自20世紀40年代的第一台假人問世以來，暖體假人的研究已有60多年歷史了。暖體出汗假人是一種模擬設備，模擬人體各項數據指標，用於服裝等舒適性研究，它不能代替人體試驗。
基本介紹
- 中文名：暖體假人系統
- 歷史：60多年
- 分類：鋁人、銅人、加熱銅人
- 方式：恆溫法、恆熱法和變溫法等
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暖體假人系統
在設計暖體假人時，不可能把所有因素考慮在內，因此出現了很多不同類型的假人。
暖體假人系統分類
按使用材料分：鋁人、銅人、加熱銅人、電加熱銅人、單段銅人，多段銅人、電加熱多段銅人、暖體假人、出汗假人、出汗多端假人等等
按控制方式分：恆溫法、恆熱法和變溫法等
按用途分：暖體假人、出汗假人、變溫假人和體溫調節假人等
暖體假人系統作用原理
暖體出汗假人是模擬人體體溫調節機制的仿真系統，它可以認為是由於暖體假人和出汗假人組合的複合系統。乾態假人是濕態假人的基礎，而濕態假人是乾態假人功能的擴展和延伸。暖體出汗假人，即具有人體的某些生理特性，又具有測試設備的物理特性。
人體生理學認為，人體與外界環境是通過非蒸發散熱和蒸發散熱來進行熱量交換的。暖體出汗假人就是依靠自身的溫度調節系統來實現人體散熱功能的仿真系統，通過熱調節機制建立人體、服裝、環境三者之間的穩態熱平衡，並依據服裝熱舒適性模型評價服裝的熱學性能。
基於測試服裝熱學性能的目的，暖體出汗假人沒有考慮呼吸熱損失和皮膚的無感蒸發損失，這是暖體出汗假人與人體的差別所在。根據人體熱平衡理論和服裝熱濕傳遞原理，當暖體出汗假人、服裝與環境處於穩態熱平衡時，暖體出汗假人的產熱量等於通過服裝的散熱量，即
式中： —— km
——人體通過服裝表面的非蒸發散熱量，km
——人體通過服裝表面的汗液蒸發散熱量，km
—— km
—— 輻射散熱量，km。
當假人不出汗時， ，此時暖體出汗假人的產熱量等於通過服裝的非蒸發散熱量（乾熱），測試服裝的熱阻可由下式計算：
式中： ——服裝熱阻，clo
——總熱阻，clo
——假人表面空氣熱阻，clo
——暖體出汗假人體表平均溫度，℃
——環境溫度，℃
——假人區段體表面積，m2
——假人區段乾態散熱量，km
n——測試服裝覆蓋的區段數.
當暖體出汗假人出汗時，其產熱量包括非蒸發散熱量和蒸發散熱量，此時測試服裝的透濕指數可由下式計算：
Im=20.66
式中： ——暖體出汗假人各區段濕態散熱量，km
——暖體出汗假人各區段乾態散熱量，km
——假人表麵皮膚飽和水氣壓，km
——環境水汽壓，pa
Ai——假人區段體表面積，m2
S——常數
——總熱阻，clo
Im——透濕指數，量綱為1.
下圖是暖體出汗假人系統設計原理框圖，從中可以清楚知道熱平衡是設計所需要的最終目標。
設計原理
設計原理暖體出汗假人，在功能上可以劃分為乾態假人和濕態假人。暖體出汗假人系統由多個系統構成，個系統是相關聯的。暖體出汗系統、模擬出汗系統、溫度控制系統以及人工氣候箱組成。
假人本體依據人體工程學原理設計，它包括外形殼體、關節連線、區段構造等。它符合中國成年男子人體解剖生理特點，分為16個獨立解剖區段，殼體由銅製材料製成，內部有測溫、發熱系統，並採用阻燃、隔熱、穩定熱流等多項創新技術。本體各區段用關節連線，各關節均可活動，從而保證了暖體出汗假人的多種姿態，並能夠獨自穩定站立。
溫度控制系統由加熱裝置、控制裝置和數據監控處理裝置組成。它是以計算機為中心的智慧型閉環溫度調節系統。該系統具備測溫、控溫、計算分析及示警等功能，具有恆定皮膚表面溫度、恆定加熱功率兩種控制模式，並能根據所測參數自動計算被側對象的熱阻魚透濕指數。
模擬出汗系統則由供水系統、水恆溫系統、出汗管路和出汗皮膚組成。系統採用分段供水技術，對個區段進行控量供水來模擬人體出汗；實現了出汗量、出汗速率的微量可調，採用出汗皮膚的保濕量與不同出汗部位出汗量對應的原則，實現出汗的穩定性與連續性。
嚴格的講，人工氣候不屬於暖體出汗假人系統，但由於它為暖體出汗假人的套用提供了所必需的測試環境，保證所得測試結果有效，因此可把它作為暖體出汗假人的外部支持設備。
其實，各系統之間沒有嚴格界限，有些裝置、部件可以屬於不同的系統，如出汗皮膚、體內發熱源等。它們之間是互相聯繫、互相影響的。
測試服裝透濕指數，應遵循全身表面濕空氣和這個基本原則。暖體出汗假人就是通過維持表面濕蘊來形成一個飽和濕空氣層，但如果假人表面過少或過多的濕潤，都將會影響最終的試驗結果，造成誤差。原因是：假人表面不夠濕潤，就不能達到表面濕空氣飽和；而過於濕潤，則會導致多餘的水分滴落或流淌，引起被測服裝部分濕潤。根據服裝的熱濕傳遞原理，服裝的蒸發阻力隨著服裝的逐漸變濕而降低，相應的，服裝透濕指數也會隨著服裝濕潤面積的變化而變化。這就要求在全部試驗過程中，假人應保持一定的“表面濕態”：出汗皮膚的表面水蒸氣含量處於飽和狀態；同時出汗皮膚的含水量並沒有飽和。“表面濕態”與出汗量的多少有關，選擇適宜的出汗量來保證假人在實驗過程中始終處於“表面濕態”，是實現假人模擬實驗出汗的關鍵點。在實際操作中準確的判斷假人是否處於“表面濕態”，對於獲得科學合理的實驗數據有重要的意義。一般來說，界定假人處於“表面濕態”的方法可分為直接測定法和間接測定法（具體方法見張渭源編《服裝舒適性與功能》）
暖體出汗假人模擬出汗時，經歷了一個從乾態平衡到出汗、濕態平衡、乾燥，最後回到乾態平衡的動態變化過程；相應的，假人的產熱量表現出平穩、遞增、平穩、下降和平穩五個階段。
一個系統的性能只要取決於他的研究開發、設計和製造水平，對其性能進行科學的定性分析與定量分析，是驗證其設計理念、測試結果正確性及可靠程度的重要手段。對於一個測試設備，一般從他的穩定性能、動態回響特性以及精度等方面來進行分析，並根據分析結果對系統的性能作出綜合評價。暖體出汗假人系統是一複雜的非標準測量系統，他採用微機控制的閉環溫度自動調節系統來模擬人體、環境、服裝之間的熱濕交換過程，並根據三者處於穩態熱平衡時的狀態參數來計算服裝的熱濕評價指標，從而達到測試的目的。由此可知，套用假人系統進行測試的前提是他必須處於穩態熱平衡，也就是說，對假人性能的評價實質上可以歸結為對一個熱力系統狀態特性的評價。
研究表明，套用暖體出汗假人測試服裝透濕指數是切實可行的。它是服裝熱舒適研究的重要設備，它的研究開發與推廣套用有著重要的現實意義。對它的研究需要政府在經費、政策方面給與大力支持，並需要各有關研究機構通力合作。相信在不久的將來，假人測試技術會有更大的發展！
