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2025-04-222015-08-192023-06-162022-09-08熱舒適性暖體假人-暖體出汗假人可用于評價不同類型防護服的防火性和密封性，防護服系統的舒適性是其使用性能中具有非常重要意義的一項性能指標，越來越多的標準測試方法采用與真人一樣大小的暖體假人來測試防護服系統的性能。此外，暖體假人還被用來評價、比較個體液冷服與防護服配套使用時的有效性。暖體假人已被許多研究人員用來測量服裝系統的熱阻和蒸發阻抗。這兩項阻值用于預測穿戴者在特定環境下從事某一活動時的熱舒適或熱應力的生物物理模型。暖體假人zui近的發展趨勢側重于模擬人體特定加熱部位，如頭、手、腳、小腿等，以便更精確地評價用于頭盔、手套或連指手套、鞋襪材料的熱效率。值得一提的是，暖體假人是熱計量設備，其身材大小和形狀類似于普通人，被加熱后其體表溫度模擬人體的局部和平均表面溫度，但他們不會像人類那樣對環境或服裝的改變做出及時反應。本文首先對暖體假人進行分類；其次，分別基于暖體假人測量防護服的熱阻和蒸發阻抗，以表征防護服的舒適性、安全性。同普通服裝相比，防護服由特定材料組成，其扣緊系統具有創新性，且防護服的設計*。
熱舒適性暖體假人能反應影響人體與環境熱交換的因素，這些因素包括：
①人體被織物覆蓋的表面積和裸露皮膚的表面積；
②人體表面服裝層和空氣層的分布（即非均勻性）；
③松緊度；
④因人體著裝后散熱面積的增加（即服裝面積系數）；
⑤產品設計的影響；
⑥著裝特征的改變（拉鏈被打開、戴頭巾等）；
⑦人體不同部位溫度（和散熱量）的差異；
⑧人體姿勢的影響（如站姿、坐姿、躺著）；
⑨人體活動的影響（如步行、騎自行車）；
⑩暖體假人試驗可反應情況，因為這樣的試驗可定量描述服裝系統對整個人體與環境之間熱交換的影響。
干態暖體假人
干態暖體假人可工作在三種方式下：恒溫法、變溫法和恒熱法。恒溫法是將暖體假人個解剖段的體表溫度控制在設定的范圍內，使暖體假人進入一個動態熱平衡狀態，以便得到穩定的實驗結果，該方式用于測量服裝的熱阻值；變溫法是基于人體在冷環境中的熱調節模型，模擬真人在不同環境下體表溫度的變化，穩態時的體表溫度不是設定值，而是和真人一樣自然平衡的結果，同樣可以得到與恒溫法測量的非常相似的服裝熱阻，變溫法具有近似真人的評價意義；恒熱法是根據服裝的熱阻和環境參數，用設定的熱流值來觀察全身各部位散熱的差異，這時體表溫度逐漸下降，直到穩定。
根據運動方式干態暖體假人可分為靜態暖體假人和動態暖體假人。靜態暖體假人有站姿和坐姿兩種，站姿暖體假人主要用于服裝保暖性能評價，坐姿暖體假人主要用于機動車中熱環境和機動車駕駛員熱舒適性評價，也用于航天服的功能評價。動態暖體假人能模擬人體步行，活動部位主要是肩關節、肘關節、膝關節和踝關節，動態暖體假人用于研究人體運動、風速等對服裝熱阻的影響。當步速為1.13m/s時，服裝熱阻降低大約22%-32%。
出汗暖體假人
人體除了通過傳導、對流、輻射方式向周圍環境散熱外，還通過人體皮膚表面汗液的蒸發散失熱量。如果水蒸汽能及時通過服裝系統擴散到周圍環境，人才感到舒暢，如果服裝阻礙水蒸汽的通過，使人體皮膚與服裝之間的微氣候中的濕度增大，水蒸汽將積累到一定程度而冷凝成水，使人感到不舒服。當人體進行劇烈活動或處于炎熱的環境中，汗液的蒸發成為人體散失熱量的重要途徑，此時更加要求衣服具有足夠的水蒸汽傳遞能力。由此可見，有必要準確地測試服裝的蒸發阻力，以便對服裝的熱濕傳遞性能作出綜合評價。
由于干態暖體假人只能在非蒸發散熱范圍內模擬人體的反應，人們又開發了出汗暖體假人。早期的出汗暖體假人是在假人表面覆蓋一層純棉織物或其它透濕性好的內衣來模擬人體皮膚，先將蒸餾水噴射到模擬皮膚上，然后穿上衣服，使假人平均體表溫度上升到一定水平，控制系統每5分鐘對假人體表溫度、環境參數和加熱功率記錄一次，并計算服裝的蒸發阻力，在模擬皮膚開始干燥之前完成測試。由于這一過程是一種準穩態過程，通常時間很短，主要靠操作者主觀判斷其中相對穩定的蒸發阻力值作為測試結果，所以這種方法不能很準確地、可重復地測量服裝的蒸發阻力。
呼吸暖體假人
可呼吸的暖體假人主要用于室內工作環境的研究與室內空氣品質的評估。呼吸暖體假人的身材大小和普通人一樣，由25個加熱區段構成，各區段單獨加熱，獨立控制，假人可改變姿勢和自由活動，以模仿人體在各種辦公室的情況，暖體假人采用緊身著裝方式，因為衣服可減少各區段相互之間的熱輻射以及在校正時室內空氣溫度對傳熱系數的影響，再者衣服可降低衣服和假人表面間的空氣層厚度，以盡量減少測量的不確定性。
呼吸暖體假人可工作在三種方式：1)舒適模式，模擬普通人在熱環境下保持舒適狀態的干態散熱和體表溫度；2)恒溫模式，假人的體表溫度為34°C；3)恒熱模式，用于室內溫度高于34°C時的熱環境的評價。舒適模式能代表人體的實際溫度分布，被廣泛使用。
浸水暖體假人
可浸水暖體假人是在暖體假人的基礎上，加上防水密封裝置，使假人具有防水功能。主要用于測試潛水服、水上救生衣在冷環境下的防護功能。測試時，將著裝的假人浸入水中，保持水溫恒定，記錄假人皮膚表面溫度、環境溫度和各區段的加熱功率，計算潛水服的總熱阻值，這時總熱阻值包括內衣、潛水服、水和空氣的熱阻。實驗證明由浸水暖體假人得到的潛水服總熱阻與用真人測得的總熱阻值吻合，湍流會大大降低潛水服的總熱阻，水波的高度也能降低潛水服的總熱阻。通過浸水暖體假人測得的熱阻值還可用于預測服裝在某一環境下的耐受時間。
數值暖體假人
暖體假人由于制造工藝復雜，且價格昂貴，假人的實驗條件如人工氣候室的成本高，世界上只有為數不多的實驗室擁有。在計算機上利用“虛擬”的假人進行工效學研究則可以節省大量成本。zui近，由于計算機運算速度的迅速發展，計算流體動力學(ComputationalFluidDynamics,CFD)技術在各行業都得到了越來越多的應用，運用計算機技術來對人體進行仿真也成為可能。與傳統暖體假人相對，這種計算機仿真的假人稱為數值暖體假人，假人周圍傳熱傳質的模擬是通過求解一系列偏微分方程實現。如果輸入特定的環境參數和服裝的熱學性能，數值暖體假人能對人體的傳導、對流、輻射和蒸發等所有的散熱進行計算，并預測人體局部溫度和換熱系數，以及各部位的汗液分布等，從而對某一環境的熱舒適和空氣品質進行評價。
暖體假人將繼續用于測量防護服系統的熱阻和蒸發阻抗。在防護服系統的研發過程中，它是一種有用的工具。暖體假人可以在穩定狀態和瞬態條件下用來評價防護服，以及預測穿戴者的舒適（或熱應力）。雖然暖體假人易使用，但是假人、人工氣候室、計算機控制與數據采集系統費用昂貴，維護復雜，但是暖體假人是防護服測評研究的重要設備，它的研究開發與推廣應用有著重要的現實意義。相信各有關研究機構通力合作，在不久的將來，暖體假人測試技術會有更大的發展。
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