暖体假人的常见种类

    暖体假人是模拟人体与环境间热交换过程的仪器设备，根据人体各个部位的散热特点，暖体假人一般分为头、胸、背、上肢、手、腹、腿和脚等部位。暖体假人是从20世纪40年代逐渐发展起来的一种新的生物物理试验方法，被广泛地应用于服装、职业健康、环境、消防、石油、交通安全、航空航天、建筑等领域。暖体假人的常见种类包括：

    1、暖体假头和假肢

    近几年国内外学者研制了暖体假头、假手、假脚等，主要用于头盔或头饰、手套、鞋的评价和指导产品开发。暖体假头由头颅、面部和颈部组成，三部分单独加热，独立控制。为模拟出汗，假头包括25个出汗孔，分布于面部和头颅，位于假头上方水罐内的蒸馏水经管道喂入假头，出汗量由单独的阀门控制，可达70g/h。假头可在恒温和恒热方式下工作，测试结果以面部温度下降的程度表示头盔热舒适性能。暖体假手由八块组成，即大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌、手背和手腕。各块供热量由计算机控制，暖体假手放在一个小盒子内，手腕露在外面，在实际生活中，手总是在活动，尤其是在室外，因此在盒子内引入一定的气流，后以手套的传热系数和局部传热系数来表示手套的隔热性能。手掌和手背的传热系数较低，食指、中指和无名指次之，大拇指和小指高。暖体假脚由八块组成，即脚趾、脚底、脚后跟、脚中部、脚踝、下小腿、中小腿和防护段。为模拟出汗，假脚包括5个汗腺，分别位于脚趾、脚底、脚踝、脚背、侧边踝。将纯棉袜穿在假脚上，以便让水分布到全脚。评价指标有热阻、湿阻和透湿指数。如果和气动活塞相连，还能模仿人体行走。

    2、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各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生理评价意义[18];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。包括静态暖体假人和动态暖体假人。

    3、出汗暖体假人

    由于干态暖体假人只能在非蒸发散热范围内模拟人体的生理反应，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。

    4、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[34~36]。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真实情况，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℃;③恒热模式，用于室内温度高于

    34℃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。呼吸暖体假人有一个人工肺，由装有活塞的气缸组成，活塞由电动机驱动，呼吸次数为10～12次/分，呼吸方式可采用口腔或鼻子呼吸，肺通气量为6升/分，口腔或鼻子的大小和形状对测试结果有影响，测试时，收集距离上嘴唇0.01m处或面部附近呼出的空气，通过精确测量其浓度、温度和湿度来研究污染物在人体之间传递的情况。同样检测暖体假人呼入空气的上述参数可以评价室内空气品质。

    5、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。

    6、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。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，从而对某环境的热舒适和空气品质进行评价。

    7、小型暖体假人

    小型暖体假人主要用于评价新生儿的热环境，尤其是低体重婴儿。它一般由6个加热区段组成，即头、左上肢、右上肢、躯干部、左下肢、右下肢，各区段单独加热，独立控制，为模拟实际情况，小型暖体假人平躺在保育箱内，其测试方法和大型暖体假人一样。由于婴儿的重量比体表面积的比例比成年人大，所以小型暖体假人的干态散热量比大型暖体假人大，其评价指标热阻和大型暖体假人相比没有太大的区别。