矿用通风服环境与服装参数对人体热舒适的影响研究

为了提高矿用通风服的降温效果,探究矿用通风服衣内空间参数与服装宽松度对人体舒适度的影响,结合人体着装通风服在静止状态下的结构特征分析三种矿用通风服微空间风速及温度分布,以探寻降温性能最佳管路结构。设计宽度维度分别为110 cm、118 cm、126 cm(S码、M码、L码)的矿用通风服,探讨在不同运动速度时不同宽松度下的矿用通风服微空间气流变化和温度分布,并根据微空间参数评估静止时三种管路结构、运动时最佳管路结构在不同宽松度下的矿用通风服微空间局部热舒适。结果表明:螺旋型通风服的衣下微空间风速分配均匀,降温效果最佳;服装宽松度对微空间温度的影响较显著,通过预计平均热感觉指数(Predicted Mean Vote,PMV)计算评估衣内微空间局部区域热感觉,螺旋型M码矿用通风服舒适感最佳。

矿用通风服衣内空间气流分配数值模拟研究

为提高矿用通风服的降温性能,探究矿用通风服衣内空间气流分配及不同管路结构对降温效果的影响,首先结合人体着装通风服在静止状态下的结构特征,建立3种不同管路结构的三维物理模型;然后运用数值模拟方法分析人体-通风服衣内空间气体流动变化机制与温度分布特征及衣内微环境温度分布特征,以判断通风服降温效果。结果表明:人体分别着3种矿用通风服时所形成的人体-通风服间的衣内微环境气流分配均匀性为横向型优于螺旋型、纵向型,而微环境气流总风量为螺旋型大于纵向型、横向型;针对管路结构而言,交叉的管路结构在很大程度上影响气流的利用率,螺旋型只有单支通气管,气流随着管路的弯曲沿程流动,减少气流在管路中的局部阻力,同时也提高气流利用率,螺旋型是管路结构的最优选择。微环境内部总风量影响服装降温效果,3种矿用通风服的降温性能为螺旋型优于纵向型、横向型。

矿用通风服对人体热生理反应的影响试验研究

为明确矿用通风服对人体热生理的影响效果,探究不同环境温度、人体劳动强度、矿用通风服管路结构及通风量与人体热生理反应的关系,基于人工环境试验舱以及试验测量仪器,开展真人受训试验,收集记录试验数据,分析在36种不同工况下3种不同管路结构矿用通风服的人体热生理变化情况,结合双变量相关分析功能,寻求3种管路结构下不同环境温度、服装通风量、劳动强度3因素与人体热生理之间的相关性。结果表明:3种通风服衣内微空间的风量分布均匀性为横向型>混合型>竖向型。针对整体效果而言,在同一工况下,管路结构影响显著程度由高到低依次为横向型、混合型和竖向型;环境温度主要影响平均皮肤温度与心率,通风量主要影响收缩压与舒张压,劳动强度主要影响出汗量。

湿热和干热环境下通风服的冷却效果

为了更好地指导作业人员在高温环境下合理使用通风服,通过人体实验对比研究了湿热和干热环境下通风服对人体冷却效果的差异。在人工环境舱分别营造湿热(空气温度/湿度分别为34℃/90%、36℃/90%)、干热(空气温度/湿度分别为34℃/50%、36℃/50%)共4种不同热环境,志愿者穿着通风服在跑步机上通过跑步(4 km/h)模拟劳动,对比分析通风服风扇关闭和开启(风量为12 L/s)时的生理参数、主观热感觉投票(TSV)和主观湿感觉投票(WSV)的变化情况。结果表明:除了36℃/90%之外,其余3种工况下通风服均能降低平均躯干温度和平均皮肤温度,平均躯干温度最大降幅为1.2℃,平均皮肤温度最大降幅为0.63℃,但通风服对口腔温度的影响很小;TSV的降幅在16.0%~30.4%之间,WSV的降幅在0~43%之间。通风服对高温环境中的劳动人体具有一定的冷却效果,但在湿热环境下通风服的冷却效果可以忽略,此时需要配备冷源设备才能提供冷却作用。

通风温度对全身通风服热防护性能影响研究

目的研究通风温度对通风服装热防护性能的影响。方法通过分析"人体—全身通风服—环境"热系统传热传质过程,建立人体在通风条件下的热调节仿真模型,并且通过实验验证该分析模型的合理性。结果实验结果证实了模型的可靠性与准确性。通风流量较小时,较高的通风温度使人体平均皮肤温度上升很快,人体出汗更明显,可以达到更好的通风散热效果;较大流量下,降低入口通风温度可以更明显的减轻人体热应激程度,但人体出汗程度减弱,降低了通风服装对人体的蒸发散热效果,且此时需要较大的通风冷源。结论在一定通风流量下,当通风服装主要依靠蒸发散热时,通风温度较低反而不利于人体的散热。通风温度应根据通风服的散热机制以及通风流量适当确定。

通风服热舒适性研究现状与展望

为揭示通风服对人体热舒适影响的机制,阐明通风服与人体之间的热湿传递关系,在介绍通风服的起源和工作原理的基础上,通过对国内外相关研究成果的分析和总结,重点论述了通风服热舒适性的研究方法:出汗暖体假人测试法、人体着装实验法和数值模型构建法,并分析了各种方法的优缺点。结果表明,通风服对人体热舒适的影响机制是一门集环境传热学、人体生理传热学、服装面料学以及流体力学交叉结合的工程问题。最后对通风服热舒适性研究进行了展望,认为未来将在通风服衣下气流的精确测量与仿真,衣下气流和热流数值模型的构建以及通风引起的局部和整体热舒适不匀等方面开展研究。

管道式通风服头部与躯干部位的热湿舒适性评价

热环境中人体躯干与头部都是大量出汗的部位,且头部的热感能在很大程度上影响整体的热感,因此通风降温服的设计应兼顾这两大区域进行针对性的降温。为探究热环境中头部联合躯干降温方式的效果,制作了管道通风背心与通风帽,并进行了躯干降温和躯干联合头部降温的对比试验。在温度为30℃、相对湿度为40%的人工气候室内,8位男性受试者完成了2次运动试验,试验中记录受试者的生理响应与主观感觉评价。结果显示:在总通风量恒定(9 L/s)的情况下,躯干与头部联合降温可显著降低额头部位的皮肤温度,对促进头部散热有积极作用;增加头部降温有助于降低受试者运动过程中的热感、湿感与不舒适感,特别是能显著缓解整体热感,但对湿感和不舒适感无统计学上的显著作用。

不同压力下通风服的除CO_2、除湿和散热

推导和分析了通风服头盔内的ＣＯ２分压同通风压力、流率及ＣＯ２排出率的关系方程，通风流率同压力、除湿率和出口风湿的关系方程以及通风流率同压力和散热率的关系方程。分析结果表明，为保持同样的头盔内ＣＯ２分压所需的质量流率随压力的降低呈直线降低；除湿所需的质量流率也随压力的降低而降低；低压下的散热效率由于除湿效率的提高而提高。这些方程可用于估算通风服流率和头盔流率，并可用于计算机自动计算通风散热量和排湿量。

通风服通风组件流率分配的测量与估算

为测量通风服通风组件的流率分配，结果显示：通风组件在常用的稳定流率（１００～１６０Ｌ／ｍｉｎ）工作状态下，头部、上肢、下肢的流率分配比均稳定在３５％，３５％，３０％左右．但流率波动较大或供气不足时，不具备这一稳定的流率分配比．实验使用的测量方法简单可靠，并建立了一种通过测量流阻估算各部分的流率及流率分配的简单方法，流率分配的测量结果与相应的计算结果相差不超过２％．

不同环境下个体通风服的制冷量

在不同热环境和人体新陈代谢率下,通风服的制冷量还不明确。根据人体皮肤温度与新陈代谢率、直肠温度以及环境参数之间的关系,基于通风服进出口空气焓差法的制冷量计算模型,对新陈代谢率分别为210 W/m^(2)(重度劳动)和145 W/m^(2)(中度劳动)下,温度为30~40℃、湿度为0~100%、通风量为10~40 m^(3)/h时通风服的制冷量进行计算。根据计算结果绘制不同新陈代谢率和热环境下通风服制冷量的等值线图。研究发现:环境温度越高,湿度越大,通风服制冷量越小;在高温高湿环境下,通风服制冷量存在为0和负数的情况。通气量对制冷量的正负无影响;通气量越大,制冷量的绝对值越大,在相同环境参数和通气量时,人体新陈代谢率增加,通风服的制冷量越大。

管路结构对矿用通风服微气候的影响研究

为了探明矿用通风服对着装人体的局部降温效果,揭示人体皮肤温度和通风服-衣内空间-人体构成的微系统内气候的变化特征,针对不同的通风服管路结构、通风量与人体劳动强度,采用仿真模拟法分析其对人体皮肤温度与微气候的影响特性。结果表明:横向型管路结构通风服降温效果比竖向型效果好;风量增加,竖向型通风服对人体皮肤温度的降温幅度比横向型好。2种通风服微系统内风速分布特性不同,横向型内正、背面相差很大,竖向型更均匀;风量对竖向型通风服微系统内温度的影响比横向型更明显,但横向型通风服微系统内平均温度更低。

基于微型风扇阵列的通风服研发与测评

为了提高夏季办公室工作人员的热舒适性,在不使用空调制冷设备的情况下,设计开发了3款微型风扇阵列通风服。该通风服由通风系统和基础服装组成,风扇置于服装不同的部位。在气候室模拟了夏季办公室工作环境,采用真人着装实验,通过测量客观和主观指标,对通风服进行了降温效果和热湿舒适性评价。结果表明:微型风扇阵列通风服轻便,穿着舒适;3款通风服均使衣下温度下降;受试者穿着通风服与对照组相比,平均皮肤温度、平均躯干温度均降低,耳道温度不存在显著性差异,对平均皮肤湿度影响不明显,同时受试者的热感觉、湿感觉、热舒适度也显著优于对照组。前后均带有风扇的通风服对躯干降温效果最好,与其风速最大有关,达到较为显著的改善人体热舒适的效果。

多孔式通风服衣下空气层的定量研究

为研究服装开口方式和风扇风速对通风服衣下空气层的体积、厚度及分布的影响,采用三维扫描法得到人体和服装的几何模型,通过逆向工程软件Geomagic Control对模型进行处理,分析不同条件下空气层厚度和体积的差异,以及空气层的分布规律。结果表明:风扇风速对平均空气层厚度的影响比开口方式更明显;风扇风速对整体和局部空气层的厚度影响显著,风扇风速越大,一些部位的空气层厚度越厚,且分布得更加均匀;从胸部和腰部2个部位空气层的二维比较结果可以看出,随风速和开口的改变,胸部的空气层厚度变化并不明显,而腰部发生了明显变化。

矿用通风服微空间环境变化特征研究

为揭示矿用通风服微空间传热特征,探讨通风服对着装人体的局部降温效果,研究服装微空间热量来源,分析通风服局部传热机制,通过数值模拟与真人受训试验分析环境温度、进气管通风量、进气管路结构对人体皮肤温度及微空间气候环境的影响。结果表明:工作环境温度对人体皮肤温度和微空间环境温度的影响显著,而进气管通风量对人体皮肤温度及微空间环境温度影响不敏感,但对微空间内部环境的风速影响较大;入口风量每增加5 m^(3)/h,人体皮肤温度及微空间环境温度仅降低0.1~0.2℃,随着入口风量的增加,服装微空间内风速加大,人体皮肤吹风感加强,热舒适性增加。通过试验发现通风量为10 m^(3)/h,降温效果最优。

服装材料对矿用通风服降温效果的影响试验

为探明服装材料对矿用通风服降温效果的影响特征,选取人体皮肤温度、微环境温度、微环境湿度作为降温效果评价指标,基于人工环境试验舱以及试验测量仪器,通过在不同劳动强度、不同通风量的工况下进行真人受训试验收集、分析试验数据,对比3种服装材料的降温效果,并分析人体与服装之间微环境气候。结果表明:3款矿用通风服降温效果为莫代尔纤维型>纯棉型>硅胶型,平均降温幅度约为2.0、1.5、1.0℃。微环境温度、湿度都有较明显的降低,微环境内湿度为纯棉型>莫代尔纤维型>硅胶型,微环境内温度为莫代尔纤维型<纯棉型<硅胶型。

通风服

人类为改善生活和工作环境的温度,进行了不懈的奋斗,但是严寒和酷热仍在威胁着人们的健康,尤其是某些工作环境温度十分恶劣,很难做到控制。 保证人类机体内环境恒定,是正常生命活动的前提。在外界气象条件变化不大的场合,身体可以依靠自身的生理机制,保持体内热含量在适宜的范围,一旦外界气温急剧变动,超出人体内在的调节能量时,则必须采取人工调节系统,以补充人体自身不足,通风服即为实现这一目的产物。

我国飞行员第一代通风服研制回忆

在军用飞机中,个人致冷的需求来自三方面的原因:飞机的工作环境;飞机飞行时产生的热;飞行员复杂的防护服和装备.研制既能在高温条件下防热,又能在低温条件下防寒的通风服,遇到许多困难,但是世界各国在这方面做了许多研究工作,通风服在军用飞机中得到较为广泛的实际应用.通风服提高人体对高温的耐力是很显著的.如穿着通风服用7℃气体通气,通风流量为27米~2/分,可使人在高温达71℃的环境中愉快地工作,大大减少出汗和呼吸反应,体温变化减少.若使用通风服而使人体皮肤温度保持在舒适温度,则环境气温即使高达125℃,停留4小时,人体也可以耐受.

服装通风机制及策略的研究进展

服装通风策略是改善人体热湿舒适性的重要技术手段。为不同高温作业服装提供有效的通风降温策略,文章介绍了服装通风效率的测评指标及相应的两种测量方法及其特点,回顾了织物通风模型、局部通风模型、动态通风模型、被动通风服模型及主动通风服模型的发展历程,从织物透气性、服装开口、内嵌通风设备三方面阐述了现有服装通风策略对于人体热散失的影响机制。基于此研究现状提出两点展望,即建立耦合人体热生理反应的动态三维服装通风模型,开发多种换热方式相耦合的主动通风服。

国内外降温服的研究热点及发展趋势

利用CiteSpace和VOSviewer软件探索降温服的研究热点与发展趋势。检索中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)及Web of science(WoS)数据库中历年来的相关文献,对数据降重处理后,分别选择国家、作者、关键词绘制可视化图谱,并进行分析。结果表明:英文文献共检索到753篇,中文文献212篇,该领域的中英文文献发文量均呈持续增长趋势,且WoS数据库中2007—2022年间中国的总发文量已位居全球第一;英文文献核心作者64位,中文文献核心作者50位;高被引论文以及关键词共现、突现以及聚类分析显示,英文文献侧重辐射制冷纺织品开发研究,中文文献则侧重降温服在医疗、消防和矿业上的应用效果研究,而相变材料制冷为目前国内外文献的共同研究热点。中英文数据库关于降温服方面的研究总体呈增长趋势,且从军事和航空航天领域扩展至工业和医学领域。目前降温服研究重心已转向相变材料、数值模拟、辐射冷却、智能调温等方向。

无袖式通风服与大面积囊式抗荷服配穿的通风阻力及散热性能

目的探讨扩大囊覆盖面积抗荷服与试验型通风服配穿时的通风阻力及暴露高温环境下的通风散热效果。方法受试者为5名健康志愿者,环境气候条件干球温度40℃,试验时间90 min。结果当通风流量100 L/min和200 L/min时,通风阻力分别为0.94 kPa和2.48 kPa。热暴露期间,两组试验均可维持加权平均皮肤温度在人体舒适范围(33.1～34.3℃);下身平均皮肤温度31.2～32.9℃,但小腿皮肤温度无明显变化(33.1～34.3℃);心率增值11次/min;出汗量0.180 kg/h。结论上述结果表明,该套装备的通风阻力略大,通风分布欠合理,通风散热效果在可接受范围。