对服装热学性能的评价,可通过在特定外界环境和工作负荷条件下的生理穿着试验来进行,但鉴于道德成本和重复性等方面的原因,目前国际上已普遍采用暖体假人来测试。它能在设定的环境条件下,方便地测试服装整体或局部的热学性能参数,其优点是精确度高,重复性好,并可在真人无法试验的极端环境条件下,进行服装的热学性能测试试验。目前暖体假人已在服装保暖性能评价保暖机理研究和职业防护服装开发中发挥了重要作用,被公认为是服装工效学研究必不可少的先进设备。迄今为止,全世界共开发了多种暖体假人,主要用于服装舒适性与评价的研究,其基本结构多是将假人本体分为若干段,选用种材料制成如真人般的人体模型,如暖体假人皮肤为黑色,形状与大小和般站立的成年人相当。它可以模拟真人服装的穿着过程,能够反映整体服装的隔热性能,比较准确的测量出服装的隔热值。也可以分段使用,例如用铜手测定手套的隔热值,用铜脚测定靴子的隔热值等。暖体假人可以经受任何实验环境,可根据需要进行不间断的连续实验和多次重复实验,无精神因素影响,实验结果稳定,误差较小。它能够为服装设计选材工艺技术及服装生理卫生学提供基本数据。关于暖体假人的设计要求可以概括为以下几点外表要符合人的几何形状体表面积接近国人平均个体成年男人约分段温度控制皮肤温度分布应符合人的解剖生理学特点大关节可以活动,便于模拟人的各种姿势表面黑度与人的皮肤黑度相同表面不应光滑,应近似皮肤的皱纹凸凹等结构最好能够模拟皮肤出汗蒸发温度控制和数据处理应使用电子计算机节段连接处可以拆卸,便于穿脱服装和维修。是模拟人体服装环境系统之间热交换的设备。其实质为个热力系统,包含了研究服装热湿舒适性的生理与物理特性。是服装舒适领域研究和开发的简便的试验手段。模拟人体表面温度与代谢产热模拟热量从人体内到皮肤表面的热传导皮肤温度热容量与热积蓄的分布状态符合人体生理学特点体型与尺寸符合人体生理解剖特点体表形状符合人体几何形状,表面近似皮肤的皱纹等结构,表面黑度接近人体的皮肤黑度关节可活动,能模拟人的各种姿势,节段连接处可拆卸温度控制和数据处理采用计算机能模拟人体皮肤出汗。日常服装军服特种功能服装如航天服潜水服防护服等的隔热与透湿性能的评价其他纺织品如睡袋帽子手套等的隔热与透湿性能的评价各种服装与人体的热交换性能的研究。依靠自身的温度调节系统来实现人体散热功能的仿真系统,通过热调节机制建立人体服装环境三者之间的稳态热平衡,并依据服装热舒适模型评价服装的热学性能。暖体出汗假人的产热量当暖体出汗假人服装环境处于稳态热平衡时,暖体出汗假人的产热量等于通过服装的散热量。暖体出汗假人的产热量人体通过服装表面的非蒸发散热量人体通过服装表面的汗液蒸发散热量人体通过服装表面的对流散热量人体通过服装表面的辐射散热量,。服装的热阻当假人不出汗时服装的热阻服装热阻总热阻假人表面空气热阻暖体出汗假人体表平均温度环境温度假人区段体表面积假人区段干态散热量测试服装覆盖的区段数。服装的透湿指数当暖体出汗假人出汗时,其产热量包括非蒸发散热量和蒸发散热量,此时测试服装的透湿指数可由下式计算暖体出汗假人各区段湿态散热量暖体出汗假人各区段干态散热量假人表面皮肤饱和水汽压环境的水汽压假人区段体表面积常数总热阻透湿指数,量纲为。本体系统包括外形壳体关节连接区段构造等。各区段用关节连接,各关节均可活动,从而保证了暖体出汗假人的多种姿态,并能独自稳定站立。分为个解剖区段,壳体由铜质材料制成。内部有测温发热系统,并采用阻燃隔热稳定热流等技术。温度控制系统温度控制系统由加热装置控制装置和数据监控处理装置组成。它是以计算机为中心的智能闭环温度调节系统,具备测温控温计算分析及示警等功能。具有恒定皮肤表面温度恒定加热功率两种控制模式。自动计算被测对象的热阻与透湿指数。模拟出汗系统模拟出汗系统则由供水装置水恒温装置出汗管路和出汗皮肤组成。采用分段供水技术,对各区段进行控量供水来模拟人体出汗出汗量出汗速率的微量可调。出汗皮肤的保水量与不同出汗部位出汗量对应,实现出汗的稳定性与连续性。人工气候箱严格地讲,人工气候箱不属于暖体出汗假人系统,但内于它为暖体出汗假人的应用提供了所必需的测试环境条件,保证所得试验结果有效。按使用材料分铝人铜人加热铜人电加热铜人单段铜人多段铜人电加热多段铜人暖体假人出汗铜人出汗多段铜人等等。按控制方式分恒温法恒热法和变温法等。按用途分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肢和假头。暖体出汗假人的发展,大致经历了从单段到多段单姿到多姿静态到动态恒温到变温及干态到湿态出汗的过程,至今已是第三代假人了。第代假人可以满足服装热阻的般测试,并得出静态服装热阻第二代假人可模拟人体不同姿势,还可模拟些简单动作,可进行服装热阻的静态与动态测试第三代假人能模拟人体出汗,从而拓宽了人们对人体服装和环境三者之间研究的广度和深度。美国年,美国军需气候研究室就报道了第台暖体假人的研究。世纪六七十年代,多家研究机构研制了不同的假人,并进行了多种用途的应用研究。美国是最先开展假人研究的国家。陆军环境医学研究所世纪年代初,美国陆军环境医学研究所等人,在军需研究与工程中心使用的单段暖体假人基础上研制了多段暖体假人。美国宇航局年,美国宇航局和公司合作,由和负责研制成功了暖体假人,并对阿波罗双子星座航天服进行了性能评价试验。堪萨斯州立大学世纪年代,由美国暖气及通风工程协会资助,堪萨斯州立大学研制的暖体假人投入使用,开展了系列基础研究。该假人用铜料制作,黑色皮肤呈站立姿势,不能坐与运动,自身不能独自站立分为个解剖区段,体内加热,用正比温度控制器调节进行温度控制。二日本世纪年代,日本神户大学就开始采用出汗暖体假人对服装舒适性进行研究,随后有多家科研单位开展了对出汗暖体假人的研究工作。神户大学年,日本神户大学卫生系稻垣和子等人研制了不分段的钢制暖体假人。其内部装上电热丝和温度调节系统,体内温度恒定为点测温体表点体内点衣下点使用电位差仪和计时器测计热流量。工业技术院制品科学研究所年,日本工业技术院制品科学研究所的三平和雄等人,研制成功了男型和女型两种暖休假人。大阪大学年,日本大阪大学的花田嘉代子三平和雄等人,研制了能改变姿势和动作的暖体假人。大阪工业技术试验所年,日本大阪工业技术试验所与东丽东洋纺可乐丽日清纺织等有限公司合作,研制了与体型相当的具有恒温与出汗功能的出汗暖体假人,该假人用厚的青铜铸造成型分个加热区段,进行了气态汗的模拟设计。文化服装学院世纪年代,日本文化服装学院服装卫生学研光室的田村照子等人研制了暖体假人。该假人用厚的铝合金铸造制成,分为个加热区段各区段隔热,铂电阻测温,各区段加温,恒温控制和恒热控制。三德国年,原联邦德国霍思斯泰服装生理研究所等人研制了铜制假人“卡莱”。该假人没有头手和脚,分个区段,各关节可以活动,能模拟坐姿站姿等,通过外部机械装置可模拟人走路或跑步动作假人全身分布个温度和湿度测量点,内部用循环水加热,恒温或,采用温度控制系统,数据用计算机处理。四前苏联世纪年代,前苏联的卡尔德波夫利用暖体候人开展了服装舒适性研究。年,医学生物学问题研究所的戈卢什博提出种新型的热人体模型专利。其假人模型结构是软体式的,由人体模型加热层温度梯度层和吸收层组成。人体模型用可充气的锦纶涂胶布制成,装有余压调节器电热元件温度传感器稳压电源和测试系统,可提高测量精确度和灵敏度。加热层是组弹性带,在织物上安装由低温电阻材料制成的双线导电元件,按人体局部散热分布分配。温度梯度层模拟人体体表热流分布状况。温度梯度层的表面是用吸收层制成的,上面放有聚氯乙烯软管,装有水或生理溶液,用以模拟人体的出汗状态。该暖体假人设计方法比较先进,但未见其性能及应用的相关报道。五瑞典世纪年代,瑞典设计制造了出汗暖体假人,现安装在芬兰。该假人分个加热区段,均采用电加热除头手脚外,共有条汗腺假人尺寸按服装号型标准设计肩肘臂和膝关节均可自由活动最大出汗量为,在生理学上相当于人体每小时出汗。芬兰应用该假人对军队野战服进行了热湿评价。六丹麦世纪年代,丹麦技术大学热绝缘实验室研制了铜壳暖体假人。该假人分个加热区段,玻璃钢成型,铺设镍铬丝加热,进行温度控制,各部位的表面温度由标准及舒适性方程确定,躯体平均温度,手脚平均温度,最大加热功率为暖体假人的肩臀膝关节可以活动,能模拟坐立等姿势,借助外部力量可以模拟行走骑自行车等动作。年月,我国上海飞达羽绒服装厂在上海同济大学的协助下,引进了丹麦技术大学的女型暖体假人。七英国年间,英国皇家空军航空医学研究所等人研制了瞪体假人。该假人壳体用轻合金铝浇铸而成,分个加热区段,各区段之间隔热采用控制器控制继电器进行温度控制,电阻传感器进行控制加热和记录局部体表温度。八加拿大加拿大皇家航空医学研究所在年研制了暖体假人。该假人为铜人,分个加热区段,头部可取下,可模拟坐站姿势,只热电偶测温,用调节器进行温度控制。我国从世纪年代后期开始,重视对暖体假人的研究,利用暖体假人来研制开发特种服装和民用服装。其中最具代表性的是总后勤部军需装备研究所上海东华大学服装学院开发研制的暖体假人。总后勤部军需装备研究所世纪年代后期,总后勤部军需装备研究所曹俊周等人研制出了“恒温暖体假人”,在此基础上,于世纪年代末又研制成功了“变温暖体假人”。该假人分个加热区段,内部敷设电热丝,外部为铜壳,各关节可活动采用计算机多路巡回监测系统进行温度控制,由计算机完成温度监测数字控制功率监测及显示打印等工作。可用变温恒温和恒热三种方式进行动静两种姿势试验,控温精度重复精度较高。二东华大学服装学院在世纪年代中期,东华大学张渭源等人开始研制服装暖体假人,并先后应用于南极服低温防寒服的开发研制。随后在第代假人的基础上又成功研制了第二代暖体出汗假人,使假人不仅可以用来测试及研究服装的传热性能,而且还可以测量单层及多层服装的热湿耦合性能,并能自动输出服装热湿舒适性国际标准化计量指标克罗值和透湿指数值。年,东华大学与航天医学工程研究所共同研制和开发了新型第三代姿态可调的暖体出汗假人。该假人己成为我国第个用于研究航内航天服的暖体出汗假人,其姿态及形态均以我国航天员的体型标准定制。图所示即为第三代姿态可调的暖体出汗假人,图为着装舱内航天服暖体出汗假人。三香港理工大学香港的假人是香港理工大学范金土和陈益松共同研制的年,是世界上第台用水和特种织物制作的暖体出汗假人图,被英国物理协会作为重要成果荣誉推荐给各大媒体。该系统曾获年度日内瓦发明展金奖。的工作原理是用特种透气防水织物将整个水循环系统包含在其中,水循环系统模拟人体的血液循环系统,把躯干部分中心区域加热的水按定比例分配给头部和四肢,以模拟人体的整个温度分布整个假人的皮肤,由含有微孔结构的膜的织物制成,其膜的最大孔径小于,水蒸气的分子的直径为,小于膜孔直径几百倍,而液态水的最小水滴也要大于膜孔几万倍,故可以让水汽分子出来而不会让液态水流出。同时实验证明,假人顶部与下部的水压差对假人上下部分的出汗量影响不大。
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