Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "ФПГ ЭНЕРГОКОНТРАКТ" (АО "ФПГ ЭНЕРГОКОНТРАКТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 мая 2026 г. N 197-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 июня 2026 г. N 625-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 13506-2-2026 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2027 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 13506-2:2024 "Одежда специальная для защиты от тепла и пламени. Часть 2. Прогнозирование ожоговых травм кожи. Требования к расчетам и примеры" ("Protective clothing against heat and flame - Part 2: Skin burn injury prediction - Calculation requirements and test cases", IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом по стандартизации ISO/TC 94 "Средства индивидуальной защиты. Защитная одежда и оборудование", подкомитетом SC 13 "Защитная одежда" Международной организации по стандартизации (ISO).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6) и для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе межгосударственных стандартов.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА.

Дополнительные сноски в тексте стандарта, выделенные курсивом, приведены для пояснения текста оригинала

6 ВЗАМЕН ГОСТ ISO 13506-2-2021

7 Некоторые элементы настоящего стандарта могут являться объектами патентных прав

Назначение термо- и огнестойкой специальной одежды - защищать пользователя от опасностей, которые могут вызвать ожоговую травму кожи. Одежда может быть изготовлена из одного или нескольких материалов, которые могут быть представлены в предмете или комплекте специальной одежды для испытания с помощью устройства, обеспечивающего воздействие огня на манекен.

Настоящий стандарт является дополнительным к ISO 13506-1. Данные, собранные в ходе испытаний в соответствии с ISO 13506-1, используют в качестве входных для данного расчета.

В ISO 13506-1 стационарный, вертикально ориентированный манекен размера взрослого человека (мужчины или женщины), одетый в предмет или комплект специальной одежды, подвергают воздействию лабораторно смоделированного открытого пламени с контролируемыми тепловым потоком, продолжительностью и распределением пламени. Средний падающий тепловой поток на внешнюю поверхность одежды составляет 84 кВт/м². Датчики тепловой энергии установлены на поверхности манекена. Выходной сигнал от датчиков используют для расчета изменения теплового потока во времени и в зависимости от расположения на манекене, а также для определения полной энергии, поглощенной за период сбора данных. Период сбора данных выбирают таким образом, чтобы гарантировать, что полная переданная энергия не будет больше расти. Информация, полученная в результате расчета прогноза ожоговой травмы кожи (см. приложение B), может быть использована для оказания помощи в оценке эксплуатационных характеристик предмета или комплекта специальной одежды в условиях проведения испытаний. Расчет также может быть использован в качестве модельного инструмента для оценки степени и характера потенциального повреждения кожи в результате воздействия испытуемой одежды.

Посадка предмета или комплекта специальной одежды на манекене имеет важное значение. При этом изменения в конструкции предмета или комплекта специальной одежды и то, каким образом манекен одет оператором, могут влиять на результаты испытаний и прогноз ожоговой травмы кожи. Опыт показывает, что испытание предмета одежды на один размер больше, чем стандартный, может уменьшить процент прогнозируемого ожога тела в пределах 5%.

ISO 13506-1 использует расчетную информацию о повреждении кожи при расчете коэффициента защиты термоманекена <*>.

--------------------------------

<*> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Словосочетание "коэффициента эффективности термоманекена" (в тексте ISO 13506-2:2024 "thermal manikin performance factor") заменено на "коэффициента защиты термоманекена".

Метод, описанный в настоящем стандарте, является дополнительной частью стандартов на средства защиты пожарных ISO 11999-3 и EN 469, а также стандарта на одежду специальную для защиты от тепла и пламени ISO 11612.

Стандарт Национальной ассоциации противопожарной защиты NFPA 2112 [5] устанавливает метод испытания ASTM F1930-18 [6], который аналогичен описанному в ISO 13506-1 и содержит расчеты прогноза ожоговой травмы кожи, аналогичные описанным в настоящем стандарте.

В настоящем стандарте приведена подробная техническая информация для расчета прогнозируемых ожоговых травм кожи человека, когда ее поверхность подвергают воздействию переменного теплового потока, например, это может произойти из-за энергии, передаваемой через предмет или комплект специальной одежды, подвергшийся воздействию пламени. Приведен ряд примеров, в отношении которых проверяется метод расчета прогноза ожоговой травмы. Стандарт также содержит требования к in situ <*> калибровке датчика тепловой энергии - системе прогнозирования травмы кожи для диапазона тепловых потоков, возникающих под предметами одежды.

--------------------------------

<*> "in situ" - латинский термин, переводится как "на месте; в месте нахождения".

Методы расчета ожоговых травм кожи, представленные в настоящем методе испытания, не включают правила для обработки коротковолнового излучения, которое может проникать через кожу. К последним относятся дуговые вспышки, некоторые виды воздействий пламени с использованием жидкого или твердого топлива, а также ядерные источники.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения)]:

ISO 11610, Protective clothing - Vocabulary (Одежда защитная. Словарь)

ISO 13506-1, Protective clothing against heat and flame - Part 1: Test method for complete garments - Measurement of transferred energy using an instrumented manikin (Одежда специальная для защиты от тепла и пламени. Часть 1. Метод испытания специальной одежды. Измерение переданной энергии с применением манекена, оснащенного приборами)

В настоящем стандарте применены термины по ISO 13506-1 и ISO 11610, а также следующие термины с соответствующими определениями.

ISO и IEC ведут терминологические базы данных для использования в области стандартизации по следующим адресам:

- платформа онлайн-просмотра ISO: доступна по https://www.iso.org/obp;

- Электропедия IEC: доступна по https://www.electropedia.org/

3.1 ожоговая травма (burn injury): Повреждение, которое проникает на различную глубину внутрь тканей человека из-за повышенных температур в результате теплопередачи на поверхность кожи.

Примечание - Ожоговая травма в тканях человека возникает, когда ткань нагревается, и воздействие повышенной температуры (> 44 °C) сохраняется в течение критического периода времени. В настоящем стандарте принимается, что кожа имеет три слоя: эпидермис, который является грубым наружным слоем, дерма, которая является слоем ниже эпидермиса, и гиподерма (жировая ткань), которая является жировым слоем ткани глубже, чем дерма. В рамках настоящего стандарта принимают, что толщины слоев одинаковы по всему телу человека. Изменения толщины, которые происходят с возрастом, месторасположением и полом, не учитывают. Тяжесть повреждения, называемая прогнозируемой ожоговой травмой первой, второй или третьей степени (или частичной толщины, или полной толщины), зависит от величины повышения температуры свыше 44 °C и времени, в течение которого она остается на уровне или свыше 44 °C.

3.1.1 ожоговая травма первой степени; ожог первой степени (first-degree burn injury/first-degree burn): Ожоговое повреждение, при котором пострадала только поверхностная часть эпидермиса.

Примечание - Кожа становится красной, но не покрывается волдырями, и ожог не проходит насквозь. Ожоговая травма первой степени обратима. В настоящем стандарте указано время возникновения прогнозируемой ожоговой травмы первой степени при значении [см. формулу (3)] на глубине кожи 75 мкм, т.е. на границе эпидермиса и дермы.

3.1.1.1 площадь ожоговой травмы первой степени; площадь ожога первой степени (first-degree burn injury area/first-degree burn area): Сумма площадей, представленных датчиками теплового потока, для которых прогнозируется только расчетная ожоговая травма первой степени (3.1.1).

3.1.2 ожоговая травма второй степени; ожог второй степени; ожог частичной толщины (second-degree burn injury/second-degree burn/partial thickness burn): Ожоговое повреждение, при котором происходит ожог эпидермиса и в различной степени дермы, но вся толщина дермы обычно не разрушается и гиподерма не повреждается.

Примечание - Ожоговая травма второй степени более серьезна, чем ожоговая травма первой степени, приводящая к полному некрозу (гибели живых клеток) слоя эпидермиса, обычно сопровождающемуся волдырем, но обратима, особенно если площадь поражения невелика. В настоящем стандарте указано время возникновения прогнозируемой ожоговой травмы второй степени при значении [см. формулу (3)] на глубине кожи 75 мкм, т.е. на границе эпидермиса и дермы.

3.1.2.1 площадь ожоговой травмы второй степени; площадь ожога второй степени (second-degree burn injury area/second-degree burn area): Сумма площадей, представленных датчиками теплового потока, для которых расчетная ожоговая травма второй степени является наиболее тяжелой из прогнозируемых травм.

3.1.3 ожоговая травма третьей степени/ожог третьей степени; ожог полной толщины (third-degree burn injury/third-degree burn/full thickness burn): Ожоговое повреждение, которое распространяется через дерму в гиподерму или за ее пределы.

Примечание - Ожоговая травма третьей степени является необратимой. В настоящем стандарте указано время возникновения прогнозируемой ожоговой травмы третьей степени при значении [см. формулу (3)] на глубине кожи 1200 мкм, т.е. на границе дермы и гиподермы.

3.1.3.1 площадь ожоговой травмы третьей степени; площадь ожога третьей степени (third-degree burn injury area/third-degree burn area): Сумма площадей, представленных датчиками теплового потока, для которых прогнозируется расчетная ожоговая травма третьей степени (3.1.3).

3.1.4 общая площадь ожоговой травмы; общая площадь ожога (total burn injury area/total burn area): Сумма площадей, представленных датчиками теплового потока, для которых прогнозируется по меньшей мере ожоговая травма второй степени.

3.2 значение омега (omega value ): Параметр травмы кожи, значение интеграла повреждений [(см. формулу (3)], который указывает на прогнозируемую ожоговую травму (3.1) при определенных значениях глубины кожи и температурных режимах.

3.3 время до появления болевых ощущений (time to pain): Время, необходимое для того, чтобы болевые рецепторы достигли температуры 43,2 °C.

Примечание - В настоящем стандарте принимают, что болевые рецепторы расположены на 195 мкм ниже поверхности кожи.

Желательно использовать расчет прогнозируемой ожоговой травмы кожи для сравнения относительных характеристик специальной одежды с применением методов испытаний, которые измеряют тепло, переданное к поверхности манекена при определенном воздействии тепловой энергии. Настоящий стандарт описывает метод расчета, который должен использоваться для данной цели при проведении испытаний, описанных в ISO 13506-1. ISO 13506-1 устанавливает метод измерения передачи энергии, который может быть использован в качестве основы для оценки относительных термозащитных характеристик испытуемого образца. Эксплуатационные характеристики зависят как от применяемых материалов, так и от конструкции, а также посадки предмета одежды на испытательном манекене. Средний воздействующий тепловой поток составляет 84 кВт/м² с продолжительностью от 3 до 20 с.

Прогнозируемая ожоговая травма, определяемая в настоящем методе испытания, использует упрощенную математическую модель, которая напрямую не переводится в фактическую ожоговую травму кожи человека при любых воздействиях в условиях испытания. Модель основана на измерениях, сделанных на предплечьях человека (Столл и Грин [8]).

Испытуемый образец надевают на манекен размера взрослого человека (см. ISO 13506-1:2024, пункт 5.1) в атмосферных условиях окружающей среды и подвергают воздействию лабораторно смоделированного открытого пламени с контролируемыми тепловым потоком, продолжительностью и распределением пламени. Процедуру испытания, сбор данных, расчет результатов и подготовку протокола испытаний выполняют с использованием компьютерного оборудования и программного обеспечения.

Тепловая энергия, передаваемая через испытуемый образец и от испытуемого образца к поверхности манекена во время и после воздействия, измеряется датчиками теплового потока, расположенными на поверхности манекена. Количество тепла меняется со временем. Метод, указанный в настоящем стандарте, использует измерения теплового потока по ISO 13506-1 для расчета прогнозируемого времени до появления болевых ощущений для каждого датчика тепловой энергии, площадей ожоговых травм первой, второй и третьей степени и общей площади ожоговой травмы, полученной в результате воздействия. Идентификацию испытуемого образца, условия испытания, комментарии и замечания относительно цели испытания и реакции испытуемого образца на воздействие записывают и включают как часть протокола испытаний. Полная переданная энергия и/или прогнозируемая площадь ожоговой травмы кожи, а также то, как испытуемый образец реагирует на воздействие пламени, являются индикаторами эффективности испытуемого образца для данного метода испытания. Метод прогнозирования ожоговой травмы кожи может быть использован с другими методами испытаний, которые производят аналогичные воздействия.

В разделе 6 приведена подробная информация о требуемом расчете прогнозируемой травмы кожи, а в разделе 7 перечислен ряд примеров, в отношении которых метод расчета должен быть проверен для демонстрации соответствия заданной точности.

Подробная информация об испытательном оборудовании, подготовка и надевание испытуемого образца, а также порядок проведения испытания приведены в ISO 13506-1:2024 (разделы 5 - 8). В дополнение к процедурам калибровки, приведенным в ISO 13506-1:2024 (приложение C), лаборатории должны выполнять валидацию, описанную в разделе 7.

Настоящий стандарт содержит описания двух моделей кожи:

- значения характеристик кожи для модели кожи с температурно-зависимым коэффициентом теплопроводности (модель кожи A) должны соответствовать указанным в таблицах 1, 2 и приложении A;

- значения характеристик кожи для модели кожи с температурно-независимым коэффициентом теплопроводности (модель кожи B) должны соответствовать указанным в таблицах 1, 3.

Примечание 1 - Значения характеристик кожи, перечисленные в таблицах 1 - 3 и приложении A, а также расчетные примеры, указанные в разделе 7, были определены целевой группой в рамках ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам), работающей над ASTM F1930 [6], методом испытания, разработанным вместе с серией ISO 13506. Рабочая группа изменила эксперименты Столл и Грина [7] таким образом, чтобы они соответствовали в пределах 10% условию [формула (3)] для всех примеров Столл с частичным покрытием волдырями. В литературных источниках были найдены значения толщины трех слоев (in vivo) в предплечьях взрослых мужчин, а также начальное распределение температуры через слои в предплечье (1 °C). Используя данную информацию, формулы, приведенные в 6.1.3 и 6.1.5, а также значения P и , определенные Уивером и Столл [8] и показанные ниже, методы проб и ошибок и оптимизации были использованы для нахождения значений коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности отдельных слоев так, чтобы при одном наборе значений все экспериментальные измерения травм кожи Столл и Грина [7] плюс обобщения, рассчитанные Уивером и Столл [8], можно было предсказать с . Полученные значения являются репрезентативными для живой ткани (in vivo). Таким образом, кровоток и его потенциальное влияние на результаты/прогнозы являются неявными в решении, использующем формулы и параметры, приведенные ниже.

Примечание 2 - ASTM F1930 содержит подробную историческую информацию о развитии в прогнозировании травм кожи вследствие теплового притока от горячих жидкостей и источников чистого теплового излучения.

Значения поглощенного теплового потока q_i(t), кВт·м^-2, каждого датчика манекена i на каждом временном интервале t, как это предусмотрено ISO 13506-1, должны приниматься в качестве входных данных для расчета прогноза ожоговой травмы кожи.

6.1.3.1 Общие требования

Термическое воздействие должно быть представлено как переходная одномерная задача диффузии тепла, в которой температура внутри слоев кожи эпидермиса, дермы, и гиподермы (жировой ткани) изменяется во времени и в зависимости от расположения (глубины) и описывается параболической дифференциальной формулой (1) (уравнение поля Фурье):

где - объемная теплоемкость, Дж·м^-3·К^-1;

t - время, с;

x - глубина от поверхности кожи, мкм;

T(x,t) - температура на глубине x в момент времени t, °C;

k(x,T) - коэффициент теплопроводности на глубине x при температуре T, Вт·м^-1·К^-1.

Параметры, указанные для модели кожи A (т.е. в таблицах 1, 2 и приложении A) или для модели кожи B (т.е. в таблицах 1, 3), должны использоваться при расчете формулы (1).

6.1.3.2 Физические характеристики модели кожи с температурно-зависимым коэффициентом теплопроводности k (модель кожи A)

Известно, что коэффициент теплопроводности каждого из слоев кожи изменяется в зависимости от температуры вследствие обобщенных теплофизических характеристик компонентов слоя (упрощенный состав: вода, белок и жир). Купер и Трезек [9] и Нокс и др. [10] разработали соотношения для оценки теплофизических свойств кожи и подкожных (жировых) слоев на основе процентного содержания воды, белка и жира в каждом слое. Приложение A определяет значения для состава слоев, объемной теплоемкости слоя и температурно-зависимого коэффициента теплопроводности k(x,T) в зависимости от обобщенных компонентов слоев кожи (вода, белок и жир), которые удовлетворяют требованиям раздела 7 и могут использоваться для расчета формулы (1). Референтные значения коэффициента теплопроводности (для температуры 32,5 °C), объемной теплоемкости и состава слоев приведены в таблице 2. Для расчета значений коэффициента теплопроводности k при температурах, отличных от 32,5 °C, см. приложение A.

6.1.3.3 Физические характеристики для модели кожи с температурно-независимым коэффициентом теплопроводности k (модель кожи B)

Если предположить, что коэффициент теплопроводности k зависит только от слоя и не зависит от температуры, то значения коэффициента теплопроводности k и объемной теплоемкости , приведенные в таблице 3, соответствуют требованиям раздела 7 при использовании в расчете по формуле (1).

6.1.3.4 Математические методы для расчета формулы (1)

Формулу (1) решают численно, используя трехслойную модель кожи, определенную в таблице 1, которая учитывает зависимость глубины от коэффициента теплопроводности и значений объемной теплоемкости, либо как указано в таблице 2 и приложении A, либо как указано в таблице 3. Каждый из трех слоев должен иметь постоянную толщину и располагаться параллельно поверхности.

Использование абсолютных температур рекомендуется при расчете формулы (1), поскольку формула (3), которую используют для расчета , параметра ожоговой травмы, требует абсолютных температур.

Примечание - Средние значения характеристик, приведенные в таблицах 1 - 3, являются репрезентативными для in vivo (живых) значений для волярной поверхности предплечий испытуемых, участвовавших в экспериментах Столл и Грина [7]. Известно, что коэффициент теплопроводности каждого из слоев изменяется в зависимости от температуры вследствие обобщенных теплофизических характеристик компонентов слоя (упрощенный состав: вода, белок и жир). Температурную зависимость коэффициента теплопроводности каждого слоя моделируют в соответствии с определенным составом слоя. См. 6.1.1 и приложение A.

Эффективными методами дискретизации для расчета формулы (1) считают:

a) метод конечных разностей (следующий за представлением центральных разностей "комбинированного метода", где ожидаются ошибки усечения второго порядка как в , так и в );

b) метод конечных элементов (например, метод Галеркина) и

c) метод конечных объемов (иногда называемый методом контрольных объемов).

Рассчитывают и сохраняют изменяющееся во времени внутреннее температурное поле для кожи и гиподермы (жировой ткани) для каждого датчика в каждый момент сбора данных в течение всего периода сбора данных путем применения каждого из время-зависимых значений поглощенного теплового потока датчиком на поверхности кожи, заявленных в 6.1.2. Эти внутренние температурные поля должны включать, как минимум, расчет значений температуры на поверхности (глубина = 0,0 м) [т.е. T(0, t)], на границе дермы и эпидермиса модели кожи, используемой, чтобы прогнозировать ожог второй степени (глубина = 75 мкм) [т.е. T(75 мкм, t)], и на границе дермы и гиподермы модели кожи, используемой, чтобы прогнозировать ожоговую травму третьей степени (глубина = 1200 мкм) [т.е. T(1200 мкм, t)].

Равномерно распределенные интервалы глубины , обозначаемые как "узлы" или "сетки", рекомендуются для максимальной точности во всех численных моделях. Значение 15 мкм для было определено как эффективное. Разреженные или неструктурированные сетки не рекомендуется использовать в методе конечных разностей. Использование значения 15 мкм для устанавливает узел на 195 мкм ниже поверхности кожи, что является рекомендуемой глубиной для расчета времени до появления болевых ощущений (расположение болевого рецептора).

Начальные и граничные условия следующие:

a) начальная температура T(x, 0) внутри трех слоев должна иметь линейный рост с глубиной от T(0,0) = 32,5 °C на поверхности до T(5085 мкм 0) = 33,5 °C на границе кожи и гиподермы (жировой ткани). Температура 33,5 °C на глубине 5085 мкм должна быть постоянной в течение всего времени.

Примечание 1 - Пеннес [11] измерил распределение температуры в предплечьях добровольцев. Для общей толщины кожи и гиподермы (жировой ткани), перечисленных в таблице 1, измеренное повышение составило 1 °C. Температура поверхности кожи добровольцев в экспериментах Столл и Грина [7] поддерживалась очень близкой к 32,5 °C;

b) тепловой поток действует только на поверхность кожи. Предполагается, что данный тепловой поток на поверхности кожи поглощается поверхностью, т.е. x = 0, и коэффициент теплопроводности является единственной характеристикой передачи тепла в кожу и гиподерму (жировую ткань).

Примечание 2 - Допускается, что коэффициент теплопроводности не учитывает усиленную теплопередачу только внутри кожи и внутри более глубоких слоев из-за изменения кровотока в дерме и гиподерме (жировой ткани). Значения in vivo (живые), приведенные в таблице 2 и таблице 3, были рассчитаны на основе экспериментальных результатов Столл и Грина [7] и численных обобщениях Уивера и Столл [8]. Эти значения в значительной степени учитывают кровоток у испытуемых;

c) тепловой поток на поверхности кожи в момент времени t = 0 (начало воздействия) равен нулю (0), т.е. q(0) = 0;

d) значения теплового потока на поверхности кожи в любое время t > 0 являются время-зависимыми значениями поглощенного теплового потока (см. 6.1.2). Никакие поправки не вносятся для потерь теплового излучения или для различий в излучающей и поглощающей способностях между датчиками и поверхностью кожи, используемой в модели.

Интегральную модель повреждения Энрикеса [11], показанную в формуле (3), используют, чтобы прогнозировать ожоговую травму кожи на основе значений температуры кожи в каждом интервале времени измерения при значениях глубины модели кожи 75 мкм (прогнозирование ожоговой травмы первой и второй степени) и 1200 мкм (прогнозирование ожоговой травмы третьей степени).

где - параметр ожоговой травмы;

t - время воздействия и период сбора данных, с;

P(x,T) - предэкспоненциальный член, зависящий от глубины и температуры, с^-1;

e - математическая постоянная (число Эйлера), равная 2,718 3;

- энергия активации, зависящая от глубины и температуры, Дж·моль^-1;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 5 Дж·моль^-1·К^-1;

T(x,t) - температура кожи, зависящая от глубины и времени, °C.

Расчет проводят путем численного интегрирования по времени при T >= 44 °C. Значения P и для прогнозов ожоговой травмы первой, второй и третьей степени приведены в таблице 4.

--------------------------------

<*> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Номер ссылки [12] заменен на [7] в соответствии с элементом "Библиография".

6.1.5.1 Ожог первой степени

Для определения прогнозируемого времени до ожоговой травмы первой степени рассчитывают на глубине 75 мкм в каждый момент времени в течение периода сбора данных. Прогнозируемое время до ожоговой травмы первой степени - это первая точка по времени, где . Если такой точки нет, то ожоговая травма первой степени не прогнозируется.

6.1.5.2 Ожог второй степени

Для определения прогнозируемого времени до ожоговой травмы второй степени рассчитывают на глубине 75 мкм в каждый момент времени в течение периода сбора данных. Прогнозируемое время до ожоговой травмы второй степени - это первая точка по времени, где . Если такой точки нет, то ожоговая травма второй степени не прогнозируется.

6.1.5.3 Ожог третьей степени

Для определения прогнозируемого времени до ожоговой травмы третьей степени рассчитывают на глубине 1200 мкм в каждый момент времени в течение периода сбора данных. Прогнозируемое время до ожоговой травмы третьей степени - это первая точка по времени, где . Если такой точки нет, то ожоговая травма третьей степени не прогнозируется.

Время до появления болевых ощущений прогнозируется, когда кожная ткань на глубине 195 мкм достигает температуры 43,2 °C, т.е. расчет формулы (1) при T (195 мкм, t).

Расчет значения в формуле (3) экспоненциально зависим от абсолютной температуры. Таким образом, точный расчет температур в каждом из слоев кожи необходим для того, чтобы иметь точные прогнозы значений и обеспечить соответствие методов прогнозирования ожоговой травмы кожи экспериментальным точкам Столл и Грина [7].

Данные требования включают в себя три этапа. Во-первых, должна быть обеспечена точность компьютерного кода для того, чтобы точно прогнозировать внутреннее распределение температуры в полубесконечном твердом теле. Второй шаг заключается в обеспечении того, чтобы прогнозирование травмы кожи соответствовало условиям, измеренным и спрогнозированным Столл и ее коллегами. Наконец, точность ввода-вывода аппаратного метода ожоговой травмы кожи проверяют путем воздействия на датчики манекена известным тепловым потоком и проверки того, что прогнозируемое время до наступления травмы второй степени соответствует экспериментальным точкам Столл и Грина [7].

Два данных примера основаны на решении задачи теплопроводности в полубесконечном твердом теле, первоначально - при постоянной температуре и затем - при внезапном воздействии постоянного теплового потока на его поверхность. Аналитическое решение доступно в любом учебнике по теплопередаче.

Для двух примеров, перечисленных ниже, устанавливают начальную температуру слоев ткани на 30 °C в каждой точке. Поверхностный тепловой поток равен нулю в нулевой момент времени и достигает полного значения на первом интервале. Основную температуру 30 °C на глубине 5085 мкм поддерживают в течение всех интервалов расчетов.

a) Поглощенный тепловой поток на поверхности кожи равен 2 кВт·м^-2.

b) Коэффициент теплопроводности всех трех слоев ткани k = 0,1 Втм^-1·К^-1.

c) Объемная теплоемкость всех трех слоев .

d) Рассчитывают температуру при значениях глубины 0; 75 и 1200 мкм через 60 с после начала воздействия. Используют любой временной интервал, равный или менее 0,1 с.

a) Поглощенный тепловой поток на поверхности кожи равен 20 кВт·м^-2.

b) Коэффициент теплопроводности всех трех слоев ткани k = 0,6 Вт·м^-1·К^-1.

c) Объемная теплоемкость всех трех слоев .

d) Рассчитывают температуру при значениях глубины 0; 75 и 1200 мкм через 6 с после начала воздействия. Используют любой временной интервал, равный или менее 0,1 с.

Температура и рост температуры в каждой из трех точек, рассчитанные на основе решения аналитическим методом для этих двух примеров, перечислены в таблицах 5, 6. Прогнозируемый компьютерным кодом рост температуры должен соответствовать росту температуры из решения аналитическим методом в трех точках для двух примеров с максимальной погрешностью 0,2%.

Метод расчета, используемый в 6.1.5, должен отвечать требованиям валидации, указанным в таблице 7.

При валидации модели ожоговой травмы кожи используют значения толщины слоя, коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости, указанные в таблице 2 и приложении A или в таблице 3, а также начальные и граничные условия из 6.1.4 за исключением того, что тепловые потоки воздействия из перечисления d) 6.1.4 становятся постоянными значениями, указанными в таблице 7. Общее время расчета должно быть выбрано таким образом, чтобы температура на границах эпидермиса и дермы, дермы и гиподермы во время фазы охлаждения опускалась ниже 44 °C. Для данных примеров предполагается, что поверхность кожи является адиабатической во время фазы охлаждения, то есть никаких тепловых потерь с поверхности во время охлаждения не происходит.

Примечание - Адиабатическое граничное условие при охлаждении выбрано из-за отсутствия подробной информации в опубликованных документах по ориентации предплечий и близости окружающего оборудования, используемого для проведения экспериментов. Кроме того, данные, полученные от датчиков тепловой энергии при проведении испытания по ISO 13506-1, учитывают конвективные потери и потери теплового излучения, которые по своей сути являются результатом расчета чистой энергии, поглощенной датчиками тепловой энергии. Поэтому данное адиабатическое предположение применимо только к набору данных валидации модели, а не ко всему методу испытания.

В дополнение к индивидуальной калибровке датчика должна быть проведена проверка модели "датчик тепловой энергии - сбор данных - прогнозирование ожоговой травмы" как единого целого. Случайно выбранный датчик из каждого модуля сбора данных подвергают воздействию известного постоянного теплового потока с продолжительностью, отвечающей требованиям таблицы 8, в результате чего компьютерная программа для прогнозирования ожоговой травмы на манекене рассчитает ожоговую травму второй степени. Для проведения проверки используют источник теплового излучения. В таблице 8 приведены три различных диапазона теплового потока (3800 - 4200 Вт·м^-2, 7600 - 8400 Вт·м^-2, 15 200 - 16 800 Вт·м^-2). In situ валидация должна проводиться в каждом из трех диапазонов и соответствовать требованиям, приведенным в таблице 8. Общий диапазон тепловых потоков охватывает те, которые используются Столл и Грином [7]. Если требуется интерполяция, учитывают сильно нелинейное поведение зависимости или рассчитывают продолжительность воздействия с помощью компьютерного кода прогнозирования ожоговой травмы на манекене.

Данная in situ валидация должна проводиться как минимум ежегодно. Должна вестись постоянная запись валидации. Если валидация выходит за пределы рекомендуемых значений из таблицы 8, определяют причину и исправляют ее.

Примечание - Параметры из таблицы 8 охватывают диапазон поглощенных тепловых потоков, использованных Столл и Грином [7] в своих экспериментах. Значения времени, перечисленные в таблице 8, представляют собой прогнозируемое время горения при непрерывном нагреве и, таким образом, отличаются от средних значений, определенных в экспериментах, проведенных Столл и Грином, которые представлены в 7.3 и таблице 7. Столл и Грин использовали воздействия постоянной интенсивности с фиксированной продолжительностью воздействия, что приводило к травме, возникающей через некоторое время после прекращения воздействия, когда слои кожи охлаждались. Именно общее время, в течение которого растет количество клеток, имеющих температуру выше 44 °C, имеет важное значение в появлении повреждения клеток и образования волдырей на коже (ожоговая травма второй степени). Здесь нагрев происходит непрерывно до конечной точки. При непрерывном нагревании наступление ожоговой травмы второй степени будет происходить в момент времени, более поздний, чем время воздействия, используемое Столл и Грином, поскольку период охлаждения не включается, и конечное значение омега будет больше 1,0.

Указывают, что образец (образцы) был(и) испытан(ы) в соответствии с ISO 13506-1, и оценивают результаты испытаний в соответствии с настоящим стандартом.

В дополнение к информации из протокола испытаний по ISO 13506-1 в протокол испытаний должна быть включена информация, описанная в 8.2, 8.3.

Указывают, какая модель кожи использовалась при расчетах прогноза ожоговой травмы:

- модель A, в соответствии с таблицами 1, 2 и приложением A, или

- модель B, в соответствии с таблицами 1, 3.

В протокол включают результаты по общей площади поверхности манекена, получившей прогнозируемую ожоговую травму второй и третьей степени. Прогнозируемая ожоговая травма основывается как на общей площади манекена, содержащего датчики теплового потока (см. 8.3.2), так и на общей площади манекена, покрытого испытуемым образцом (см. 8.3.3). Неисправный(е) или нефункционирующий(е) датчик(и) и соответствующая(ие) отображаемая(ые) область(и) должны быть исключены из расчетов общей площади манекена (8.3.2) и площади, покрываемой испытуемым образцом (8.3.3).

Время до появления болевых ощущений и время начала прогнозируемой ожоговой травмы первой степени может быть рассчитано и при необходимости внесено в протокол.

a) Прогнозируемая площадь ожоговой травмы второй степени на манекене (%).

b) Прогнозируемая площадь ожоговой травмы третьей степени на манекене (%).

c) Прогнозируемая площадь общей ожоговой травмы на манекене [т.е. сумма ожоговых травм второй и третьей степени (%)] и связанная с ней вариационная статистика, такая как стандартное отклонение.

a) Прогнозируемая площадь ожоговой травмы второй степени (%) от покрытой площади манекена.

b) Прогнозируемая площадь ожоговой травмы третьей степени (%) от покрытой площади манекена.

c) Прогнозируемая площадь общей ожоговой травмы (%) [т.е. сумма ожоговых травм второй и третьей степени (%)] от покрытой площади манекена и связанная с ней вариационная статистика, такая как стандартное отклонение.

Должна быть внесена в протокол схема манекена, показывающая расположение и уровни ожоговых травм в соответствии с прогнозируемыми площадями ожоговых травм второй и третьей степени.

Может быть внесена в протокол таблица с указанием времени до появления болевых ощущений, травмы первой, второй и третьей степени по каждому датчику. Другая дополнительная внесенная в протокол информация может включать глубину ожоговой травмы (расположение, где ), средний тепловой поток и поглощенную энергию для каждого датчика.

Параметры модели кожи:

- объемная теплоемкость , Дж·м^-3·К^-1 и

- температурно-зависимый коэффициент теплопроводности k, Вт·м^-1·К^-1, рассчитывают для каждого слоя кожи в соответствии со следующими формулами, взятыми из литературных источников [9] и [10].

Слои: 1 - эпидермис;

2 - дерма;

3 - гиподерма.

Для любого слоя (где W_x - массовая доля материала; w - вода, f - жир, p - белок) рассчитывают следующие значения, используя формулы (A.1) - (A.3):

Используя следующие параметры:

T - температура, °C;

- значения теплофизических параметров воды:

, плотность воды, кг·м^-3;

C_p,w = 4184, теплоемкость воды, Дж·кг^-1·К^-1;

k_w - коэффициент теплопроводности воды, Вт·м^-1·К^-1, рассчитанный по формуле (A.4).

- значения теплофизических параметров жира:

, плотность жира, кг·м^-3;

C_p,f = 1841, теплоемкость жира, Дж·кг^-1·К^-1;

k_f - коэффициент теплопроводности жира, Вт·м^-1·К^-1, рассчитанный по формуле (A.5).

- значения теплофизических параметров белка:

, плотность белка, кг·м^-3;

C_p,p = 3807, теплоемкость белка, Дж·кг^-1·К^-1;

k_p - коэффициент теплопроводности белка, Вт·м^-1·К^-1, рассчитанный по формуле (A.6).

--------------------------------

<*> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Обозначение теплопроводности белка "k_f" заменено на "k_p".

- массовые доли для каждого из слоев:

для слоя 1 (массовые <**> доли для слоя эпидермиса):

W_w = 800 г/кг, массовая доля воды;

W_f = 60 г/кг, массовая доля жира;

W_p = 140 г/кг, массовая доля белка;

для слоя 2 (массовые доли для слоя дермы):

W_w = 700 г/кг, массовая доля воды;

W_f = 120 г/кг, массовая доля жира;

W_p = 180 г/кг, массовая доля белка;

для слоя 3 (массовые <**> доли для слоя гиподермы):

--------------------------------

<**> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Для слоев 1 и 3 заменено "весовые доли" (в тексте ISO 13506-2:2024 "weight fractions") на "массовые доли".

W_w = 200 г/кг, массовая доля воды;

W_f = 720 г/кг, массовая доля жира;

W_p = 80 г/кг, массовая доля белка.

B.1 По методам испытаний с использованием ISO 13506-1 и настоящего стандарта были проведены межлабораторные испытания однослойной одежды, изготовленной из трех различных материалов, и одежды пожарного. В межлабораторных сличительных испытаниях приняли участие двенадцать лабораторий по всему миру.

За время межлабораторных сличительных испытаний были использованы три комбинезона 52-го размера производства PWG Bedrijfveilige Kleding B.V. (www.pwg.nl) и один комплект: брюки и куртка пожарного, оба предмета 54-го размера, производства NOVOTEX-ISOMAT Schutzbekleidung GmbH, www.Novotex-isomat.de, email: info@novotex-isomat.de <*>. Результаты представлены в таблице B.1.

--------------------------------

<*> Эта информация предоставлена для удобства пользователей настоящего стандарта и не является одобрением ISO данного продукта. Допускается использование эквивалентных продуктов, если они могут продемонстрировать достижение аналогичных результатов.

--------------------------------

<1> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Добавлено наименование волокон, входящих в состав ткани Tough в количестве 75%.

<2> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Стандарт "ISO 13506-1:2017" заменен на "ISO 13506-1:2024".

Предмет одежды A: однослойный, 4 с и 3 с <*> воздействия при тепловом потоке 84 кВт/м², время измерения - 120 с;

предмет одежды B: однослойный, 4 с и 3 с <*> воздействия при тепловом потоке 84 кВт/м², время измерения - 120 с;

предмет одежды C: однослойный, 4 с и 3 с <*> воздействия при тепловом потоке 84 кВт/м², время измерения - 120 с;

--------------------------------

<*> Исправлена ошибка, допущенная в ISO 13506-2:2024. Время воздействия "4 с" заменено на "4 с и 3 с" в соответствии с таблицей B.2 и аналогичным приложением B в ISO 13506-2:2024.

одежда D: комплект пожарного, 8 с воздействия при тепловом потоке 84 кВт/м², время измерения - 240 с.

B.3 Все испытания проводились на одежде с идентичной конструкцией. Каждая лаборатория провела три отдельных испытания для каждого из четырех образцов различных материалов, в заданном случайном порядке (всего 12 испытаний для каждой лаборатории).

B.4 Время измерения для оценки переданной энергии для однослойной одежды составляло 120 с, а для комплекта пожарного - 240 с.

B.5 Общие результаты межлабораторных испытаний по переданной энергии приведены в таблице B.2. Применен статистический анализ в соответствии с ISO 5725 (все части).

B.6 Подробный отчет доступен в секретариате [N267 Неконфиденциальный отчет межлабораторного сличительного испытания ISO 13506-1:2017 и ISO 13506-2:2017 по термоманекену, датчикам и калибровке манекена, испытаниям стандартных комбинезонов и одежды пожарных (2022-03-30)]. Отчет включает в себя подробный протокол испытания, а также более подробную информацию об одежде и о том, где она была заказана. Межлабораторные сличительные испытания также включали дополнительные оценки, касающиеся калибровки датчиков, реакции датчиков и воздействия на обнаженный манекен, которые могут помочь настроить испытательную систему в соответствии с настоящим стандартом и ISO 13506-1.

--------------------------------

<*> Официальный перевод данных стандартов находится в Федеральном информационном фонде стандартов.