сил и средств в ходе тушения пожара при чередовании напряженной работы звеньев газодымозащитной службы с периодами отдыха.
Ключевые слова: газодымозащитники, режимы работы, восстановление, накопление тепла.
INFLUENCE OF THE INTERNAL HEAT ACCUMULATION FACTOR ON THE PROCESS OF RESTORATION OF FIRE FIGHTERS
1 1 2 B. B. GRINCHENKO , D. Yu. ZAKHAROV , V. V. TEREBNEV
1
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education
«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo,
2
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «State Fire Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense,
Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Moscow E-mail: grinchenko.borya@mail.ru, mr.dmitriyzakharov@mail.ru, terebnev_v@mail.ru
The article considers the influence of the accumulation of an internal heat source in the process of restoring firefighters after the work has been completed. The results were obtained in the course of an experimental study, which involved running on a treadmill with a given speed mode. After receiving the data array, they were processed by using a mathematical apparatus, which included the following research methods: reliability assessment by Student criterion, Analysis of variance (ANOVA), as well as graphical visualization
© Гринченко Б. Б., Захаров Д. Ю., Теребнев В. В., 2023
5
of data in the form of a scatter plot of the empirical values of the time parameters for the recovery of firefighters.
In the course of the study, the authors found that the factor of reducing the accumulation of an internal heat source by removing equipment from firefighters has a direct impact on the recovery process when performing muscular work. Thus, the results obtained can be used by the decision maker for the effective distribution of forces and means in the course of extinguishing a fire when alternating hard work of firefighters with periods of rest.
Key words: firefighters, operating modes, recovery, heat accumulation.
Введение
Тенденция развития инфраструктуры больших городов зачастую сопровождается высокой плотностью застройки и увеличением общей площади зданий, которая таит в себе немалую опасность. Такая опасность проявляется в вероятности возникновения пожара на объектах с последующим его развитием до крупных размеров, о чем свидетельствуют данные, взятые на статистический учет1. При этом общая динамика крупных пожаров за последние пять лет (2017-2021 гг.) имеет нели-
нейную тенденцию (рис. 1а), которая сопровождается как снижением, так и ростом количества крупных пожаров, а причиненный ими материальный ущерб имеет устойчивую положительную тенденцию роста и исчисляется миллиардами рублей (рис. 1б).
Тушение крупных пожаров на объектах сопровождается сосредоточением сил и средств целого пожарно-спасательного гарнизона, а в исключительных случаях и с привлечением соседних гарнизонов.
а)
б)
Рис. 1. Статистика по крупным пожарам за 2017-2021 гг.
При этом одной из основных задач связанных с тушением таких пожаров, является снижение людских и материальных потерь на объектах экономики. Ключевой вклад в успех решения данной задачи вносит газоды-мозащитная служба (ГДЗС), где боевые действия по тушению пожара ведутся газодымо-защитниками в условиях воздействия опасных факторов пожара, одним из которых является - повышенная температура окружающей среды. Работа в условиях повышенных темпера-
1 Пожары и пожарная безопасность в 2021 году: статист. сб. Балашиха: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2022. 114 с.
тур, то есть внешнего источника тепла ведет к перегреванию организма, что впоследствии может сопровождаться тепловым ударом или получением ожогов различной степени тяжести, о чем свидетельствуют данные, представленные в работах [1, 2, 3, 4, 5].
За периодами работы и восстановлением работающих звеньев ГДЗС на крупных пожарах отвечает начальник контрольно-пропускного пункта ГДЗС (НГДЗС), который выступает в роли одного из лиц, принимающих решение. Необходимо отметить, что в процессе выполнения работ газодымозащитником происходит выделение энергии, которая впоследствии преобразуется в тепло. Такой фак-
тор можно отнести к внутреннему источнику воздействия. В результате высоких теплоизоляционных свойств боевой одежды пожарных (БОП) влияние на организм газодымозащитни-ка внешнего и внутреннего источника тепла, происходит его аккумулирование в подбоевоч-ном пространстве, в результате чего происходит ускорение процесса перегрева (утомление) организма. Такой процесс снижает уровень работоспособности газодымозащитников, что в свою очередь оказывает непосредственное влияние на их эффективность, и как следствие сокращается время работы в средствах индивидуальной защиты органов дыхания и зрения (СИЗОД) [6]. Об этом также свидетельствуют исследования зарубежных авторов, которые представлены в работах [7, 8, 9, 10, 11].
Таким образом, разработка способов увеличения продолжительности действий личного состава газодымозащитной службы при чередовании периодов напряженной работы с периодами восстановления, позволит наиболее эффективно решать задачи по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ в условиях непригодной для дыхания среды.
Цель исследования - оценка влияния аккумуляции внутреннего источника тепла на процесс восстановления газодымозащитников после выполнения работы. Учитывая актуальность рассматриваемой тематики, авторы ставили перед собой следующие задачи:
1. Определить значимость фактора аккумуляции внутреннего тепла в подбоевочном пространстве газодымозащитников при выполнении мышечной работы.
2. Определить способы восстановления газодымозащитников в периоды отдыха, после выполнения мышечной работы.
Методика и организация исследования
Вопросами в области исследования психофизиологической активности, уровня физической работоспособности, влияния тепла на организм пожарных и их работу в средствах индивидуальной защиты органов дыхания и зрения занимаются как отечественные, так и зарубежные исследователи. Например, в работах [1, 2] авторы выявили, наиболее уязвимые места в БОП, которые подвержены тем-пературно-влажностному режиму, а также разность температур в подкостюмном пространстве в результате воздействия открытого источника тепла между сухими БОП и подвергшихся намоканию в результате потооделения или попадания воды от работы пожарного ствола.
В работах [3, 4, 5] авторы исследовали теплофизические свойства пакетов текстиль-
ных материалов, использующихся при изготовлении БОП в зависимости от различного сырьевого состава, с возможностью дальнейшего моделирования температурных режимов многослойных пакетов материалов и тканей БОП.
Повысить эффективность и продолжительность действий пожарных в дыхательных аппаратах при тушении пожаров и выполнении аварийно-спасательных работ, а также применение средств повышения устойчивости пожарного к тепловой нагрузке за счет применения «теплопротектора» на основе биологических активных добавок (БАД) было рассмотрено в работе [6].
Вероятность получения тепловой травмы и снижения времени работы в результате аккумуляции внутреннего тепла при ношении различной защитной индивидуальной одежды с повышенными теплоизоляционными свойствами было рассмотрено в работе [7]. По результатам данного исследования снижение аккумуляции внутреннего тепла и как следствие повышение общего времени работоспособности можно достичь путем потребления холодной жидкости до и после выполнения работ, а также путем погружения кистей и предплечий рук в холодную воду.
Влияние курсов по управлению воздухом при работе пожарных в дыхательных аппаратах со сжатым воздухом была произведена в работе [12]. Результаты показали, что пожарные с меньшим весом, как правило, лучше управляют расходом воздуха из дыхательного аппарата и как следствие достигают более высокой эффективности при выполнении работы. Более того, управление расходом воздуха, является высоко аэробной задачей, при этом на протяжении всего тренировочного процесса достигается почти максимальная частота сердечных сокращений. Поэтому текущий показатель эффективности работы напрямую влияет на уровень работоспособности пожарных.
В работе [13] была исследована оценка влияния ношения дыхательного аппарата со сжатым воздухом совместно с БОП во время моделируемого сценария по выполнению спасательных работ на психофизиологические реакции и парасимпатическую реактивацию пожарных. Результаты показали, что эти условия вызывают более высокий сердечный стресс, чем тест на профессиональную пригодность, при этом дыхательный аппарат усиливает психофизиологические нарушения.
Однако в вышеизложенных исследованиях не проводили оценку влияния аккумуляции внутреннего источника тепла на процесс восстановления газодымозащитников после выполнения мышечной работы с точки зрения
восстановительных процессов, для возможности чередования звеньев газодымозащитной службы с периодами отдыха при затяжных пожарах.
Исследование проводилось в закрытом спортивном комплексе Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России, при температуре окружающей среды 25-28°С. В исследовании принимало участие 20 газо-дымозащитников в возрасте от 19 до 22 лет. Сценарий включал в себя выполнение работы - ускоренное передвижение на беговой дорожке с заданной скоростью 8 км/ч (рис. 2а). Продолжительность бега составляла 3 минуты. Выполнение упражнения сопровождалось с частотой сердечных сокращений (ЧСС) 166 ± 4 уд./мин. и расходом легочной вентиля-
ции 72 ± 8 л/мин. (11,6 ± 1,3 атм.). По окончании упражнения газодымозащитник выключался из СИЗОД с последующим его снятием и занимал удобное для себя положение тела, при этом верхняя часть БОП (куртка) не снималась. Во второй фазе эксперимента газоды-мозащитники выполняли аналогичные действия, только при этом снималась верхняя часть БОП (куртка).
Процесс восстановления фиксировался с момента принятия газодымозащитником удобного положения тела, до момента снижения значения ЧСС до 100 уд. /мин. (рис. 2б).
Используемое снаряжение и оборудование при постановке экспериментального исследования представлено в табл. 1.
а) б)
Рис. 2. Ход экспериментального исследования
Таблица 1. Используемое снаряжение и оборудование
№ Наименование Количество
1 Боевая одежда пожарного (БОП) 20
2 Дыхательный аппарат со сжатым воздухом ПТС «Профи-М» 20
3 Баллон со сжатым воздухом 20
4 Секундомер Casio HS-80TW-1E 2
5 Датчик ЧСС Polar H10+ 5
6 Мобильное приложение Polar Flow 1
7 Портативный компьютер 2
8 Беговая дорожка HouseFit HT-9164E 1
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе эксперимента были получены временные параметры восстановления газо-дымозащитников, которые представлены в табл. 2.
Исходя из полученных данных (табл. 2) произведем их оценку достоверности по критерию Стьюдента. Для этого воспользуемся программным средством Microsoft Excel. В ходе оценки удалим сомнительные значения
(900 и 320 секунд), так как они не входят в доверительный интервал и являются статистической ошибкой (табл. 3).
Для оценки значимости влияния фактора на процесс восстановления газодымоза-щитников воспользуемся критерием Фишера, расчет которого произведем при помощи Microsoft Excel. Результаты расчета представлены в табл.4.
Таблица 2. Экспериментальные значения при выполнении сценария
Восстановление в БОП Восстановление со снятием куртки БОП
№ PWC170 At tBocm.1 tвост.2, с
ЧССнач1 уд./мин. Время вост. tBocm.1j с ЧССнач1 уд./мин. Время вост. tBocm,2j с
1 8,63 170 416 170 68 348
2 10,13 170 381 170 48 333
3 11,02 169 126 169 64 62
4 11,28 168 224 168 62 162
5 12,43 169 37 169 19 18
6 12,67 167 900 167 320 580
7 12,71 168 65 168 41 24
8 12,72 166 63 166 44 19
9 12,79 164 29,66 164 23 6,66
10 13,24 165 81 165 66 15
11 13,97 165 26 165 16 10
12 14,14 164 25 164 23 2
13 14,14 169 26 169 16 10
14 14,24 159 529 159 117 412
15 14,84 168 46,09 168 40,78 5,31
16 15,18 162 164 162 145 19
17 15,71 167 58,63 167 41,2 17,43
18 16,48 157 24 157 21 3
19 16,66 168 33 168 20 13
20 16,72 157 17 157 15 2
Среднее 13,48 165,1 163,57 165,1 60,49 103,07
а 151,5 35,7
Таблица 3. Оценка достоверности по критерию Стьюдента
Восстановление в БОП Восстановление со снятием куртки БОП
а= 0,1 20
K= 20 1,72
ts= 1,73 60,49
Хср= 163,57 70,1
а= 228,54 20
Таблица 4. Результаты дисперсионного анализа по критерию Фишера
Однофакторный дисперсионный анализ
Группы Счет Сумма Среднее Дисперсия
Восстановление в БОП 19 2371,38 124,81 23418,43
Восстановление со снятием куртки БОП 19 889,98 46,84 1234,72
Дисперсионный анализ
P F
Источник вариации SS df MS F Значение критическое
Между группами 57751,21 1 57751,21 4,68 0,04 2,85
Внутри групп 443756,6 36 12326,57
Итого 501507,8 37
Исходя из расчетных значений по критерию Фишера (табл. 4) видно, что Р > Ркр, а значит, фактор снижения аккумуляции внутреннего источника тепла посредством снятия куртки БОП оказывает непосредственное вли-
яние на процесс восстановления газодымоза-щитников при выполнении мышечной работы. Для наглядности представим полученные значения дисперсионного анализа в виде графической интерпретации (рис. 3).
Рис. 3. График рассеивания эмпирических значений временных параметров восстановления газодымозащитников
Выводы
Организм человека подчиняется закону сохранения энергии, в соответствии с которым количество поглощенной энергии (в различных формах) и образовавшейся энергии (главным образом в виде тепла и механической работы) равны. Таким образом, процесс теплообмена (отвода тепла от организма газодымозащитни-ка) значительно влияет на такие показатели как ЧСС, легочная вентиляция и время восстановления после выполненной работы.
В ходе исследования при помощи од-нофакторного дисперсионного анализа по критерию Фишера было определено, что фактор аккумуляции внутреннего тепла в подбоевоч-ном пространстве газодымозащитников при
выполнении мышечной работы оказывает непосредственное влияние на их процесс восстановления. Исходя из этого, был исследован способ восстановления газодымозащитников в периоды отдыха, после выполнения мышечной работы, который заключался в снятии куртки боевой одежды пожарного. Такой способ показал свою эффективность, так как время восстановления сократилось в 2,7 раза с 163,5 уд./мин до 60,4 уд./мин.
Такой подход на практике позволит лицу, принимающему решение, рационально организовать работу в ходе тушения пожара по чередованию напряженной работы звеньев ГДЗС с периодами отдыха.
Список литературы
1. Влияние температурно-влажно-стного режима подкостюмного пространства на защитные свойства боевой одежды пожарного / Д. В. Сорокин, А. Л. Никифоров, И. Ю. Шара-банова [и др.] // Современные проблемы гражданской защиты. 2018. №. 1 (26). С. 44-48.
2. Влияние влажности пакета материалов боевой одежды пожарного на его теплозащитные показатели / Д. В. Сорокин, А. Л. Никифоров, О. Г. Циркина [и др.] // Современные проблемы гражданской защиты. 2019. №. 4 (33). С. 102-107.
3. Логинов В. И., Игнатова И. Д., Архиреев К. Э. Результаты испытаний специальной защитной одежды пожарного на стенде «Термоманекен» // Пожарная безопасность. 2011. №. 3. С. 89-93.
4. Исследования теплофизических свойств текстильных материалов для боевой одежды пожарного / З. Ю. Козинда, Т. А. Подга-евская, О. О. Ерофеев [и др.] // Пожарная безопасность. 2016. №. 2. С. 71-78.
5. Некрасов А. К., Логинов В. И., Архиреев К. Э. Численное моделирование температурных режимов многослойных пакетов материалов и тканей боевой одежды пожарных // Пожарная безопасность. 2018. №. 1. С. 70-75.
6. Шупнев Д. С. Метод управления продолжительностью безопасных действий газодымозащитников в условиях перегревания: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.10. СПб., 2000. 173 с.
7. Mc Lellan T. M., Daanen H. A. M., Cheung S. S. Encapsulated environment // Comprehensive Physiology, 2013, vol. 3, issue 3, pp. 1363-1391.
8. The impact of a phase-change cooling vest on heat strain and the effect of different cooling pack melting temperatures / J. R. House [et al.]. European journal of applied physiology, 2013, vol. 113, issue 5, pp. 1223-1231.
9. Firefighter health and fitness assessment: a call to action // The Journal of Strength & Conditioning Research, 2014, vol. 28, issue 3, pp. 661-671.
10. Larsen B., Snow R., Aisbett B. Effect of heat on firefighters' work performance and physiology // Journal of thermal biology, 2015, vol. 53, pp. 1-8.
11. Frequency of firefighters' heat-related illness and its association with removing personal protective equipment and working hours / S. Kim [et al.]. Industrial health, 2019, vol. 57, issue 3, pp. 370-380.
12. Physiological Demands of a Self-Paced Firefighter Air-Management Course and Determination of Work Efficiency / A. R. Jagim
[et al.]. Journal of Functional Morphology and Kinesiology, 2023, vol. 8, issue 1, P. 21.
13. Physiological responses and parasympathetic reactivation in rescue interventions: The effect of the breathing apparatus / P. Marcel-Millet [et al.]. Scandinavian journal of medicine & science in sports, 2018, vol. 28, issue 12, pp. 2710-2722.
References
1. Izmeneniye temperaturno-vlazhnostnogo rezhima podkostyumnogo pros-transtva na svoystva zashchity boyevoy odezhdy ot pozhara [Influence of the temperature-humidity regime of the space under the suit on the protective properties of the combat clothing of a firefighter] / D. V. Sorokin, A. L. Nikiforov, I. Yu. Sharabanova [et al.]. Sovremennyye prob-lemy grazhdanskoy zashchity, 2018, vol. 1 (26), pp. 44-48.
2. Vliyaniye vlazhnosti paketa materialov boyevoy odezhdy pozharnogo na yego teplozash-chitnyye pokazateli [Influence of humidity of a package of materials of a firefighter's combat clothing on its heat-protective performance] / D. V. Sorokin, A. L. Nikiforov, O. G. Tsirkina [et al.]. Sovremennyye problemy grazhdanskoy zashchity, 2019, vol. 4 (33), pp. 102-107.
3. Loginov V. I., Ignatova I. D., Arkhire-yev K. E. Rezul'taty ispytaniy spetsial'noy zash-chitnoy odezhdy pozharnogo na stende «Termomaneken» [The results of tests of special protective clothing for a firefighter at the stand «Thermomannequin»]. Pozharnaya bezopasnost', 2011, vol. 3, pp. 89-93.
4. Issledovaniya teplofizicheskikh svoystv tekstil'nykh materialov dlya boyevoy odezhdy pozharnogo [Studies of the thermophysical properties of textile materials for fire fighting clothing] / Z. Yu. Kozinda, T. A. Podgaevskaya, O. O. Erofeev [et al.]. Pozharnaya bezopasnost', 2016, vol. 2, pp. 71 -78.
5. Nekrasov A. K., Loginov V. I., Arkhire-yev K. E. Chislennoye modelirovaniye tempera-turnykh rezhimov mnogosloynykh paketov materialov i tkaney boyevoy odezhdy pozharnykh [Numerical simulation of temperature regimes of multilayer packages of materials and fabrics of firefighter combat clothing]. Pozharnaya bezopas-nost', 2018, vol. 1, pp. 70-75.
6. Shupnev D. S. Metod upravleniya prodolzhitel'nost'yu bezopasnykh deystviy gazo-dymozashchitnikov v usloviyakh peregrevaniya. Diss. kand. tekhn. nauk [Method of controlling the duration of safe actions of gas and smoke protectors in conditions of overheating. Cand. tech. sci. diss.]. SPb., 2000. 173 p.
7. Mc Lellan T. M., Daanen H. A. M., Cheung S. S. Encapsulated environment // Comprehensive Physiology, 2013, vol. 3, issue 3, pp. 1363-1391.
8. The impact of a phase-change cooling vest on heat strain and the effect of different cooling pack melting temperatures / J. R. House [et al.]. European journal of applied physiology, 2013, vol. 113, issue 5, pp. 1223-1231.
9. Firefighter health and fitness assessment: a call to action // The Journal of Strength & Conditioning Research, 2014, vol. 28, issue 3, pp. 661-671.
10.Larsen B., Snow R., Aisbett B. Effect of heat on firefighters' work performance and physiology // Journal of thermal biology, 2015, vol. 53, pp. 1-8.
11.Frequency of firefighters' heat-related illness and its association with removing personal protective equipment and working hours / S. Kim [et al.]. Industrial health, 2019, vol. 57, issue 3, pp. 370-380.
12.Physiological Demands of a Self-Paced Firefighter Air-Management Course and Determination of Work Efficiency / A. R. Jagim [et al.]. Journal of Functional Morphology and Kinesiology, 2023, vol. 8, issue 1, P. 21.
13.Physiological responses and parasym-pathetic reactivation in rescue interventions: The effect of the breathing apparatus / P. Marcel-Millet [et al.]. Scandinavian journal of medicine & science in sports, 2018, vol. 28, issue 12, pp. 27102722.
Гринченко Борис Борисович
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, старший преподаватель
E-mail: grinchenko.borya@mail.ru
Grinchenko Boris Borisovich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy
of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies
and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of technical sciences, senior lecturer
E-mail: grinchenko.borya@mail.ru
Захаров Дмитрий Юрьевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
старший преподаватель
E-mail: mr.dmitriyzakharov@mail.ru
Zakharov Dmitriy Yurievich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy
of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies
and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
senior lecturer
E-mail: mr.dmitriyzakharov@mail.ru
Теребнев Владимир Васильевич Академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Москва кандидат технических наук, профессор E-mail: terebnev_v@mail.ru Terebnev Vladimir Vasilevich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education
«State Fire Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense,
Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Moscow
candidate of technical sciences, professor
E-mail: terebnev_v@mail.ru
