基于高温人体热反应模型的生理参数预测

为有效评估人员在高温环境的安全性,建立人体热反应模型模拟高温环境人体皮肤温度、核心温度等生理参数。计算人体-服装-环境之间的热交换,并考虑高温对人体代谢产热、血流量、换热系数的影响,建立适用于高温环境的人体热反应模型。通过人体实验测量值及Fiala模型模拟值验证所建模型的有效性,验证结果表明高温人体热反应模型和实验结果吻合得很好。在48℃环境中所建立模型模拟平均皮肤温度值与实验测量值最大差值小于0.3℃,而Fiala模型与测量值最大差值接近1℃。所建立的模型可用于高温环境人体皮肤温度和核心温度等生理参数预测,为公共安全领域的应急救援、人员安全性评估、防护服研发等提供参考。     

基于图像处理技术的热防护服参数设定算法

对高温环境下经过热防护服传热到假人皮肤的整个热传导问题进行分析,建立热防护服各层厚度测量方法的数学模型。假定在皮肤外侧温度与时间关系的数据已知情况下,运用MATLAB软件,对皮肤温度与时间关系数据进行拟合,得到的拟合方程,绘制出整个传热模型过程的温度分布图;基于傅里叶定律和由能量守恒定律求得热平衡方程,计算出人体防热材料各层的最优厚度。该模型可作为高温坏境下测量热防护服各层厚度、预测人体热生理参数、评估舒适度和热传导实验的依据。     

基于室内对流换热人体热反应模型的生理参数预测

为了在不同对流换热方式的室内环境中对皮肤温度、核心温度等人体生理参数进行有效的预测,基于Fiala模型,综合考虑不同对流方式对人与环境换热量的影响,尤其是通过修正不同对流方式的对流换热系数、平均辐射温度以及服装热阻等,建立了室内对流环境中的人体热反应模型。通过将模拟值与文献实验值进行对比来验证所建模型的有效性,结果表明两者高度吻合。在自然对流、混合对流环境下,平均皮肤温度预测误差以及受迫对流环境下人体大部分部位局部温度预测误差均小于1℃。所建模型可用于各种对流空调环境下的人体生理参数预测,为新型对流空调系统设计、评估以及规范修正等提供参考。     

面向人体热反应计算的加热服装热湿传递模型

服装热湿传递数值模型是评估服装保暖防护性能、计算人体和环境的热湿传递以及评价人员冷暴露安全的重要工具。现有模型主要关注传统的被动保暖服装,针对主动加热服装的模型研究较少,且仅考虑织物层面,不能用于人体实际穿着服装中热反应计算的模拟。该文构建了适用于与人体热生理反应模型耦合计算的主动加热服装多层热湿传递模型。基于被动保暖服装模型,考虑电加热、相变材料(PCM)、吸湿发热等主动加热技术的产热传热机理,建立了适用于主动加热服装的热湿传递通用模型。针对最为普及的电加热服装,进一步考虑服装结构、辐射传热、分区与横向传热的特性,对模型进行优化改进,建立了适用于电加热服装的改进模型。与实验数据对比表明：所建立的通用模型和电加热服装改进模型对局部皮肤温度的预测误差分别不超过0.58℃和0.47℃,具有较好的准确度。所建立的模型可应用于低温暴露场景中穿着主动加热服装的人体热安全及服装防护性能评价,为公共安全以及环境工效学领域的人员防护、应急管理和防护装备研发提供参考。     

织物结构参数对人体热响应影响数值分析

针对着装人体的热、湿舒适性问题，联合改进的25节点人体热调节模型和服装热湿耦合模型，模拟了人、服装、环境系统的瞬态热、湿传递过程．人体模型中考虑了汗水积聚的影响；服装模型中考虑了水蒸汽扩散、液汗毛细传递和蒸发／凝结、纤维湿吸附／解析；针对不同厚度和孔隙率的服装比较了人体的热响应及服装温、湿度变化．数值分析表明，在高温高湿环境下穿厚度大、孔隙率小的服装较穿厚度小、孔隙率大的服装，皮肤温度、皮肤表面出汗率高，干热损失少．模拟结果可以为服装热、湿舒适性定量设计提供指导。     

高温高湿环境对作业者反应时间的影响研究

高温高湿环境中作业者作业过程中机体容易产生疲劳。当人体各项生理指标处于低谷时将表现出反映时间延长,反映速度下降,进而导致事故的发生。本文采用实验研究法,模拟高温高湿环境的微气候环境,观察被测者在不同环境工况和不同工作强度下的简单反映时间,进行比较和分析研究,得到人体简单反映时间变化的规律和趋势,以期为高温高湿极端环境中作业者生理、心理健康和劳动安全等相关研究及法律法规的制定起到借鉴作用。     

低温作业环境下应急救援人员局部冷损伤预测评价

为评价应急救援人员在低温环境下开展救援活动时遭受的冷损伤情况,对传统人体热生理模型进行改进,将人体模型拓展为20个分区,增加了脸部、肩部等部位,每个部位包括4层：核心、动脉、静脉、皮肤,动、静脉的血流参数由128段血管模型计算获得。基于改进的人体热生理模型,计算分析了多种低温环境工况下应急救援人员局部皮肤温度的变化规律,主要探讨分析了环境温度、风速、防护程度对手部和脸部皮肤温度的影响程度。结果表明：风速对低温环境工况人体局部皮肤温度影响显著,但随着风速的增加,影响程度会降低;较好的局部低温防护能提高人体该部位皮肤温度10℃以上;手部较脸部更容易遭受冷损伤。该研究能为低温环境下作业人员冷损伤评估提供技术支持,对低温冷损伤防控具有重要应用价值。     

动态辐射热环境对人体生理与热反应的影响

为了探索辐射空调形式下温度突变对人体热舒适的影响,给控制调节辐射空调系统提供一定的参考,通过人工气候室营造偏凉-中性温度突变环境,开展了对流、辐射地板与辐射吊顶三种不同空调形式下,20名受试者的整体-局部主观热感觉、热舒适投票以及皮肤温度等生理参数随时间的变化研究 . 根据生理参数测量结果显示,突变到中性温度的辐射热环境中皮肤温度存在滞后现象且动态辐射热环境下人体交感神经表现得更为活跃;由主观问卷分析得出,动态辐射热环境下受试者舒适感及热愉悦感更佳,主观热感觉出现心理超前现象,其中动态辐射地板的优势更为突出;背部、小腿、足部对于瞬态热刺激最敏感,可用于热感觉预测. 最后,根据人体平均皮肤温度随时间变化规律,建立了基于修正的Knothe时间函数相关预测模型,量化了三种工况下人体生理调节的响应特性;根据人体平均皮肤温度及其变化率与平均热感觉的变化规律,建立了三种工况下的热感觉预测模型,简化了动态环境下人体热感觉预测的求解过程.     

人体热舒适客观评价指标

在人体、动物实验基础上,对有可能作为人体热舒适客观评价指标的重要生理参数进行探讨.人体热反应实验在人工气候室内进行,对不同环境温度下受试者的生理参数和主观感觉同时进行测量.研究结果表明:受自主性体温调节活动影响的生理参数如人体皮肤温度、心率变异性、新陈代谢率、脑电波、肌电、排汗率与人体热舒适具有较好的生理相关性,并且在人体处于热舒适与不舒适状态时差异显著,具备作为人体热舒适客观评价指标的生理基础;平均皮肤温度反映热舒适程度的灵敏性较高,具备较高的可靠性,而且其测量与计算较为简单,可作为一个有效的客观指标来评价稳态热环境下的人体热舒适程度.     

-10℃～5℃低温环境下体育锻炼人员人体热反应关键参数的实验研究

低温环境中,人体热反应规律研究是人员热安全与热舒适评价的基础。现有研究的对象尚局限于低运动强度的低温暴露人员,缺少针对冬季体育锻炼人员的研究。为研究体育锻炼人员在低温环境下的人体热反应规律及其影响机理,该文在环境舱中开展人体实验,考虑5、 0、-5和-10℃的低温条件及2.57 clo和1.34 clo两种冬季运动着装条件,对6名体育锻炼男性青年的皮肤温度、核心温度、热感觉等热反应关键参数进行了测量。结果表明：人体平均皮肤温度及局部皮肤温度受到环境温度的线性影响,拟合斜率随服装保暖性能的提升而减小;人体核心温度变化速率与人体热积累速率成线性关系,拟合斜率随服装保暖性能的提升而增大;人体热感觉在中低运动强度下受到环境温度与着装影响,而在高运动强度下影响不显著;且体育锻炼人员的热感觉未表现出与生理温度间的统计相关性。基于实验结果为低温环境下体育锻炼人员的服装选择提出了建议。该研究可为体育锻炼人员的热安全、热舒适、运动能力及服装性能评价提供参考。     

高温环境中发汗暖体假人的热生理数值模型

在工业生产、安全防护等领域当中,研究在高温环境中人员与环境间的相互影响具有重要的意义。使用可以模拟人体发热、发汗的暖体假人,可开展人体与环境之间热湿交换模拟研究,以及开展高温环境服装防护性能测试。该文建立了一个基于20分区发汗暖体假人设备的多分区多层传热数值模型,通过实验等方式确定各分区的各项热物理参数,建立热平衡方程组,实现对假人在给定环境中的温度变化以及与服装相互作用的过程。将模型计算结果与实验测试数据对比验证其有效性,在常温和高温范围内的一致性良好。此数值模型可以作为开展高温环境中假人实验的前期计算工具,实现对温度变化和服装性能的快速预测。     

人体皮肤能忍受多高温度？

人体皮肤对温度很敏感，皮肤在较低温度下忍受热的时间性长，在高温下时间就短。皮肤耐温时间长短取决于空气温度和衣的数量。一般超过95℃时，皮肤忍受时间便急剧下降，在120℃时可忍受15分钟，     

热带地区典型人群的基础热反应

同属于夏热冬暖地区的海南与广州的室内人体热舒适现场研究结果显示其热中性温度差异大。为探寻其原因,分别征集海南两个地区的典型人群进行了人工气候室的高热湿反应实验。较于边缘热带(海南北部气候区)区人群,中热带气候区(海南南部气候区)人群对高湿热环境的生理、心理反应都略低;中热带气候区人群热中性温度(ET~*)为28.2℃,边缘热带区受试者的热中性温度(ET~*)为27.6℃。与同属于夏热冬暖地区的广州和严寒地区的人工气候室研究结果比较,人体达热中性温度时,海南人群的平均皮肤温度更高;在低温及接近热中性环境时,实际热感觉投票值(thermal sensation vote, TSV)与理论预测值(predicted mean vote, PMV)、实际不满意百分比(percent dissatisfied, PD)与预测不满意百分比(predicted percent dissatisfied PPD)相差较小;而在高温且高湿的环境,两者差距大。长时间生活于持续高湿热环境的人群,其心理和生理都更适应高湿热环境;基于PMV-PPD的国际标准得到的热舒适区域和热中性温度并不完全适用于热带地区,热带地区人群的可接受温度范围更宽。     

人体舒适度与室内热环境

通过对自然通风环境、实际空调环境、实验空调环境与人体舒适度的关系的分析,发现在自然通风条件下人体热感觉随着温度变化是最小的,仅为0.0949(TSV)/℃,而在实际空调环境下,热感觉与温度关系最大,变化率为0.3245(TSV)/℃.说明在自然通风条件下,影响人体突然感觉的其他因素比实际空调环境以及实验空调环境的要多;本文对三种热环境下热不可接受率与实测不舒适度进行比较,发现实测不舒适度远高于热不可接受率,说明热感觉并不等同于热舒适;在自然通风环境下,高温高湿(28℃,80%以上)条件下,空气焓值大小对实测不舒适度的影响比温度、相对湿度更为明显.     

室外高温环境下建筑工人劳动安全评价

为减少高温作业下生产性意外事故的发生，对高温环境下建筑工人的劳动安全进行评价，以引导施工现场的作业安排。本研究从劳动作业、作业环境、工人自身因素3方面，结合室外高温环境下影响劳动安全的其他子因素，建立了评价指标体系，基于层次分析法计算指标权重，考虑到传统模糊综合评判法无法处理数据间随机性，再引入云理论，基于n组打分结果，通过云熵值、云期望将评价过程中的随机性以及模糊性定量化，进而对高温环境下建筑工人的工作进行安全评估，从而得到各指标处于不同安全等级的隶属度，实现动态评价的过程。结果表明：云模型评价结果存在的离散化程度较小，专家意见较统一，且综合安全评价结果为7.24，安全等级较差，应重点调整劳动因素中的作业负荷，评价结果符合实际情况，进一步表明该模型的有效性。     

模拟失重条件下人体出汗变化规律的实验研究

针对失重条件下人体出汗所发生的变化,采用航天医学领域的-6°头低位卧床(HDBR)实验与常规热舒适实验相结合的方法,在12种空气温湿度下对6名男性受试者进行不同部位皮肤微电流的实验测量,将皮肤微电流作为人体出汗的指示信号.研究结果表明:HDBR模拟失重时,空气相对湿度较低的条件下(RH=30%)人体皮肤出汗比HDBR卧床前需要更高的空气温度刺激,并且出汗率相比卧床前出现一定程度的降低;中等湿度(45%)条件下,模拟失重时的皮肤出汗率随着空气温度增高而增加,但是显著低于HDBR卧床前的水平;高湿条件(80%)下且环境温度高于29℃时,模拟失重时人体皮肤出汗率显著增高,其值低于HDBR卧床前的水平但与其差值逐渐减小.此外,在实验环境下所有受试者的皮肤出汗敏感度降低,并且大腿、小腿、上臂皮肤出汗率显著低于额头、胸和背部皮肤处的出汗率.研究证明,模拟失重条件下人体皮肤出汗与正常重力时存在不同的变化,研究结果可为载人航天时人体热环境的改善提供依据.     

深井掘进巷道热环境下人员疲劳水平实验研究

随着矿井开采深度的延伸,井下高温区域逐年增多,人员在高温作业环境下作业,身心健康问题是越来越得到重视。为了找出井下高温环境下作业人员劳动强度与生理、心理指标影响规律,根据新安煤业公司矿井-650 m水平3406运输巷掘进作业过程中环境气候指标,通过实验室中设计高温模拟仓环境参数和人员劳动强度负荷等级,采用实时监测人员心率的方法,计算人员心血管负荷(CVL)并衡量人员疲劳水平。实验得出三球温度(WBGT)26℃、30℃、33℃、35℃以上环境条件下人员重体力劳动、极重体力劳动的CVL分布规律,发现环境温度超过26℃(WBGT),CVL已处于警戒(III级),尤其是超过35℃(WBGT),严禁从事重劳动负荷以上的活动,必须采取有效措施降温,从而为合理安排矿井高温作业场所人员生产活动提供理论支持。     

实际空调环境中大学生人体热反应及其对空调关闭影响的研究

针对实际间歇空调运行情况的体现,依托某实际空调房间,基于人体进入空调房间之前热经历以及空调环境变化的随机测试工况,通过人体主要部位皮肤温度等生理参数和室内环境参数的测试以及人体热感觉和空调关闭意向的问卷调查,研究分析空调环境中处于静坐状态人体的生理热反应及其与空调关闭行为的相互关系.结果表明,在四肢和颈部几乎暴露于环境的条件下,空调环境中人体脚底皮肤温度变化明显,并对人体热感觉产生重要影响,伴随脚底皮肤温度的降低,人体热感觉从热中性开始,之后以"阶梯降"的形式逐步降低.同时,尽管空调关闭时的人体热感觉存在差异,但从统计角度分析,决定空调关闭动作产生的关键因素仍是脚底皮肤温度.脚底皮肤温度又最终由人体的环境暴露状况(热环境经历和当前所处环境)所决定,空调环境温度越低,人体对空调环境的热不可接受度越高,空调关闭的动作越容易发生.与脚底相对照,颈部、胸部、手背、大腿和前臂的皮肤温度对人体热感觉和空调关闭行为不产生统计上的显著影响.     

基于时间加权的改进灰色预测模型及其应用

本文就GM（1,1）传统模型及其辨识值求解模型做了一定探讨。GM（1,1）传统模型的本质是曲线拟合,然而此曲线对于各历史点的拟合是最优的,但对于预测未来值不一定最优;传统灰色预测辨识值求解模型采用等权最小二乘法,认为各已知历史点的一次累加值与实测值累加值的误差对辨识值模型的权值均为1,未考虑时间因素,在理论上存在一定缺陷。本文提出一种时间加权辨识值求解模型,用加权最小二乘求解辨识值,进而求出系统预测方程,并用MATLAB语言编写了改进的灰色预测模型程序。将本文提出的模型应用到超高层建筑物的变形预测中,将改进预测模型预测结果与传统方法得到的预测结果进行比较,证明本文提出的改进模型具有较好的实用性和参考价值。     

基于暖体假人的热环境下人体安全评价

工业生产中的高温作业以及应急救援中的消防灭火等,对高温环境中的人体安全防护研究提出了需求。该文建立了将热生理反应理论计算与人体模拟实验相结合的高温环境人体安全评价方法。应用高温实验舱和红外热辐射板建立高温实验环境,应用理论模型实时计算出与热环境相对应的所需出汗率和体温的变化,应用NEWTON暖体假人模拟人体被动升温、显性出汗的交互过程。在热辐射温度为30~40℃的热环境中,研究人体体温、出汗率的变化,并从体温过高、出汗脱水两个角度判断人体所处的安全状态。结果表明,该方法能够模拟人体在高温环境下的热生理响应,并对人体安全情况作出评价。