暖体出汗假人/热舒适性暖体假人

暖体出汗假人/热舒适性暖体假人可用于评价不同类型防护服的防火性和密封性，防护服系统的舒适性是其使用性能中具有非常重要意义的一项性能指标，越来越多的标准测试方法采用与真人一样大小的暖体假人来测试防护服系统的性能。此外，暖体假人还被用来评价、比较个体液冷服与防护服配套使用时的有效性。暖体假人已被许多研究人员用来测量服装系统的热阻和蒸发阻抗。这两项阻值用于预测穿戴者在特定环境下从事某一活动时的热舒适或热应力的生物物理模型。暖体假人zui近的发展趋势侧重于模拟人体特定加热部位，如头、手、脚、小腿等，以便更精确地评价用于头盔、手套或连指手套、鞋袜材料的热效率。值得一提的是，暖体假人是热计量设备，其身材大小和形状类似于普通人，被加热后其体表温度模拟人体的局部和平均表面温度，但他们不会像人类那样对环境或服装的改变做出及时反应。本文首先对暖体假人进行分类；其次，分别基于暖体假人测量防护服的热阻和蒸发阻抗，以表征防护服的舒适性、安全性。同普通服装相比，防护服由特定材料组成，其扣紧系统具有创新性，且防护服的设计*。

热舒适性暖体假人能反应影响人体与环境热交换的因素，这些因素包括：
①人体被织物覆盖的表面积和裸露皮肤的表面积；
②人体表面服装层和空气层的分布（即非均匀性）；
③松紧度；
④因人体着装后散热面积的增加（即服装面积系数）；
⑤产品设计的影响；
⑥着装特征的改变（拉链被打开、戴头巾等）；
⑦人体不同部位温度（和散热量）的差异；
⑧人体姿势的影响（如站姿、坐姿、躺着）；
⑨人体活动的影响（如步行、骑自行车）；
⑩暖体假人试验可反应情况，因为这样的试验可定量描述服装系统对整个人体与环境之间热交换的影响。
干态暖体假人
干态暖体假人可工作在三种方式下：恒温法、变温法和恒热法。恒温法是将暖体假人个解剖段的体表温度控制在设定的范围内，使暖体假人进入一个动态热平衡状态，以便得到稳定的实验结果，该方式用于测量服装的热阻值；变温法是基于人体在冷环境中的热调节模型，模拟真人在不同环境下体表温度的变化，稳态时的体表温度不是设定值，而是和真人一样自然平衡的结果，同样可以得到与恒温法测量的非常相似的服装热阻，变温法具有近似真人的评价意义；恒热法是根据服装的热阻和环境参数，用设定的热流值来观察全身各部位散热的差异，这时体表温度逐渐下降，直到稳定。
根据运动方式干态暖体假人可分为静态暖体假人和动态暖体假人。静态暖体假人有站姿和坐姿两种，站姿暖体假人主要用于服装保暖性能评价，坐姿暖体假人主要用于机动车中热环境和机动车驾驶员热舒适性评价，也用于航天服的功能评价。动态暖体假人能模拟人体步行，活动部位主要是肩关节、肘关节、膝关节和踝关节，动态暖体假人用于研究人体运动、风速等对服装热阻的影响。当步速为1.13m/s时，服装热阻降低大约22%-32%。
出汗暖体假人
人体除了通过传导、对流、辐射方式向周围环境散热外，还通过人体皮肤表面汗液的蒸发散失热量。如果水蒸汽能及时通过服装系统扩散到周围环境，人才感到舒畅，如果服装阻碍水蒸汽的通过，使人体皮肤与服装之间的微气候中的湿度增大，水蒸汽将积累到一定程度而冷凝成水，使人感到不舒服。当人体进行剧烈活动或处于炎热的环境中，汗液的蒸发成为人体散失热量的重要途径，此时更加要求衣服具有足够的水蒸汽传递能力。由此可见，有必要准确地测试服装的蒸发阻力，以便对服装的热湿传递性能作出综合评价。
由于干态暖体假人只能在非蒸发散热范围内模拟人体的反应，人们又开发了出汗暖体假人。早期的出汗暖体假人是在假人表面覆盖一层纯棉织物或其它透湿性好的内衣来模拟人体皮肤，先将蒸馏水喷射到模拟皮肤上，然后穿上衣服，使假人平均体表温度上升到一定水平，控制系统每5分钟对假人体表温度、环境参数和加热功率记录一次，并计算服装的蒸发阻力，在模拟皮肤开始干燥之前完成测试。由于这一过程是一种准稳态过程，通常时间很短，主要靠操作者主观判断其中相对稳定的蒸发阻力值作为测试结果，所以这种方法不能很准确地、可重复地测量服装的蒸发阻力。
呼吸暖体假人
可呼吸的暖体假人主要用于室内工作环境的研究与室内空气品质的评估。呼吸暖体假人的身材大小和普通人一样，由25个加热区段构成，各区段单独加热，独立控制，假人可改变姿势和自由活动，以模仿人体在各种办公室的情况，暖体假人采用紧身着装方式，因为衣服可减少各区段相互之间的热辐射以及在校正时室内空气温度对传热系数的影响，再者衣服可降低衣服和假人表面间的空气层厚度，以尽量减少测量的不确定性。
呼吸暖体假人可工作在三种方式：1)舒适模式，模拟普通人在热环境下保持舒适状态的干态散热和体表温度；2)恒温模式，假人的体表温度为34°C；3)恒热模式，用于室内温度高于34°C时的热环境的评价。舒适模式能代表人体的实际温度分布，被广泛使用。
浸水暖体假人
可浸水暖体假人是在暖体假人的基础上，加上防水密封装置，使假人具有防水功能。主要用于测试潜水服、水上救生衣在冷环境下的防护功能。测试时，将着装的假人浸入水中，保持水温恒定，记录假人皮肤表面温度、环境温度和各区段的加热功率，计算潜水服的总热阻值，这时总热阻值包括内衣、潜水服、水和空气的热阻。实验证明由浸水暖体假人得到的潜水服总热阻与用真人测得的总热阻值吻合，湍流会大大降低潜水服的总热阻，水波的高度也能降低潜水服的总热阻。通过浸水暖体假人测得的热阻值还可用于预测服装在某一环境下的耐受时间。
数值暖体假人
暖体假人由于制造工艺复杂，且价格昂贵，假人的实验条件如人工气候室的成本高，世界上只有为数不多的实验室拥有。在计算机上利用“虚拟”的假人进行工效学研究则可以节省大量成本。zui近，由于计算机运算速度的迅速发展，计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术在各行业都得到了越来越多的应用，运用计算机技术来对人体进行仿真也成为可能。与传统暖体假人相对，这种计算机仿真的假人称为数值暖体假人，假人周围传热传质的模拟是通过求解一系列偏微分方程实现。如果输入特定的环境参数和服装的热学性能，数值暖体假人能对人体的传导、对流、辐射和蒸发等所有的散热进行计算，并预测人体局部温度和换热系数，以及各部位的汗液分布等，从而对某一环境的热舒适和空气品质进行评价。
暖体假人将继续用于测量防护服系统的热阻和蒸发阻抗。在防护服系统的研发过程中，它是一种有用的工具。暖体假人可以在稳定状态和瞬态条件下用来评价防护服，以及预测穿戴者的舒适（或热应力）。虽然暖体假人易使用，但是假人、人工气候室、计算机控制与数据采集系统费用昂贵，维护复杂，但是暖体假人是防护服测评研究的重要设备，它的研究开发与推广应用有着重要的现实意义。相信各有关研究机构通力合作，在不久的将来，暖体假人测试技术会有更大的发展。