Forschungsteam entwickelt Feuerwehrjacke mit Kühlsystem

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Ein Forschungsteam der Universität Salzburg und von Salzburg Research hat eine selbstkühlende Feuerwehrjacke entwickelt, die Feuerwehrleute vor Überhitzung schützen soll. Die Auftragsarbeit umfasst ein Sensorensystem, das ab einer kritischen Körpertemperatur Gegenmaßnahmen einleitet.

Die Jacke selbst unterstützt in erster Linie den körpereigenen Kühlprozess. Schweiß kann besser auf der Haut verdunsten, wenn die Luftfeuchtigkeit niedrig ist. Durch Luftkühlung soll das System diesen Zustand erreichen.

Hitze beeinträchtigt Entscheidungsfähigkeit

Ein Problem ist nicht nur ein möglicher körperlicher Kollaps, sondern auch der psychologische Einfluss: Ab einem Hitzestress von 38,5 Grad Celsius Körperkerntemperatur verhalten sich Menschen risikoreicher, impulsiver und neigen dazu, sich selbst körperlich zu überschätzen.

"Wir möchten herausfinden, ob die neuartige Luftkühlung das subjektive Wohlbefinden der Feuerwehrkräfte tatsächlich verbessert, die körperliche Belastung verringert und dadurch gegebenenfalls eine überlegtere Entscheidungsfindung unter Hitzestress ermöglicht", sagt Jannic Wälde von der Universität Salzburg.

Sensoren messen Luftfeuchtigkeit in der Jacke

Obwohl eine mitgeführte Druckluftflasche nur begrenzt frische Kühlluft liefern kann, muss die Kühlung dennoch effektiv sein. Zugleich muss das System den extremen Bedingungen eines Feuerwehreinsatzes standhalten, was eine besondere Herausforderung gewesen sei, erklärt Severin Bernhart vom auf Bewegungsdatenanalyse spezialisierten Forschungsinstitut Salzburg Research.

Sensoren aus einem Baumwoll-Stoff mit integrierten leitfähigen Edelstahlfäden reagieren auf die Luftfeuchtigkeit in der Einsatzjacke – verursacht durch Schweiß. "Wenn das Textil feucht wird, verändert sich der Widerstand im Textil, welcher über einen 10kOhm Spannungsteiler gemessen wird", erläutert Bernhart. Das Forschungsteam stellte fest, dass die Feuchtigkeitsdaten des Sensors mit der Luftfeuchtigkeit im Mikroklima der Jacke zusammenhingen. Diese wiederum stehe in Korrelation zur Körperkerntemperatur der Trägerin oder des Trägers, erläutert der Forscher. Der Sensor lieferte die genauesten Daten, wenn er am oberen Rücken platziert war, zeigte die Laborstudie.

Praxistest in der Sauna

Um das System zu prüfen, wurde 19 Teilnehmer einer ersten Laborstudie mit Schutzanzug und Atemschutzmaske in eine Sauna gesetzt. Die Probanden beantworteten anschließend – nach einer Laufeinheit auf dem Laufband inklusive Helm und Sauerstoffflasche – noch in der Ausrüstung Fragen für einen kognitiven Test. Das Team konnte so zwischen Hitzestress durch Wärme und Hitzestress durch körperliche Anstrengung besser unterscheiden.

"Aus den Labordaten wurde ein Kipppunkt festgestellt, bei dem die Körperkerntemperatur stark ansteigt", so Bernhart. Auf Grundlage der Erkenntnisse entwickelten die Wissenschaftler einen Algorithmus, um den Kipppunkt einzuschätzen. Der berechnete Kipppunkt trat im Testszenario aber zu früh ein. Im Test arbeiteten die Forscher mit einer semi-automatischen Lösung: Eine Zeitschranke verhinderte ein zu frühes Auslösen. "Ohne diese Zeitschranke hätte die Kühlung meistens zu früh ausgelöst", sagt Bernhart. Der Grund dafür: Im Test schwitzten die Teilnehmer mit der Ausrüstung bereits, bevor sie in den Brandeinsatz gingen. Bei Sensorik und Algorithmus bestehe also noch Nachbesserungsbedarf für echte Situationen.

Frische Luft aktiviert körpereigenes Kühlsystem wieder

Über ein Signal von den Sensoren an die Druckluftflasche aktiviert sich das System und bringt frische Luft unter die Jacke. "Die frische trockene Luft verdrängt die von Schweiß gesättigte Luft, sodass der Körper-Kühlmechanismus wieder funktionieren kann und Hitzestress gegebenenfalls vermieden werden kann", erläutert Bernhart.

Den Prototypen der Jacke testete das Team in einer Brandsimulationsanlage. Bei einem Versuch mit zwölf Feuerwehrleuten mit Jacke sowie einer Kontrollgruppe zeigten sowohl die Sensordaten als auch die Rückmeldungen der Teilnehmenden, dass das System funktioniere. Ob sich das System auch auf die Körperkerntemperatur auswirke, werte das Team derzeit noch aus.

Wie teuer eine solche Jacke werden könnte, können Bernhart und seine Mitstreiter noch nicht einschätzen. "Natürlich versuchen wir die Integration des Systems möglichst simpel zu halten, damit die Kosten nicht zu hoch werden", so Bernhart. "Derzeit sind wir in einem Prototypen-Stadium und der Komfort und die Usability müssen hinsichtlich eines Produkts noch verbessert werden."

(are)