暖体假人的研究现状和应用概况

暖体假人的研究和发展已经有70多年的历史,它们被广泛地应用于分析人体热边界层和周围环境变化的测试之中,特别是服装热特性的测试以及人体在复合环境内的热通量分析。当前的暖体假人不仅可以模拟实际人体出汗,有的还具备能够模拟人体的显热散热、潜热散热、肢体活动及可呼吸、出汗等功能,作为一种近似模拟人体的实验装置。与实际人体相比较,不会像实际人体一样容易受到环境因素影响而产生的不同的心理变化,其次暖体假人的测试可靠性高,测试重复性好,还能更加真实地模拟出人体面对外界环境改变所做出的自我调整。     

国内外暖体假人的研究现状

迄今为止暖体假人的发展可分为三个阶段,即:单段暖体假人,多段可活动的暖体假人,出汗暖体假人。目前世界各国已研发了100多个暖体假人,包括:干态暖体假人、出汗暖体假人、呼吸暖体假人、浸水暖体假人、数值暖体假人、小型暖体假人、暖体假头和假手、假脚等。今后暖体假人的研究应侧重于:计算服装的局部热阻;模拟人体非均匀出汗的暖体假人;数值暖体假人的验证;出汗小型暖体假人;能活动的暖体假手;暖体假人和外部控制系统的无线数据传输。     

暖体假人LabVIEW测试系统程序优化

暖体假人是能够模拟真实人体散热情况的仪器设备,主要被用于服装热阻的测试和室内环境舒适度的评价。本文介绍了传统恒温控制法和恒热控制法以外的第三种暖体假人服装热阻测试方法——基于热舒适方程的变温控制法,并且编写了相应的LabVIEW程序。最后,分别用LabVIEW恒温和变温控制程序对同一服装的热阻进行测试并比较其结果。     

暖体假人温控系统方案的研究

暖体假人是模拟人体与环境之间热湿交换的仪器设备,在服装功效研究方面有重要的应用价值。为了找出控制假人温度的最佳方案,本文提出了两种暖体假人表面温度的控制方案,PID控制和固态继电器通断控制,运用Labview软件编程及相应的硬件设备实现对暖体假人表面温度的控制,简单分析比较了两种方案的控制效果,发现PID控制可以更有效并自动地对假人温度进行控制。文章最后还提出了PID控制的改进优化方案。     

呼吸暖体假人的设计研发及应用展望

为研究人体微环境特征,再现人体吸入暴露过程并获得飞沫或飞沫核在呼吸道内的实际暴露水平,设计了一种新型呼吸暖体假人,首次实现呼吸暖体假人与呼吸道模型的结合。假人外形与平均人体相似,通过调节假人加热系统功率,模拟人体不同活动水平下的代谢散热;体内嵌有包含口咽模型和Weibel 0～4级模型组成的"理想呼吸道",还原吸入气流在呼吸系统内的流动特性,有效测量飞沫核在人体呼吸道的实际暴露剂量;设计研发了呼吸模拟装置,可输出接近真实人体呼吸特性的正弦曲线,通过调节参数来模拟人体不同活动状态下的呼吸特征。对假人表面温度和传热系数进行了实验测量。初步研究结果表明,假人可模拟多种活动状态下的人体代谢水平及呼吸特征,复现人体热羽流和呼吸气流共同作用下的人体微环境,可代替真人进行相关科学研究。     

用于列车室内环境测试的模拟人体显热散热装置研究

在列车室内热环境相关测试中需要模拟乘客散热以确定列车空调负荷,采用实际人体试验存在所需人数多及安全性等问题,因此考虑使用模拟装置来替代实际人体试验,并能够准确模拟人体显热散热.重点研究了列车室内环境中模拟人体显热散热的装置,并进行了实际人体对比试验,对散热量、表面温度分布等进行了测试.结果发现:当室内环境温度为23,26℃时,该装置的辐射散热量和对流散热量与试验人体在静坐状态的辐射散热和对流散热量接近,同时该装置的表面温度也与试验人体表面温度接近.本装置能够准确模拟实际人体的显热散热量,可用于列车室内环境相关试验.     

暖体假人表面电热丝的敷设方案论证

暖体假人是准确模拟真人热湿环境的实验设备,可以用来测试服装热阻,对假人表面的温度均匀性要求较高,假人的发热量大多靠在其表面敷设电热丝来实现。以控制功率法来控制电热丝的敷设间距、长度等指标,对其敷设电热丝的方案进行了分析论证。结果显示,假人表面的温度波动在±0.2℃的温差范围内。     

暖体假人表面温度的PID控制

暖体假人是模拟真人与环境间热湿交换的实验设备,可以用它来测试服装热阻,对假人表面温度的稳定性和准确度要求极高。为了达到稳定和准确两个要求,本文运用Labview软件编写了无控制输出处理和有控制输出处理两个PID控制算法程序,提出了两种PID控制参数整定方法:试凑法和自动整定法。结果表明:有控制输出处理的PID控制算法更加稳定和准确,PID控制参数自动整定法能更全面和准确地找到最佳控制参数。     

京津地区办公建筑夏季空调环境调查研究之典型着装行为及其热学性能

采取问卷调查与实验室测试相结合的方法,获得京津地区办公建筑夏季空调环境下职员的典型着装形式为短袖+长裤,典型面料为棉织物,并采用出汗暖体假人测试出典型着装的平均热阻为0.37clo,湿阻为18.09m2·Pa/W。从减小夏季着装热阻的角度考虑,建议选用汗布、细布等热阻值更低的棉织物。典型着装的热阻比舒适标准中的标准服装热阻低0.13clo,其对应的主观温度比标准服装下高0.81℃,因此办公建筑夏季空调环境下典型着装时室内设计温度可以在目前推荐值的基础上适当提高。     

变压力环境下人体热感觉的实验研究

利用高原低气压气候模拟舱模拟不同压力环境,着重研究0.8~1.0atm范围内压力变化对人体热感觉的影响,主要从压力的升降方面对热感觉进行对比分析.通过对100名受试者在不同压力环境下热感觉投票值的调查,发现随着压力的降低,热感觉投票值下降,人体感觉越凉;在压力回升的过程中,热感觉投票值上升,人体感觉越暖,结合升降压过程,发现在经历降压过程再回升至常压时,人体热感觉存在滞后.探讨了人体热感觉在升降压过程中的变化,为进一步改善因气压环境变化引起的不舒适提供理论基础,同时也为空调系统设计提供依据.     

出汗状态下人体热感觉的预测及评价

设计了包括模拟人体干热损失的模拟体和温度控制电路在内的一套热舒适评价装置，验证了模拟体表面温度和产热量的稳定性。实验测试表明模拟皮肤表面温度下降率与皮肤湿度线性相关。结合上海、江苏两地的热舒适状况实测结果，提出了一个人体出汗状态下的热感觉预测模型。     

寒冷地区热计量住宅不同采暖末端下人体热反应的对比研究

对焦作地区热计量住宅的地暖及散热器用户进行了持续2个供暖季的现场调查,测量了室内热环境参数,并调查了居民的热舒适状况.通过对比分析发现地暖和散热器用户的服装热阻、热感觉及热期望反应均具有统计学上的显著意义.与散热器末端相比,地暖用户拥有较低的热中性温度及可接受温度下限.采用地暖末端提高了人们对低温环境的接受度,同时降低了对高温环境的期望.在满足人体热舒适的同时,地暖末端还可节省供暖能耗.以PMV为评价指标的国际标准并不完全适用于我国分户热计量采暖建筑.本研究为采暖末端的选择以及室内热环境的参数设计提供了参考.     

偏热环境下气流对睡眠人体的冷补偿上限初探

认为人体长时间躺卧后的散热状态可近似模拟人体临睡时的散热状态,对长时间躺卧的人体进行气候室投票实验,探索人体在睡眠状态下达到热中性时的气流速度上限。实验中的温湿度工况根据受试者对热环境的可接受度、热感觉以及风扇使用的需求进行设置:当且仅当温湿度工况为30℃/70%时,所有的受试者认为该热环境可以接受而且需要使用风扇,同时觉得偏热。各工况的测试时间根据无风和有风工况下人体热感觉的稳定时间来确定。在实验过程中,受试者经历4个给定风速工况并投票,通过分析风速与热感觉投票、热舒适度投票、气流期望投票以及综合环境可接受入睡程度投票的关系,得到在30℃/70%的温湿度工况下,人体在睡眠过程中达到热中性和热舒适时的气流速度上限为1~1.2m/s。     

创造舒适的室内气候环境

愈来愈多的人认为室内环境的设计主要在于为人们创造一个空气新鲜、光线充足、环境安静、舒适美观的生活与工作的良好场所。一个居室环境,除满足人们的审美要求和功能需求外,更要使室内气候能满足人体生理卫生的需要,以保证人的正常生活和维护人体的健康,创造一个较为舒适的环境。 室内气候指的是由空气温湿度、气候以及壁面和窗口的辐射热等综合组成的一种室内环境,亦称室内热环境。在室内各种气候因素的不同组合,形成不同的室内气候。室内气候对人体的影响主要表现在冷热感。冷热感取决于人体新陈代谢产生的热量和人体与周围环境热量之间的平衡关系。人体与室内环境之间热交换的方式主要通过辐射换热、对流换热和蒸发散热来达到热的平衡。如图1所示,人体与室内环境间的热交换,主要由人体与室内的屋顶和墙体的内表面和窗口的辐射换热和对流换热。当人体的表面温度（即人体皮肤温度,一般为32,5°C）高于环境温度时,人体向环境散热,若低于环境温度时,则环境向人体传热。人体在热交换过程中会通过呼吸和无感觉的皮肤蒸发散热,但当环境较热时,人体就会出汗,蒸发散热显著增加,不过是有限度的。要使人们真正处于舒适的室内气候状态中,应使人体按正常比例散热。     

某地区地暖与空调系统热舒适度对比研究

通过对某地区相似封闭环境下观测空间的温度、湿度和空气质量的测试结果,分析了空调、地暖两种取暖系统的舒适度指标,结果发现:(1)空调系统的瞬时性升温、空间的湿度调节和空气流动性效果均较为显著,而维护温度的均匀性则需要长时间和很大的能耗;(2)地暖系统的热传导和热辐射效应虽然使得空间升温慢、湿度调节困难大,但其热均匀性效果极佳,且单位面积能耗较低;(3)地暖系统中地板的热传导使得人体温感效果显著优于空调取暖系统。     

某浅埋湖底隧道主体结构混凝土变形模拟分析

根据浅埋湖底隧道的结构特点,利用混凝土热湿耦合原理及有限元方法,将隧道内环境实际温度、相对湿度不断变化的情况作为其时变的边界条件,对实际隧道主体结构钢筋混凝土一年内的变形情况进行了数值模拟分析.通过对数值模拟与现场测试结果的比较分析,数值模拟值与现场测试结果符合较好,说明基于多孔介质热湿传输耦合原理的混凝土变形数值模拟方法是可行的,隧道主体结构混凝土的变形较小,对工程结构的正常使用和耐久性有利.     

城市B型地铁车辆气流模拟与舒适性评价

本文以B型地铁车辆做为数值模拟的研究对象,在此模型基础上探索气流组织内部各因素之间的相互关系。模拟人体散热一直以来所用的边界条件是第一类、第二类边界条件,而采用这样的边界条件已经证实存在许多根本上无法克服的缺陷,本文通过第三类边界条件的方法,去解决人与环境之间的耦合散热问题。本文采用设定内热源的方法,结合已经证明了的人体与环境混合散热计算程序,模拟车辆运行中车厢内气流组织所能达到的稳定状态,并对温度场、速度场进行分析,同时用ADPI等指标对乘客做出了热舒适性评价,指出该车辆在气流组织以及热舒适方面的优劣之处以及原因所在。     

低气压不同代谢率下人体显热换热系数的实验研究

空调已经逐步由舒适空调转向健康空调,由此推动了个性化送风的研究。研究的重点是人体与周围环境的热交换,而对换热系数尤其是低压下和不同代谢率下的换热系数研究较少。本文在理论研究的基础上,以暖体假人作为研究手段,利用高原环境模拟舱,研究不同压力、代谢率下人体各个部位辐射与对流换热特性。研究结果表明,压力与代谢率的改变对辐射换热的影响不大,但对对流换热系数影响较大,且对各部位的影响有明显差别。     

灯暖浴霸环境下浴室人员热感觉研究

为了解夏热冬冷地区冬季灯暖浴霸的使用效果和人员在浴霸环境下的局部及整体热感觉,进行了浴霸环境下浴室人员热感觉研究.测定了浴室的环境参数,利用PMV模型计算预测投票值,并与人员实际热感觉投票值进行了对比分析.结果表明:浴霸开启后,浴室中垂直温度梯度增大,PMV值增大.人员整体热感觉始终大于0,除头部热感觉变化不大外,各部位热感觉变化趋势相似,且暖灯开启盏数越多,整体和局部热感觉投票值越大.通过回归分析得出,头部,手臂和腿部对整体热感觉的影响较为显著;浴霸可以满足人员想要改善浴室中寒冷感的需求;PMV模型无法准确预测该环境下人员的热感觉.     

冷轧厂某机组对室内热环境影响的研究

通过现场实测和理论分析,对冷轧厂某机组的散热机理进行了研究,发现炉膛内温度在800 ℃左右变化时,机组散热对厂房内环境温度的影响基本是恒定的,主要影响区域集中在炉体周围各层工作平台;厂房内工作平台环境温度与室外温度相关,炉体周围工作平台温度在高度方向上梯度明显.运用CFD软件进行了数值模拟,模拟结果与实测和理论分析结果有很好的一致性.指出对厂房进行合理通风改造能改善室内热环境.