新型便携式个体混合冷却服的制冷性能研究及评价

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人体长期暴露在热应激环境下会导致体温上升、工作效率下降,继而出现体温过高、热痉挛、中暑等热疾病,如何采取有效措施缓解个体热应激、从而有效保护热环境下作业人员的个体生命安全尤为重要。  本研究通过对几种制冷方式的优缺点进行分析,研发了一款结合相变材料与通风风扇的新型便携式个体混合冷却服,分别进行暖体假人与真人生理实验对其进行性能评价。采用出汗暖体假人在高温高湿、高温低湿以及温热等三种不同热环境下进行制冷效果评价。个体混合冷却服制冷效果的评价参数主要包括:热阻、湿阻、热损耗和制冷功率。实验方案包括以下四种:Fan-off(通风关闭且移除相变材料)、Fan-on(通风开启但相变材料移除)、PCM+Fan-off(通风关闭但内置固态相变材料)和PCM+Fan-on(通风开启且内置固态相变材料)。假人出汗方式采用不出汗(干态测试)和出汗(湿态测试)两种。研究结果表明,开启风扇显著降低了冷却服的热阻和湿阻;相变材料在最初阶段能大大增加冷却服的制冷率,但是该个体混合冷却服中起主要作用的是通风风扇组制冷;在相变结束后,完全熔化的相变材料增大了混合冷却服的不透汽性,抑制了冷却服的整体蒸发散热;通风风扇和相变材料同时作用,能够大大延长个体混合冷却服的制冷效果。进行真人生理实验主要通过采集真人在高温高湿的热环境下的生理参数以及主观感受对其热舒适性进行评价。实验方案包括以下两种: Fan-off(通风关闭且移除相变材料)和PCM+Fan-on(通风开启且内置固态相变材料)。研究结果表明,个体混合冷却服在高温环境下,能够有效抑制人体平均皮肤温度的升高,保持人体平均皮肤温度在热中性范围;相变材料袋紧贴于人体皮肤才能发挥最佳制冷效果,此外人体的体态活动姿势也将影响相变材料袋的贴体程度;在高温环境中穿着个体混合冷却服能够有效的提升人体的热感觉、舒适感及皮肤表面湿感等主观感受。  本研究研制的便携式个体混合冷却服,在工作时能显著降低工作服内的热阻和湿租,增加了服装的散热以及透气性;并且在真人实验中能够显著抑制人体各项生  理参数的升高,提升人体的主观感受;同时,在选取的实验条件环境下展现了比单一通风或者相变材料制冷服装更为优越的制冷效果,为如何合理设计及使用个体混合冷却服降低个体热应激和增强人体舒适性提供了科学指导和技术基础。
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