复杂热环境中人体生理和舒适性的模型

每个身体部位都包含了一小部分与表面接触的裸露部 分与着装部分。
模型分开了对流和热传递，对流和热传递是在空气温 度和像每个部位的传递速度基础上计算的。
对流: 对身体的16个部位得出的对流热传递系数值是 以伯克利对其模特的坐姿和站姿两种姿势得出 的结果为基础。
辐射热传递： 可以通过一个以每个身体部位的平均辐 射温度为基础的线性模拟来计算，或者 用具体模型来计算。
通过身体的三维逼真模型，我们测出了在每个部位的 任何一种随意的环境表面之间的形状因素。
每一个环境表面都可以通过它的位置、表面积、温度 和辐射来描述。
对于非一致性的环境而言这种方法比MRT方法更准确。
图四、图五
热辐射源：
除了与周围表面进行的长波辐射热量的模型，将 之分为短波和长波。
短波辐射是在皮肤或衣服的吸收比基础之上的吸 收，长波是在皮肤和衣服的辐射度基础之上的吸 收。
Hardy和Stolwijk在升温环境中又做了一个相似的实验， 环境温度从30℃到48℃，湿度从40％到30％逐步变化。 需要记录直肠温度、10个区域内的平均温度、整体蒸发 散热量。
5、舒适性预测：
Bohm采用了等效同质温度方法来评估非均匀环境 中的人体反应，并在此基础上得到进一步发展。
图八
每个分段结点中，形成了一棵链接着的树，各个分段 各种平行分支模拟了不同的热量流出途径。
身体的每个分段不需要完全相同。这就使模特具有了不 同的身体部分可以形成不同的身体结构或者不完全相同 的环境条件的能力。
4、验证
模型的初始验证验证，我们把皮肤模拟温度与其他身 体实验的研究。这些研究中包括一些稳定环境和三个 变化研究的研究。
相的确定是通过交互式或对文体文件的模特的使用。
相是最普遍用来表示环境条件不变或进行线性变化 的时间分段。
相是由以下数据组成的：
期间 新陈代谢 生理常量 服装（隔离层和透湿性） 空气湿度 平均辐射温度 气速 相关湿度 包含的表面热效应
图六、图七
人模中所有植入的生理常量可以通过输入数据来改变。
改变新陈代谢速度、热传递系数、织物特性、热传导 率、冷热感受器特性，以及血管收缩和扩张系数这些 更加细节的生理数据。
图九(a)
图九（b）
图九（c）
Hardy和Stolwijk的实验数据来源于3位男性实验者，他 们的实验是在一个逐渐降温的环境中，温度从43℃到 17℃，湿度为30％升到40％.实验对象在一分钟内完整从 一个温室向另一个温室的转移。需要记录的是直肠温 度、10个区域内的平均皮肤温度、蒸发散热量。
评估复杂热环境中人体生理
和舒适性的模型
制作者： 1015403040 1015403041 1015403042 1015403044 1015403045 1015403046 张宁 谢孙黎 陈丽丽 刘素萍 杭莹莹 晏叶
实验介绍：
以Stolwijk的人体温度调节模型和日本Tanabe的工 作为基础 描述了生理学算法和模型的应用，用来预测瞬态不 均匀的热环境中人体的生理反应。 考虑到了生理机制, 而将身体和环境见的对流、传导 和辐射分开
这些特性甚至可以在模拟期间纠正像姿势（坐还是站）， 这样变化条件时来改变。
C++中实施了面向对象人模的方法。数据结构和模拟过 程与全身模型极其相似。
在这个对象结构中结点是基本组成单位。所有现在的模 拟过程如产热、热传递和调节控制机制都是通过结点进 行的。
各种结点组成了一个树状结构，即分段对象。每个分段 部分都有静脉和动脉这些有血液的对象。
利用一系列离散的可变长度的阶段来模拟任何连续的 环境、服装和新陈代谢状况的组合。
1、介绍
分割：如图一 头、胸部、背部、盆骨、左上臂、右上臂、左 下臂、右下臂、左右手、左右大腿、左右小腿、 左右脚
改善了血流模型： 为了控制皮肤温度，或者增加或减少向环境的 散热，身体通过血管舒张和收缩来控制血液的 分布。
稳定环境下的研究：沃纳做了86个研究实验，实验温 度从10℃到50℃，湿度为40%。实验对象只穿着短裤， 躺在吊床上。实验测量的人的各部位及皮肤温度、直 肠温度和鼓膜温度
4、验证
模型的初始验证验证，我们把皮肤模拟温度与其他身 体实验的研究。这些研究中包括一些稳定环境和三个 变化研究的研究。
稳定环境下的研究：沃纳做了86个研究实验，实验温 度从10℃到50℃，湿度为40%。实验对象只穿着短裤， 躺在吊床上。实验测量的人的各部位及皮肤温度、直 肠温度和鼓膜温度
需要有越来越多的研究来研制在变化状态下且非均 匀环境中的全身舒适性指标。
Leabharlann Baidu 图十二
6.应用：
它灵活的输入结构和它对多变的、不均匀热环境 的评估能力使伯克利舒适模型的应用更加广泛。它可 以用来评估建筑中的取暖、通风、空调等设备的作用， 可以为工作提供不均匀且分层的空气环境。它还可以 用来评估车内环境热舒适性。伯克利模型的输入装置 可以与建筑环境的模拟程序相连接，以便更加严格的 评价热舒适性。
将人体无限制的划分成许多部分, 模拟任意数量的身体 部分。
每一个部分都包括4个身体层（核心、肌肉、脂肪和表 皮组织）和一个服装层。
独立的节点代表血液，提供给每段身体部分与组织节点 间的对流热传递。
利用一个标准的有限差分算法来计算每个节点间的热传 递，算法中用可变的时步法来优化计算资源来保持数值 稳定性。
7.未来的工作
我们下一步就是要提高对不断变化且不均匀的 热环境中的主观反映的预测能力。我们要完善皮肤 热接受模型和更加全面的血液流通模型。
利用图一中的16个分段， 使其与暖体假人的段数 相一致。
假人能测量热传递系数 和每个身体部分的单独 的服装保温值。这些数 据直接用在舒适性模型 上。
图一：16个分段
图二表示一只手臂的血流模型（腿部的也一样），显示了 热与物质的转移。 利用Pennes的血流灌注术语模拟这个级别的热量和物质的 传递。
生理变量：
在个体中，人体自身生理变化很重要，这些不同可 以影响人们的热舒适感知，高新陈代谢速度或增加 的脂肪都会使人们感到暖和。 对模特进行了一项称为身体构建的实验。 将6种典型的人体描述性特征如身高、体重、年龄、 肤色还有身体脂肪，与舒适性模特的胜利数据进行对 比。
表一
3、装置 舒适性人模利用的是环境和生理的条件的连续性数 据，叫做相。
2、服装模型：
用一个服装的节点来模 拟服装的热容量和湿容 量。
图三 衣服被看成是没有质量的隔离层
湿模拟利用的是回收的 方法来计算一个织物从 一个给定的相关湿度中 吸收热气的量。
接触面： 在每个环境中，身体都会与固体表面相接触并通过 热传导流失热量。 实验模型的接触面有初始温度、热传导率、厚度。 初始温度和热传导系数是边界层条件。