低氣壓環境被服系統總熱阻計算模型

張華玲++姚大軍++洪詩堯

摘要：

服裝熱阻是影響人體熱舒適的重要因素之一，夜間睡眠狀態下的被服系統總熱阻包括人體所穿服裝熱阻與整個床褥系統熱阻。針對低氣壓環境，目前，尚缺乏被服熱阻實驗數據，也沒有可參考的被服系統總熱阻的理論計算模型。以人體睡眠狀態被服系統總熱阻計算方法為依據，引入氣壓修正項對相關參數進行修正，建立了適用于低氣壓環境的被服系統總熱阻的修正計算模型，并用模型計算了冬夏典型被服系統總熱阻，分析了氣壓減小對總熱阻的影響，發現冬夏季被服系統總熱阻均隨大氣壓力降低而升高，增加百分比最大值均為42%，且均出現在被子覆蓋率為23.3%的條件下，當海拔低于3 000 m時，由被子覆蓋率引起的被服系統總熱阻增加系數不超過0.05。

關鍵詞：

低氣壓環境；病人；被服系統總熱阻；壓力修正；計算模型

Abstract：

Clothing thermal resistance is a key factor that affects the thermal comfort of human body. The total thermal resistance of bedding and clothing system in sleeping at night includes the clothing system resistance and the body of the mattress system. In the low pressure environment， there is still a lack of experimental data and calculation model of thermal resistance， with no reference to theory models. In this paper， based on calculation method of the total thermal resistance of bedding and clothing system in sleeping， the calculation model of total thermal resistance in low pressure environment is established by the introduction of pressure correction of related parameters. The typical total thermal resistance both summer and winter is calculated using the model. The variation rules of total thermal resistance caused by the pressure reducing is obtained. At altitude of less than 3000m， the increasing coefficient of total thermal resistance of bedding and clothing system caused by the coverage ratio of blanket is not more than 0.05. The total thermal resistances both winter and summer increase with atmospheric pressure decreasing. There is a same maximum percentage of 42% under the condition of 23.3% of blanket coverage.

Keywords：

low pressure environment； patients； total thermal resistance； pressure correction； calculation model

目前，人體熱舒適研究主要關注于日間不同活動水平[14]，服裝熱阻取決于人體所穿的衣物及所帶配飾，主要采用ASHRAE手冊中給出的計算方法[5]。夜間睡眠狀態下的被服系統總熱阻除了所穿衣物熱阻外還包括整個床褥系統的熱阻，文獻[5]給出的公式計算睡眠狀態下的人體總熱阻將會存在較大的誤差，Lin等[6]給出了常壓下人體睡眠狀態被服系統總熱阻計算模型，并給出了不同材質與厚度床褥系統熱阻在常壓下的實驗測試值。研究低氣壓下的人體睡眠狀態熱舒適，首先需要計算或測試低氣壓環境床褥系統的熱阻，但目前還未見文獻給出基礎數據。由于低氣壓環境人體在睡眠狀態的總熱阻與在常壓下環境計算方法基本相同，因此，為減少實驗測試工作量，本文通過理論方法給出氣壓降低對被服系統總熱阻計算的修正模型，并基于已有的常壓環境熱阻實驗數據，為低氣壓環境人體睡眠狀態的熱舒適或普通病房病人的熱舒適研究奠定了基礎。

1低氣壓環境被服系統總熱阻修正模型

1.1常壓環境被服系統總熱阻模型

文獻[6]將睡眠狀態下人體與被服系統傳熱的物理模型簡化為圖1所示。

人體散熱包括：被子與皮膚直接接觸部分的傳熱量Q1、被子與皮膚之間的空氣夾層的接觸部分的傳熱量Q2、人體皮膚與床墊接觸部分的傳熱量Q3、人體外露皮膚與室內空氣直接接觸部分的傳熱量Q4、穿著服裝與周圍環境間的傳熱量Q5、穿著的衣服和被子之間的換熱量Q6、服裝和被子重疊部分與周圍空氣間的換熱量Q7等7部分。應用能量守恒定律，通過推導得出了睡眠狀態下人體被服系統總熱阻計算模型[7]，如式（1）。

1.2氣壓減小對被服系統熱阻的修正

依據常壓下被服熱阻實測數據（表2[6]），本文選擇夏季和冬季兩種典型被服系統形式如表3所示。利用式（5）計算給出八種被子覆蓋率、兩種典型被服系統總熱阻隨氣壓減小的變化情況（被子導熱熱阻1/λb=0.04[7]），如表4～5及圖2～3所示。

由以上計算結果分析可知，在相同被子覆蓋率條件下，冬夏季被服系統總熱阻均隨大氣壓力降低而升高，且冬夏季被服系統熱阻隨大氣壓力降低的增加百分比最大值都出現在被子覆蓋率為23.3%的條件下，均為42%；同一氣壓條件，冬夏季被服系統總熱阻均隨覆蓋率的增加而增加，但增加系數隨覆蓋率的增加而降低，且增加百分比的極值差均不超過0.1。在海拔低于3 000 m的條件下，由被子覆蓋率引起的被服系統總熱阻增加系數不超過0.05，即可以認為海拔不超過3 000 m的條件下被子覆蓋率對被服系統總熱阻變化的影響很小。

3結論

1）通過理論推導，在林中平教授所建立的睡眠條件下被服系統總熱阻計算模型的基礎上建立了低氣壓不同大氣壓力（海拔高度）下睡眠狀態被服系統總熱阻的計算模型。

2）通過該模型計算得到了冬夏兩季不同海拔高度下兩種典型被服系統組合在不同被子覆蓋率條件下的被服系統總熱阻。通過分析計算結果，得出了不同大氣壓力下的被服系統總熱阻的變化規律：在海拔低于3 000 m的條件下，被子覆蓋率對被服系統總熱阻變化的影響很小。冬夏季被服系統總熱阻均隨大氣壓力降低而升高，增加百分比最大值均為42%，且均出現在被子覆蓋率為23.3%的條件下。

3）利用本文所建立的熱阻計算模型，在不進行實驗測量的條件下便可計算得到不同大氣壓力下被服系統的總熱阻。

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