آتشنشان ها و استرس‌های حرارتی (fire fighters and heat stresses) – بخش اول

آتشنشان ها متناسب با وظیفه‌شان در معرض محیط‌هایی با شرایط دمایی متفاوتی فعالیت می‌کنند. پاسخ‌دهی به حوادث آتش‌سوزی ساختمان، جنگل و دیگر شرایط اضطراری شامل حوادث صنعتی، خودرو، هواپیما، حمل و نقل دریایی، مواد خطرناک (HAZMAT) و عملیات امداد و نجات در بلایای طبیعی مثل سیل، طوفان، زلزله و … از جمله آن‌ها است.

قرارگرفتن در معرض فاکتورهای مختلف محیطی، در موارد دیگری همانند فعالیت‌های آموزشی و برنامه‌های آمادگی جسمانی نیز از جمله مواجهه‌های بدیهی است. اگر در برنامه‌های آموزشی آتشنشان ها، عامل مساعد بودن شرایط آب و هوایی لحاظ شود، یکی از فاکتورهای بحرانی که عملیات طولانی در معرض متغیرهای شدید دمای محیط است، نادیده گرفته خواهد شد. بنابراین تعریف محیط آتشنشان ها اولین قدم مهم و اساسی در توسعه اثربخش استراتژی‌ها و فعالیت‌های کاری جهت پیشگیری از بیماری‌ها و آسیب‌های ناشی از استرس‌های محیطی است.

شدت مواجهه محیطی با چندین عامل که در مقدار یا نرخ حرارت جذب یا دفع شده به محیط خارج دخالت دارد، مرتبط می‌باشد . تصور این که آتشنشان ها در محیط‌های به شدت گرم، دچار استرس حرارتی می‌شوند، آسان است. اما این نکته که محیط‌های به شدت سرد نیز می‌توانند استرس‌های دمایی ایجاد کنند و به همان اندازه خطرناکند، کمی دور از ذهن است. در این مقاله هدف ما پرداختن به تأثیرات محیط داغ بر آتشنشان ها است که عمومیت دارد.

مفهوم استرس حرارتی :

واضح‌ترین عامل دخیل در استرس حرارتی، دمای محیط است که در تعریفی ساده، معیاری برای مقدار حرارت اشیاء و مواد فضای اطراف بدن در نظر گرفته می‌شود. گاهی اوقات از آن به عنوان ambient temperature نام برده شده و در منابع استاندارد، با واحدهای فارنهایت و سلسیوس اندازه‌گیری می‌گردد.

عامل مهم دیگر، حرارت تشعشعی است که مابین اجسامی با تفاوت دمایی که به صورت امواج مادون قرمزی که با چشم دیده نمی‌شوند، منتقل می‌شود و تنها به اختلاف پتانسیل دمایی مابین اجسام مرتبط است. مثل ارتباط لباس حفاظتی آتشنشان ها و شعله آتش.

اندازه‌گیری حرارت تشعشعی شامل نرخ حرارت منتقل شده به واحد سطح در واحد زمان می‌باشد و به صورت وات بر سانتی‌متر مربع (watts/cm2) یا کالری بر سانتی‌متر مربع بر ثانیه (cal/cm2/sec) اندازه‌گیری می‌شود. به صورتی که ۱٫۰ watt/cm2 تقریباً برابر ۰٫۲۴cal/cm2/sec می‌باشد. حرارت تشعشعی می تواند مابین اشیاء گرم و بدن و بالعکس منتقل شود و تنها به اختلاف حرارت بستگی دارد. تحقیقات نشان می‌دهد که حرارت تشعشعی مهم‌ترین عامل تأثیرات دمایی بر روی آتشنشان هایی است که در حال عملیات در محیط داغ بوده و در معرض حرارت هستند.

حرارت همچنین می‌تواند مابین اشیاء با اختلاف پتانسیل دمایی به روش رسانش (conduction) منتقل گردد . انتقال حرارت به روش رسانش نیازمند اتصال مابین اشیاء است . مصداق‌های این روش زمانی است که آتشنشان ها در حال خزیدن، زانو زدن یا لمس کردن سطوح داغ یا سرد می‌باشند. باید در نظر داشت که نرخ انتقال حرارت مواد، مختلف است مثلاً حرارت در فلزات سری عتر از غیرفلزات منتقل می‌گردد.

روش دیگر انتقال حرارت، جابه‌جایی (convection) است. اگر سیالات اطراف بدن مثل آب یا هوا جابه‌جا شوند، نرخ انتقال حرارت در مقایسه با حالتی که ثابت باشند، به شدت تغییر می‌کند. یک مثال معمول از انتقال به روش جابه‌جایی، شاخص سرمای باد (wind chill index) است. این شاخص سیستمی است که سعی دارد تأثیرات سرمایی حرکت هوا بر روی انسان‌هایی که در معرض دمای پایین قرار می‌گیرند را در واحدی معادل با دمای باد بیان نماید. برای مثال برای محیطی با دمای ۳۲^F یعنی C^0 و بادی با سرعت ۴۰ mile/hour شاخص دمای باد برابر ۲^F یا ۱۶٫۷-^C می‌باشد. این بدان معنا است که اگرچه دمای سطح پوست به زیر دمای محیط نرسیده ولی بدن با همان سرعتی که دمای شاخص باد نشان می‌دهد، در حال از دست دادن گرما است.

در دماهای بالای محیط نیز همین اتفاق به صورت مشابه صورت می‌پذیر د. بالای ۱۰۰^F  یعنی ۳۷٫۸^ C حرکت هوا با سرعت بالاتر از ۱۰ mph باعث انتقال حرارت شدید به بدن می‌شود. این دقیقاً همان مکانیسمی است که اجاق‌های کانوکشنی با آن کار می‌کنند. آنها کارایی بسیار بالاتری نسبت به اجاق‌های معمولی دارند و زمان پخت غذا در آنها به مراتب کمتر است.

البته باید در نظر داشت که صرف‌نظر از روش انتقال، همیشه حرارت از محل گرم‌تر به محلی با گرمای کمتر (سردتر) حرکت می‌کند و به صورت فیزیکی غیرممکن است که سرما به محل گرم‌تر منتقل شود . شیء گرم‌تر همیشه با از انتقال حرارت به جسم سردتر، مقداری از دمایش را از دست می‌دهد‌.

رطوبت نسبی نیز یک عامل تشدیدکننده است؛ زیرا تعیین کننده نرخ انتقال حرارت به وسیله تبخیر است. هنگامی که آب مایع به بخار تبدیل می‌شود، حرارت نیز جذب و پراکنده می‌شود. مثال آن، خنک شدن سطح پوست با تبخیر عرق یا آبی است که از نازل در حالت فوگ خارج می‌شود. این آب با حرارت تشعشعی حریق تبخیر شده و باعث خنک‌سازی سریع محیط می‌گردد. با رطوبت نسبی بالاتر، تبخیر کمتری جهت جذب حرارت صورت می‌گیرد.

رطوبت نسبی به صورت واحدی از رطوبت که در هوا وجود دارد، نسبت به حداکثر مقداری که می‌تواند در دمای خاصی در همان حجم هوا وجود داشته باشد، اندازه‌گیری می‌شود. برای مثال اگر دمای هوا ۶۰^F یعنی ۱۵٫۶^ C باشد و رطوبت نسبی ۵۰ درصد، هوا دارای نصف مقدار بخار آبی است که ظرفیت دارد و می‌تواند در آن دما در خود نگه دارد. شاخص (STA (Steadman apparent temperature بیان‌کننده تأثیرات ترکیبی دما و رطوبت نسبی محیط بر روی بدن است که در جدول زیر آورده شده است:

باید در نظر داشت که قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید، باعث افزایش شاخص به اندازه ۱۰ درجه فارنهایت می‌گردد. شاخص STA با روشی مشابه wind chill تعیین می‌شود. برای مثال، در دمای محیط ۹۰^F یعنی ۳۲٫۲^ C و رطوبت نسبی ۹۰ درصد، شاخص STA برابر است با ۱۲۲^F یعنی ۵۰^ C. بنابراین آتشنشانی که در این شرایط کار می‌کند، همانند کسی تحت‌تاثیر حرارت قرار می گیرد که در دمای ۱۲۲^F با رطوبت نسبی کمتر قرار گرفته است. آتشنشان ها در شرایط محیط و شرایط آتشسوزی که دو تقسیم‌بندی اساسی است، در معرض سطوح مختلفی از حرارت قرار می‌گیرند که درک تاثیر هر کدام از این وضعیت‌ها، بسیار مهم است.

تاثیر حرارت محیط

قرارگرفتن در معرض دمای محیط، مستقیماً مربوط به وضعیت آب و هوایی و فصل است. آتشنشان ها وابسته به کارهایی که انجام می‌دهند، معمولاً در معرض شرایط دمای محیطی هستند. مناطقی را تصور کنید که آب و هوایی گرم دارند و در اغلب ماه‌های سال، دمای هوا بالاتر از ۱۰۰ درجه فارنهایت یا ۳۷ درجه سانتی‌گراد است. برخلاف فعالیت ورزشکاران یا کارگران صنعتی، ذات بحرانی عملیات در شرایط اضطراری اجازه نمی‌دهد که در شرایط بد آب و هوایی عملیات را مختصر و کوتاه کرد. مهم نیست که چقدر گرم است، به هر حال آتشنشان ها باید کارشان را انجام دهند. شاید تنها شغل دیگر با چنین مواجهه محیطی، شغل افراد نظامی است که کارشناسانشان تحقیقات گسترده‌ای در مورد تاثیرات شدید محیط بر عملکرد شاغلین آنها انجام داده‌اند.

ارتش آمریکا مواجهات آب و هوایی را به چهار دسته تقسیم‌بندی کرده است:

1. گرم و مرطوب
2. گرم و خشک
3. سرد و مرطوب
4. سرد و خشک

گرم و مرطوب:

شرایطی که دمای محیط متجاوز از ۲۰^C بوده و به ندرت از ۳۷^C بالاتر می‌رود. رطوبت نسبی بیشتر از ۷۵ درصد بوده و معمولاً باران به صورت رگباری می‌بارد.

گرم و خشک:

شرایطی که دمای محیط متجاوز از ۲۰^C بوده و معمولاً از ۳۷^C بالاتر می‌رود. رطوبت نسبی کمتر از ۷۵ درصد و معمولاً زیر ۲۵ درصد است. دوره‌های طویل بی‌بارانی در این مناطق معمول است.

سرد و مرطوب:

شرایطی که دمای محیط مابین ۱۴ تا ۶۸ درجه فارنهایت (۱۰ – تا ۲۰ – سانتیگراد) است. دما می‌تواند به سرعت تغییر کند و انجماد رخ دهد. بارش‌ها معمولاً به صورت تگرگ و برف وجود دارد.

سرد و خشک:

شرایطی که دمای محیط کمتر از ۱۰-^C بوده و در بسیاری از مناطق، بادهای شدید و دماهای کمتر از ۵۱-^C نیز ثبت گردیده است. دماهای بالای صفر غیرمعمول بوده و بارش‌ها به صورت برف خشک است. آلاسکا نمونه‌ای برای این‌گونه مناطق است.

به خاطر داشته باشید که تعاریف بالا توصیف کننده شرایط آب و هوایی است، نه انواع آب و هوای مناطق مختلف. بسیاری از مناطق دو یا چندین مورد از شرایط آب و هوایی را در یک دوره فصلی تجربه می‌کنند. به علاوه در بعضی موارد، شرایط غیرمعمول در نواحی مختلف آب و هوایی حاکم شده و شدیدتر از حالت‌های عادی بروز می‌کند. از آنجا که آتشنشان ها مجبور به عملیات در هر شرایطی هستند، ضروری است که آموزش‌ها و تجهیزات لازم جهت برخورد با شرایط سخت آب و هوایی را فراگرفته و همراه داشته باشند.

شرایط آتش سوزی:

عمده‌ترین و مهم‌ترین مواجهه حرارتی که ممکن است برای یک آتشنشان پیش آید، آتش‌سوزی است که در عملیات اطفاء حریق و فعالیت‌های امدادی در صحنه‌های پیش رو رخ می‌دهد. تحقیقاتی که توسط NIST و USFA در محیط‌های آتش و آزمایشگاه‌های شبیه‌سازی با قراردادن ترموکوپل و سنسورهای حرارتی بر روی آتشنشان هایی که در حریق‌های ساختمانی فعالیت می‌کنند، انجام گرفته، منتج به تقسیم‌بندی محیط‌های آتشسوزی به چهار نمونه شرایط مختلف گردیده است:

کلاس ۱:

شرایطی که یک آتشسوزی کوچک در یک اتاق روی می‌دهد. دمای محیط بالاتر از ۶۰ درجه سانتی‌گراد است. میزان تشعشع بالاتر از ۰٫۰۵ watt/cm2 و مواجهه برای زمانی معادل ۳۰ دقیقه صورت می‌گیرد.

کلاس ۲ :

شرایطی که در آن کل فضای اتاق درگیر حریق شده، آتش خاموش گردیده و در این شرایط دمای محیط مابین ۴۰ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد است. میزان تشعشع از ۰٫۱۰۰ watt/cm2 تا ۰٫۰۵۰ بوده و مدت مواجهه بیشتر از ۱۵ دقیقه می‌باشد.

کلاس ۳:

این شرایط در اتاقی روی می‌دهد که کاملا درگیر حریق بوده و دمای محیط مابین ۹۵ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد است. میزان تشعشع نیز ۴٫۲ watt/cm2 – ۰٫۱۷۵ و مدت مواجهه بیشتر از پنج دقیقه می‌باشد.

کلاس ۴:

این شرایط در flash-over و backdraft رخ می‌دهد. جایی که دمای محیط از ۲۵۰ تا ۸۱۵ درجه سانتی‌گراد بوده، میزان تشعشع ۴٫۲ watt/cm2 – ۰٫۱۷۵ و مدت مواجهه حدود ۵ ثانیه می‌باشد. در صنایع شیمیایی برای آتشنشان های صنعتی مواردی پیش می‌آید که در آتشسوزی‌های مایعات قابل اشتعال و احتراق، دمای محیط به ۱۰۹۳ درجه سانتی‌گراد و شدت تشعشع به ۵٫۰ watt/cm2 می‌رسد.

این مبحث ادامه دارد…

منبع: ماهنامه مهندسی حفاظت از حریق