Verständnis der PSA-Auswahl für Wärmeenergie

In unserem Blog "Hitzetoleranz und Temperatur entschlüsseln" habe ich mich mit der Verwirrung zwischen den Begriffen "Wärmetoleranz", "Temperatur" und "Wärmeenergie" befasst und wie sich dies in der Frage äußert, die uns oft in verschiedenen Formen gestellt wird:-

"Wie hoch ist die Hitzetoleranz dieses Kleidungsstücks?".

Diese Frage ist nichtssagend und zeugt von einem falschen Verständnis des Hitzeschutzes, denn sie wird oft als Bestätigung dafür verwendet, dass "dieses Kleidungsstück vor dieser Temperatur schützt".

Die Temperatur einer Wärmequelle ist nur ein Faktor dafür, ob ein Kleidungsstück in einer bestimmten Situation schützt oder nicht. Entscheidend ist nicht die Temperatur, sondern die Übertragung der Wärmeenergie von der Wärmequelle auf die Haut des Trägers der Schutzkleidung.

Die Temperatur beeinflusst zwar die Menge der von einer Wärmequelle erzeugten Wärmeenergie, doch ob es zu einer Verbrennung kommt, hängt von der Menge und der Geschwindigkeit der Wärmeenergieübertragung ab. Dies hängt nicht nur von der Temperatur der Wärmequelle ab, sondern auch von mehreren Faktoren wie ihrer Masse, der Nähe des Trägers zu ihr, der Dauer der Einwirkung, der Art der Wärmeenergie und nicht zuletzt von der Physiologie des jeweiligen Trägers.

Da es also nicht um die Temperatur, sondern um die Übertragung von Wärmeenergie geht, stellt sich die Frage, wie die Wirksamkeit ausgewählter Hitzeschutzkleidung und ihre Eignung für eine bestimmte Anwendung beurteilt werden kann. Dieser Blog befasst sich mit dieser Frage und zeigt auf, wie Tests innerhalb der relevanten EN-Norm ein nützliches Werkzeug für die Auswahl von Brandschutzkleidung sein können.

Was ist Wärmeenergie?

Wärmeenergie ist in jeder Materie enthalten. Es handelt sich um Energie, die aus der Bewegung von Molekülen oder Atomen resultiert; die Atome in einem relativ kühlen Objekt sind weniger bewegt und die in einem heißen Objekt sind mehr bewegt. Diese Energie wird immer dazu neigen, von einem Objekt zu einem anderen zu fließen oder übertragen zu werden, und zwar immer von einem Objekt mit mehr Energie zu einem Objekt mit weniger Energie (ähnlich wie Wasser immer bergab fließt). Ein Feuer enthält ein höheres Maß an Wärmeenergie als eine Person, die in der Nähe steht, also wird die Energie vom Feuer auf die Person übertragen, die diesen Energiefluss in Form von Wärme spürt und sich erwärmt.

Es gibt verschiedene "Wege", auf denen diese Energie von einem Objekt auf ein anderes übertragen werden kann. Diese manifestieren sich als unterschiedliche "Arten" von Wärmeenergie - obwohl die Energie dieselbe ist, erfolgt die Übertragung von einem Körper auf einen anderen auf unterschiedlichen Wegen.

Der Zweck von Hitze- und Flammschutzkleidung ist es, diesen Energiefluss von der Quelle zur Haut des Trägers zu verhindern oder zumindest zu verzögern oder zu verlangsamen.

Wenn man dieses einfache Konzept verstanden hat, wird sofort klar, warum die folgenden Punkte für Flamm- und Hitzeschutzkleidung wichtig sind:-

1. Die Dicke oder Dichte des Gewebes. Ein dickerer, dichterer Stoff verhindert die Übertragung von Wärmeenergie effektiver
2. Die Dichtigkeit der Bindung in gewebten Stoffen. Ein dichteres Gewebe verzögert die Übertragung von Wärmeenergie effektiver.
3. Die Luft in der Lücke zwischen dem Stoff und dem Körper ist eine wichtige zusätzliche Isolierung; daher ist ein sackartiges Kleidungsstück effektiver, und die höchste Stufe der Hitzeschutzkleidung (aluminisierte Kleidungsstücke) ist absichtlich groß geschnitten, um diese Isolierung zu verbessern.
4. Hitzeschutzkleidung schützt nicht vor hohen Umgebungstemperaturen (die Umgebungstemperatur ist die Temperatur (oder das Wärmeenergieniveau) der Atmosphäre oder der Umgebungsluft). Bei hohen Umgebungstemperaturen enthält die Luft selbst ein hohes Maß an Wärmeenergie, und keine Standard-Wärmeschutzkleidung kann verhindern, dass diese Luft in den Anzug eindringt und auf die Haut des Trägers übertragen wird.

Wie kann dieses Wissen genutzt werden, um die Wirksamkeit von Hitzeschutzkleidung zu beurteilen?

Zunächst einmal ist es wichtig zu verstehen, gegen welche Art der Übertragung von Wärmeenergie (oder besser gesagt, welchen "Weg" sie nimmt) Sie sich schützen wollen. Zum Beispiel:

• Wenn bei einer Tätigkeit in der Nähe eines heißen Ofens gearbeitet wird, besteht die Gefahr in erster Linie durch Strahlungswärme ("in erster Linie", weil auch andere Arten von Wärmeenergie beteiligt sein können).
• Wenn eine Aufgabe den Schutz vor der Gefahr eines Stichflammens beinhaltet, besteht die Gefahr in erster Linie aus konvektiver Wärmeenergie.
• Wenn eine Arbeit das Anlehnen an eine heiße Oberfläche oder einen heißen Gegenstand erfordert, wie z. B. das Aufheben heißer Teile, besteht die Gefahr in erster Linie in der Kontaktwärmeenergie.
  

  Hinweis: Der Schutz vor Störlichtbögen ist eigentlich eine Voraussetzung für den Schutz vor hoher Strahlungswärmeenergie. Ein Störlichtbogen besteht aus extrem hohen Temperaturen (bis zu 30.000oC- die Temperatur der Sonnenoberfläche!) mit großen Mengen an Wärmeenergie, die in einem Augenblick erzeugt werden. Der Störlichtbogen wird in einer eigenen Norm behandelt, der EN 61482, und nicht in der EN 11612.

   

   

Bei diesen Tests gibt es einige wichtige Punkte zu beachten:

1. Das Grundprinzip (der Tests für Strahlungs-, Konvektions- und Kontaktwärme) besteht darin, den Stoff zwischen einer Wärmequelle und einem Wärmesensor zu positionieren und die Zeit bis zum Aufzeichnen eines bestimmten Temperaturanstiegs (^24o für Strahlungs- und Konvektionswärme, ^10o für Kontaktwärme) zu messen. Je länger dieser Temperaturanstieg gemessen wird, desto besser wird die Wärmeübertragung verzögert und desto effektiver ist das Kleidungsstück.

Die Unterschiede liegen in der Wärmequelle:-

2. Während wir drei Hauptarten von Wärmeenergie erwähnt haben, gibt es in der Norm fünf Prüfungen.

Zwei davon betreffen Spritzer von geschmolzenem Metall (Eisen und Aluminium), die mit dem Stoff in Berührung kommen. Natürlich sind dies Beispiele für Kontaktwärme, aber da es sich um spezielle Anwendungen mit geschmolzenen Metallspritzern handelt und die Temperaturen viel höher sind, werden sie mit anderen Tests bewertet.

Da die Temperatur sehr hoch ist, würden herkömmliche Wärmeschutzanzüge nur wenig Schutz bieten, wenn der Spritzer geschmolzenen Metalls an der gleichen Stelle verbleibt - er würde sehr schnell durchbrennen. Die Wirksamkeit hängt also davon ab, dass der Stoff in der Lage ist, den Tropfen sofort abzustoßen, so dass er schnell abläuft und nicht an einer Stelle verbleibt.

Bei den Tests mit geschmolzenem Metall wird ein anderes Prinzip angewandt, bei dem ein Kleidungsstück in einem Winkel von ^45° mit einer simulierten Hautschicht dahinter gehalten wird. Eine bestimmte Menge des geschmolzenen Metalls wird auf den Stoff getropft, und diese Menge wird so lange erhöht, bis die simulierte Haut beschädigt wird. Eine höhere Klassifizierung wird dadurch erreicht, dass eine größere Menge des geschmolzenen Metalls erforderlich ist, um eine Beschädigung zu verursachen.

3. Die Norm schreibt vor, dass nur EINER dieser Tests durchgeführt wird. Daher ist es wichtig zu wissen, dass der von Ihnen gewählte Schutzanzug dem für Ihre Gefahr relevanten Test unterzogen wurde. Es ist wenig sinnvoll, einen Schutzanzug zu wählen, der nur für Strahlungshitze klassifiziert wurde, wenn Ihre Anwendung Kontakthitze beinhaltet.

4. Jeder der Tests ist mit einem Kennbuchstaben versehen und ermöglicht eine Klassifizierung der Ergebnisse wie folgt
   
   Brandschutzkleidung: Ein nützliches System zur Kennzeichnung

Wie man sieht, ist jeder Test mit einer Leistungsstufe von 1 bis 3 oder 4 klassifiziert;

• Stufe 1 ist der niedrigste Schutz (d. h. der aufgezeichnete Temperaturanstieg erfolgte in der kürzesten Zeit oder eine geringere Menge geschmolzenen Metalls beschädigte die simulierte Haut)
• Stufe 3 oder 4 ist die höchste Stufe (der aufgezeichnete Temperaturanstieg erfolgte in einer längeren Zeit oder eine größere Masse an geschmolzenem Metall beschädigte die simulierte Haut).

Die Norm schreibt außerdem vor, dass die durchgeführten Tests und Leistungsstufen auf dem Kleidungsetikett mit dem FR-Piktogramm angegeben werden

In diesem Fall also, C3 steht für die höchste Leistungsstufe für Strahlungswärme und B1 für die niedrigste Leistungsstufe für Konvektionswärme.

(Anmerkung: Die Buchstaben A1 und A2 beziehen sich auf die ebenfalls in der Norm geforderte vertikale Entflammbarkeitsprüfung, die die Reaktion auf den Kontakt mit einer Flamme anzeigen soll und bei der sich der Stoff nicht entzündet und brennt. Dabei wird eine Flamme entweder in der Mitte (Methode A - gekennzeichnet durch "A1") oder an der Unterkante (Methode B - gekennzeichnet durch "A2") eines vertikal aufgehängten Stoffmusters angebracht, und eine visuelle Bewertung der Reaktion führt zu einer Einstufung in Index 1, 2 oder 3 (3 ist die höchste Stufe; für eine Zertifizierung nach EN 11612 ist mindestens Index 3 erforderlich). Nur eine dieser Einstufungen ist obligatorisch, und die höchste Einstufung ("Index 1") ist für die Zertifizierung nach EN 11612 erforderlich, so dass die Kleidungsstücke oft nur als A1 gekennzeichnet werden).

Somit sind die Tests zum Widerstand gegen die Übertragung von Wärmeenergie ein nützlicher Hinweis auf die Leistung des Bekleidungsstoffs bei der Übertragung verschiedener Arten von Wärmeenergie von der Quelle zur Haut des Trägers. Mit anderen Worten: ein nützliches Instrument zur Angabe der Schutzleistung des Kleidungsstücks. Ein weiteres Problem ist jedoch die praktische Anwendbarkeit: Was bedeutet dies in der realen Welt?

Wie lässt sich dies auf feuerfeste Kleidung in der realen Welt übertragen?

Natürlich ist es nützlich zu wissen, dass das von Ihnen gewählte Kleidungsstück für eine Anwendung, die einen Schutz gegen Stichflammen erfordert, der entsprechenden Prüfung der Wärmeenergiebeständigkeit unterzogen wurde. Aber was bedeuten die verschiedenen Klassifizierungen und wie kann dies nützlich sein?

Benötigen Sie für eine bestimmte Anwendung ein Kleidungsstück mit der Leistungsstufe B2 oder B3 oder reicht eine Leistung von B1 aus?

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie die Klassifikationen in der Praxis verwendet werden können.

1. Bei jedem Test wird eine Wärmequelle verwendet, deren Bedingungen so gehalten werden, dass an der Oberfläche des Gewebes eine bestimmte Wärmekalorienzahl erzeugt wird. Daher wäre es theoretisch möglich, die in Ihrer Anwendung wahrscheinlich erzeugte Wärmeenergie zu berechnen und diese mit den Leistungsklassifizierungen in den Testergebnissen in Beziehung zu setzen - und so anzugeben, welches Mindestleistungsniveau erforderlich ist.

Möglich - aber kompliziert - und wahrscheinlich mit einem hohen Maß an Ungenauigkeit aufgrund der natürlichen Schwankungen in der realen Anwendung. Es ist zum Beispiel unwahrscheinlich, dass ein Träger während der gesamten Dauer der Anwendung genau den gleichen Abstand zur Wärmequelle einhält, so dass das Niveau der Wärmeenergie erheblich schwanken wird. (Obwohl diese Methode - die Berechnung der bei einem Vorfall erzeugten Wärmeenergie und deren Bezug zu den geprüften Leistungswerten von Lichtbogen-Arbeitskleidung - beim Schutz vor Lichtbögen verwendet wird)

2. Realistischerweise enthält die Norm eine allgemeine und besser anwendbare Methode, um die Leistungsstufen mit realen Anwendungen in Beziehung zu setzen.

Eine Risikobewertung, bei der eine Flammen- oder Hitzegefahr festgestellt wird, sollte angeben, ob das Risiko hoch, mittel oder gering ist. Die Leistungsstufen in der Norm sind so konzipiert, dass sie sich direkt auf diese Bewertungen beziehen. Wenn also eine Gefahr als hohes Risiko eingestuft wird, dann wäre für diese spezielle Wärmeenergieprüfung die Leistungsstufe 3 erforderlich.

Der Grund für die vier Leistungsstufen der Strahlungswärmeprüfung ist die Berücksichtigung von Anwendungen, bei denen extreme oder "sehr hohe" Risiken durch Strahlungswärme bestehen - wie z. B. bei Arbeiten in der Nähe eines Ofens, bei denen ein hohes Maß an aluminisierte Kleidung getragen wird und wo gewebte Aramid- oder FR-behandelte Materialien, die für Standard-FR-Arbeitskleidung verwendet werden, nicht ausreichen würden.

Eine praktische Lösung für die Auswahl von FR-Arbeitskleidung mit Hitzenergiewiderstand und Bekleidungsklassifizierung

Anhand dieser Informationen ist es nun ein Leichtes, eine grundlegende Vorlage für die Auswahl von FR-Arbeitskleidung zu erstellen, die die Risikostufen und die Leistungsstufen der Wärmeübertragungstests berücksichtigt.

Das grundlegende Verfahren für die Auswahl eines geeigneten Kleidungsstücks für eine bestimmte Anwendung besteht darin, zunächst die Art der Wärmeenergie zu bestimmen, um zu ermitteln, welche Wärmeenergiebeständigkeitsprüfung durchgeführt werden sollte, und dann das Gefährdungsrisiko zu ermitteln, um anzugeben, welches Leistungsniveau in dieser Wärmeenergieprüfung das Kleidungsstück mindestens erreichen sollte.

Der Teufel steckt im Detail... Wählen Sie den leichten oder den schweren Weg?

Vor einigen Jahren schrieb ich einen Artikel auf meiner Linkedin-Seite über ein regelmäßiges und andauerndes Problem für Hersteller von PSA.

Wir haben eine Kultur, die sich zunehmend nach einfachen Antworten sehnt, und Sicherheitsmanager sind vielbeschäftigte Menschen mit wenig Zeit, um sich mit Details zu beschäftigen. Eine der vielen Herausforderungen für Hersteller von PSA besteht darin, dass ein potenzieller Kunde eine einfache Antwort auf eine Frage sucht, wie die, mit der wir begonnen und die wir angesprochen haben.

"Wie hoch ist die Hitzetoleranz dieses Kleidungsstücks?"
(oder mit anderen Worten: "Schützt dieses Kleidungsstück vor Temperaturen von X Celsius?")

ist die Frage, ob man die einfache oder die schwierige Antwort geben soll - vor allem, wenn man bedenkt, dass der wirtschaftliche Druck die Versuchung groß macht, den einfachen Weg zu gehen und die einfache Antwort zu geben.

Die beiden offensichtlichen, einfachen Antworten auf diese Frage ("ja" oder "nein") sind bestenfalls irreführend und schlimmstenfalls schlichtweg falsch - dennoch sind dies die Antworten, die einige Hersteller bereit sind zu geben, um einen schnellen Auftrag zu erhalten. Es ist einfacher, den leichten Weg zu gehen... (obwohl man damit später immer größere Probleme riskiert).

Aber der Teufel steckt immer im Detail, und um diese und viele ähnliche Fragen im Zusammenhang mit PSA richtig zu beantworten, müssen die Details - oft komplexe Details - berücksichtigt werden.

Bei FR-Arbeitskleidung ist es von entscheidender Bedeutung, die Rolle der verschiedenen Arten der Wärmeenergieübertragung zu verstehen, um beurteilen zu können, ob ein Kleidungsstück bei einer bestimmten Anwendung Verbrennungen verhindern kann.

Ein häufiges Thema in unseren Blogs und eBooks ist, dass es nicht ausreicht, nur sicherzustellen, dass die PSA nach einer Norm zertifiziert ist. Im Fall von FR-Arbeitskleidung zeigt sich dies an der scheinbar offensichtlichen Tatsache, dass ein nach EN 11612 zertifiziertes Kleidungsstück nicht für alle FR-Anwendungen geeignet sein muss.

Dies ist ein klassisches Beispiel: EN-Normen enthalten oft wichtige Details, die dem Sicherheitsbeauftragten nützliche Informationen und Hilfsmittel an die Hand geben können, um sicherzustellen, dass eine geeignete PSA ausgewählt wird und die Arbeitnehmer angemessen geschützt sind.