第四章 服装舒适性评价系统暖体假人

(七)英国 1964—1966年间，英国皇家空军航空医学研究所 Kerslaka等人研制了瞪体假人。该假人壳体用轻合 金铝浇铸而成，分18个加热区段，各区段之间隔 热；采用控制器控制继电器进行温度控制，电阻 传感器进行控制加热和记录局部体表温度。 (八)加拿大 加拿大皇家航空医学研究所在1957年研制了暖体 假人。该假人为铜人，分14个加热区段，头部可 取下，可模拟坐、站姿势，30只热电偶测温，用 调节器进行温度控制。

对服装热学性能的评价，可通过在特定外界环 境和工作负荷条件下的生理穿着试验来进行，但 鉴于道德、成本和重复性等方面的原因，目前国 际上已普遍采用暖体假人来测试。它能在设定的 环境条件下，方便地测试服装整体或局部的热学 性能参数，其优点是精确度高，重复性好，并可 在真人无法试验的极端环境条件下，进行服装的 热学性能测试试验。目前暖体假人已在服装保暖 性能评价、保暖机理研究和职业防护服装开发中 发挥了重要作用，被公认为是服装工效学研究必 不可少的先进设备。

2. 服装的热阻 当假人不出汗时，Фe＝0，服装的热阻 ：
Rcl Rt Ra

A (t t ) 6.45 R
n 1 i n装热阻，clo； Rt——总热阻，clo； Ra——假人表面空气热阻，clo； ts——暖体出汗假人体表平均温度，℃； ta——环境温度．℃： Ai——假人区段体表面积，m2； Фtmdi——假人区段干态散热量，kw； n——测试服装覆盖的区段数。

是模拟人体—服装—环境系统之间热交换 的设备。
其实质为一个热力系统，包含了研究服装 热湿舒适性的生理与物理特性。 是服装舒适领域研究和开发的简便的试验 手段。







1．模拟人体表面温度与代谢产热； 2．模拟热量从人体内到皮肤表面的热传导； 3．皮肤温度、热容量与热积蓄的分布状态符合人 体生理学特点； 4．体型与尺寸符合人体生理解剖特点； 5．体表形状符合人体几何形状，表面近似皮肤的 皱纹等结构，表面黑度接近人体的皮肤黑度； 6．关节可活动，能模拟人的各种姿势，节段连接 处可拆卸； 7．温度控制和数据处理采用计算机； 8．能模拟人体皮肤出汗。
3．服装的透湿指数 当暖体出汗假人出汗时，其产热量包括非蒸发散热量和蒸 发散热量，此时测试服装的透湿指数可由下式计算：
im

( ) R 20.66 A S (P P )
n 1 tmei i tmdi a n 1 s
t
Фtmei——暖体出汗假人各区段湿态散热量，kW； Фtmdi——暖体出汗假人各区段干态散热量，kw； Ps——假人表面皮肤饱和水汽压，Pa； Pa——环境的水汽压，Pa； Ai——假人区段体表面积，m2； S——常数； Rt——总热阻，clo； im——透湿指数，量纲为1。

3．堪萨斯州立大学（KSU) 20世纪60年代，由美国暖气及通风工程协会(ASHRAE) 资助，堪萨斯州立大学研制的KSU暖体假人投入使用， 开展了一系列基础研究。该假人用铜料制作，黑色皮 肤；呈站立姿势，不能坐与运动，自身不能独自站立 ；分为17个解剖区段，体内加热，用正比温度控制器调 节进行温度控制。
(五)瑞典 20世纪90年代，瑞典设计制造了出汗暖体 假人，现安装在芬兰。该假人分38个加热 区段，均采用电加热；除头、手、脚外， 共有187条汗腺；假人尺寸按C50服装号型 标准设计；肩、肘、臂和膝关节均可自由 活动；最大出汗量为200g/m2· h)，在生理学 上相当于人体每小时出汗350g。芬兰应用该 假人对军队野战服进行了热湿评价。

(一)美国 1946年，美国军需气候研究室Fitzgerald就报道了第一台暖体 假人的研究。20世纪六七十年代，多家研究机构研制了不同 的假人，并进行了多种用途的应用研究。美国是最先开展假 人研究的国家。 1．陆军环境医学研究所 20世纪60年代初，美国陆军环境医学研究所Goldman、 Fonseca等人，在军需研究与工程中心使用的单段暖体假 人基础上研制了多段暖体假人。 2．美国宇航局（NASA) 1965—1966年，美国宇航局和A．P．L公司合作，由 Gabronn和McCallough负责研制成功了暖体假人，并对阿 波罗、双子星座航天服进行了性能评价试验。



4.人工气候箱
严格地讲，人工气候箱不属于暖体出汗假人系统 ，但内于它为暖体出汗假人的应用提供了所必需 的测试环境条件，保证所得试验结果有效。

按使用材料分：

铝人、铜人、加热铜人、电加热铜人、单段铜 人、多段铜人、电加热多段铜人、暖体假人、 出汗铜人、出汗多段铜人等等。 恒温法、恒热法和变温法等。 干态暖体假人、 出汗暖体假人、 呼吸暖体假人 、 浸水暖体假人、 数值暖体假人、 小型暖体 假人、暖体假肢和假头。
1.暖体出汗假人的产热量

当暖体出汗假人—服装—环境处于稳态热平衡 时，暖体出汗假人的产热量等于通过服装的散 热量。
tm d e cv r e
Фtm——暖体出汗假人的产热量，kw； Фd——人体通过服装表面的非蒸发散热量，kw； Фe——人体通过服装表面的汗液蒸发散热量，kw； Фcv——人体通过服装表面的对流散热量．klv； Фr——人体通过服装表面的辐射散热量，kw。
(二)日本



20世纪60年代，日本神户大学就开始采用出汗暖体假 人对服装舒适性进行研究，随后有多家科研单位开展 了对出汗暖体假人的研究工作。 1．神户大学 1962——1966年，日本神户大学卫生系稻垣和子等 人研制了不分段的钢制暖体假人。其内部装上电热 丝和温度调节系统，体内温度恒定为37℃、30点测 温(体表22点、体内1点、衣下7点)；使用电位差仪 和计时器测计热流量。 2．工业技术院制品科学研究所 1977年，日本工业技术院制品科学研究所的三平和 雄等人，研制成功了男型和女型两种暖休假人。
(六)丹麦 20世纪80年代，丹麦技术大学热绝缘实验室研制 了铜壳暖体假人。该假人分16个加热区段，玻璃 钢成型，铺设镍铬丝加热，独立进行温度控制， 各部位的表面温度由ISO7730标准及Fanger舒适性 方程确定，躯体平均温度32℃，手、脚平均温度 29．5℃，最大加热功率为0．25kW/m2；暖体假 人的肩、臀、膝关节可以活动，能模拟坐、立等 姿势，借助外部力量可以模拟行走、骑自行车等 动作。1989年10月，我国上海飞达羽绒服装厂在 上海同济大学的协助下，引进了丹麦技术大学的 女型暖体假人。

迄今为止，全世界共开发了100多种暖体假人， 主要用于服装舒适性与评价的研究，其基本结构多 是将假人本体分为若干段，选用某种材料制成如真 人般的人体模型，如暖体假人皮肤为黑色，形状与 大小和一般站立的成年人相当。它可以模拟真人服 装的穿着过程，能够反映整体服装的隔热性能，比 较准确的测量出服装的隔热值。也可以分段使用， 例如用铜手测定手套的隔热值，用铜脚测定靴子的 隔热值等。暖体假人可以经受任何实验环境，可根 据需要进行不间断的连续实验和多次重复实验，无 精神因素影响，实验结果稳定，误差较小。它能够 为服装设计、选材、工艺技术及服装生理卫生学提 供基本数据。
日常服装、军服、特种功能服装(如航天服 、潜水服、防护服等)的隔热与透湿性能的 评价； 其他纺织品(如睡袋、帽子、手套等)的隔热 与透湿性能的评价； 各种服装与人体的热交换性能的研究。


依靠自身的温度调节系统来实现人体散热 功能的仿真系统，通过热调节机制建立人 体——服装——环境三者之间的稳态热平 衡，并依据服装热舒适模型评价服装的热 学性能。


1.本体系统
包括
外形壳体、关节连接、区段构造等。各区段用关 节连接，各关节均可活动，从而保证了暖体出汗 假人的多种姿态，并能独自稳定站立。 分为16个独立解剖区段，壳体由铜质材料制成。

内部有测温、发热系统，并采用阻燃、隔热、稳 定热流等技术。


2.温度控制系统
温度控制系统由加热装置、控制装置和数据监控 处理装置组成。

按控制方式分：


按用途分：


暖体出汗假人的发展，大致经历了从单段 到多段、单姿到多姿、静态到动态、恒温 到变温及干态到湿态(出汗)的过程，至今已 是第三代假人了。
第一代假人可以满足服装热阻的一般测试，并 得出静态服装热阻； 第二代假人可模拟人体不同姿势，还可模拟一 些简单动作，可进行服装热阻的静态与动态测 试； 第三代假人能模拟人体出汗，从而拓宽了人们 对人体、服装和环境三者之间研究的广度和深 度。




关于暖体假人的设计要求可以概括为以下几点： (1)外表要符合人的几何形状； (2)体表面积接近国人平均个体(成年男人约1．65m2)； (3)分段温度控制； (4)皮肤温度分布应符合人的解剖、生理学特点； (5)大关节可以活动，便于模拟人的各种姿势； (6)表面黑度与人的皮肤黑度相同； (7)表面不应光滑，应近似皮肤的皱、纹、凸、凹等结 构； (8)最好能够模拟皮肤出汗蒸发； (9)温度控制和数据处理应使用电子计算机； (10)节段连接处可以拆卸，便于穿、脱服装和维修。
我国从20世纪70年代后期开始，重视对暖体假人的研究， 利用暖体假人来研制开发特种服装和民用服装。其中最具 代表性的是总后勤部军需装备研究所、上海东华大学服装 学院开发研制的暖体假人。 (一)总后勤部军需装备研究所 20世纪70年代后期，总后勤部军需装备研究所曹俊周等人 研制出了“78恒温暖体假人”，在此基础上，于20世纪80 年代末又研制成功了“87变温暖体假人”。该假人分15个 加热区段，内部敷设电热丝，外部为铜壳，各关节可活动 ；采用计算机多路巡回监测系统进行温度控制，由计算机 完成温度监测、PID数字控制、功率监测及显示打印等工 作。可用变温、恒温和恒热三种方式进行动、静两种姿势 试验，控温精度、重复精度较高。