随着社会和经济的快速发展,人们对日常生活和工作环境的要求越来越高,然而在高温工作环境下从事体力劳动的工作人员,如铁路工人、室外电力维修人员、马路交通执勤人员等,会因体液大量流失造成体能消耗过快,心脑血管功能降低,引起热应激反应。当环境温度超过42℃等极端的高温环境下,还可能会导致作业人员中暑休克甚至死亡。在这些高温工作环境中无法实现整体环境的降温措施,然而,有研究表明对人体关键部位进行局部降温,能够改善人体的热舒适性,但是在真人背部进行局部降温对于接触人体体表的制冷温度和人体的热舒适性要求较高,且实验结果受个体差异的影响较大,因此有必要借助暖体假人研究高温环境下人体背部局部降温的温度分布变化规律。本文综述了人体局部降温方式、暖体假人和局部热舒适性的研究和应用,针对人体背部的局部降温,利用热电制冷技术制作了散热方式为风扇加肋片的制冷装置,并搭建了模拟人体不同新陈代谢量的暖体假人局部降温测试平台。先通过真人实验对局部制冷装置的制冷效果进行测试,在环境温度为30℃、34℃和跑步速率为2、4、6km/h的工况下,对6名志愿者进行局部降温测试,研究不同制冷功率时人体背部的温度分布和热舒适、热感觉投票值。其次,在同样的实验工况下,利用暖体假人进行局部降温的测试,得到暖体假人背部的温度,采用真人测试数据验证暖体假人实验数据。最后,在环境温度为30-34℃和暖体假人模拟的新陈代谢量为150、280、360W的工况下,通过改变制冷功率以及制冷面积,研究了热电制冷端表面温度的分布,以及暖体假人背部温度的分布。采用真人实验和暖体假人实验相结合的方法,对人体背部局部降温进行了研究,主要得出以下结论:(1)真人实验结果表明,背部局部降温明显改善了人体热舒适性。随着制冷输入功率的增加,人体背部皮肤表面温度不断下降,但身体其他部位的皮肤温度测量值变化不大。背部局部降温一定程度上改善了受试者整体和胸部的热感觉、热舒适,但对其头部的热感觉、热舒适没有显著影响,背部的局部热感觉、热舒适改善效果最明显,能够让背部达到舒适的状态。受试者在2-6km/h跑步速率下,当室温为30℃时,人体背部感到舒适的温度范围为28-30℃,当室温为34℃时,人体背部感到舒适的温度范围为27-29℃。(2)真人实验与暖体假人实验验证结果表明,暖体假人与真人的皮肤温度以及背部局部降温温度非常贴近。暖体假人与真人的皮肤表面温度误差小于1℃,尤其背部的误差最小,在0.3℃以内。暖体假人与真人背部局部制冷实验得到的背部温度整体下降趋势相似,平均温度误差在0.36℃左右。在室内环境温度为30℃和34℃的工况下,人体感到舒适时暖体假人背部温度范围分别为28-30℃和27-29.5℃。(3)暖体假人背部局部降温实验结果表明,局部制冷装置输入功率越大,暖体假人背部平均温度、制冷装置的冷端温度和制冷铝板平均温度越低,但是随着环境温度的上升,同一输入功率下的暖体假人背部局部温度在上升。相同新陈代谢量的情况下,环境温度越高制冷效果越差,且背部温度下降程度越小,环境温度相同时,背部温度下降程度与新陈代谢量无明显相关性。对比制冷面积为10×10cm和15×15cm的制冷效果,得出制冷面积为15×15cm的制冷装置能够产生范围更大且舒适度更佳的制冷效果。