局部接触冷却改善体力活动人员热舒适的研究

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室内环境的热舒适一直受到公众的关注,在夏季偏热的环境中从事体力活动的工作者经常感受到一定的热不适,并可能由于热应力等产生生理不适反应,导致工作效率下降,严重的会危及生命健康。夏季偏热环境下体力活动人员的热舒适问题是近年来相关研究关注的重点之一,而如何有效地缓解个体热应力,以更好地保护作业人员的个体生命安全,也是国内外学者研究的焦点方向。本文针对偏热环境研究了一种基于相变材料的局部接触冷却马甲,有望高效地改善人员的热舒适。采用理论分析、实验、主观评价以及模型建立的方法,分析了相变冷却马甲改善热舒适的效果,并对缓解高温作业体力活动人员热应力以及其主观热舒适提供了理论依据。实验中招募在校大学生20人作为受试者,统一着装并穿戴局部冷却装置(局部相变冷却马甲)进行测试分析,在三种环境温度(27℃、29℃、31℃)下进行实验。通过模拟夏季自然偏热条件,研究相变冷却马甲对体力劳作人员主观热舒适及相关热生理参数的影响。同时基于局部身体接触传热分析,确定了人体传热模型,在此基础上建立了相关热舒适评价模型。主要研究结论如下:局部冷却可在偏热环境下显著降低体力活动人员的整体热感觉与局部热感觉,也显著改善了人员的热舒适。局部冷却时的冷却部位热感觉与整体热感觉有较强的相关性。局部冷却对人体相关热生理参数会产生一定影响。受试者的平均皮肤温度主要随着环境温度的升高及代谢量的增强有所上升;受试者在穿着冷却马甲后,平均皮肤温度则有所下降;而是否穿着冷却马甲,对核心温度(耳温)影响不大;受试者在穿着冷却马甲后,人员局部部位出汗量有显著降低,局部部位热流量有显著升高。基于实验数据,分析并建立了PMVlc模型。该模型可以用于局部接触冷却条件下人员的热感觉。通过进一步预测分析,发现通过进一步增大局部冷却面积可有效改善人体热感觉,而仅改变冷却马甲相变材料温度对人员热感觉改善效果较小;采取同时改变冷却面积及相变材料温度的措施,则可更为有效地改善人员的热感觉。本文研究表明,通过局部接触冷却这种低能耗的冷却方式,可在偏热环境下改善并一定程度上保障体力活动人员的热舒适。相关研究成果可以为进一步针对体力工作人员的冷却服或防护服的研究提供参考,具有很好的理论以及实际应用价值。
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