【摘 要】
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防毒衣的高隔绝特性,导致人员穿着防毒衣作业时出现体温升高、心率加快等热应激反应,严重时还会发生脱水、昏厥,甚至导致热伤亡等后果。为保证人员作业安全性和舒适性,需要调节防毒衣内部热湿环境,以缓解人员穿着防毒衣条件下的热应激反应。无源微气候调节系统能够吸收人体产热,以无需电源、性能可靠、结构简单的优势,是用于穿着防毒衣高隔绝环境的较好选择。目前针对防毒衣高湿阻、高隔绝的特殊使用环境下无源微气候调节系统
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防毒衣的高隔绝特性,导致人员穿着防毒衣作业时出现体温升高、心率加快等热应激反应,严重时还会发生脱水、昏厥,甚至导致热伤亡等后果。为保证人员作业安全性和舒适性,需要调节防毒衣内部热湿环境,以缓解人员穿着防毒衣条件下的热应激反应。无源微气候调节系统能够吸收人体产热,以无需电源、性能可靠、结构简单的优势,是用于穿着防毒衣高隔绝环境的较好选择。目前针对防毒衣高湿阻、高隔绝的特殊使用环境下无源微气候调节系统降温效能的研究较少。本文在研究防毒衣对人体热应激的特殊影响基础上,开展无源微气候调节系统降温效能影响因素分析,设计制作针对防毒衣作业环境的无源微气候调节系统;通过暖体假人实验方法和人员热生理实验方法,研究相变材料（PCM）种类、用量、分布等因素对防毒衣用无源微气候调节系统降温效能的影响;改进基于暖体假人的无源微气候调节系统降温效能的评价方法,对于优化无源微气候调节系统技术设计以及有效改善防护人员热生理舒适性等具有重要实际意义。（1）研究防毒衣对人体热应激特性的影响,为开展防毒衣用无源微气候调节系统的设计提供基础数据。在高温高湿环境中,8名受试人员（年龄:24.75±1.39岁）穿着三种化学防护服进行不同强度的运动。结果表明,人员热应激状态受服装热阻、湿阻特性和运动强度影响显著,穿着高隔绝性能的防毒衣作业时的热应激反应最严重。在速度4 km/h、坡度5%的运动条件下,人体在穿着防毒衣时,耐受时间仅为46分钟,与穿着透气型化学防护服和轻便型化学防护服的耐受时间相比分别缩短20.69%和13.21%。穿着防毒衣作业达到耐受极限时,人员体核温度升高1.57℃、皮肤温度升高3.66℃、心率上升76 bpm,热蓄积为451.37 k J,热蓄积率为163.54 W。（2）在穿着防毒衣条件下的人体热应激特性和热平衡方程基础上,结合无源微气候调节系统降温原理,分析无源微气候调节系统降温效能影响因素,设计制作无源微气候调节系统。采用暖体假人实验方法,研究相变材料性能和系统结构设计对无源微气候调节系统降温效能的影响。PCM比热容、热焓值和导热系数等自身性能是影响降温效能的重要因素。随着PCM比热容的升高,无源微气候调节系统的最高降温功率逐渐增大,当PCM比热容由1.54 J/（g·℃）增加至3.46 J/（g·℃）,最高降温功率由108.04 W增加至127.64 W;随着PCM热焓值和导热系数的升高,无源微气候调节系统平均降温功率逐渐升高,有效作用时间逐渐增长。PCM用量、接触面积和封装尺寸等系统结构设计因素,对无源微气候调节系统降温效能均有影响。随着PCM用量的增加,无源微气候调节系统平均降温功率逐渐增加,有效作用时间逐渐增加,最高降温功率随着PCM与人体接触表面积的增加而增加。随着PCM封装尺寸的减小,无源微气候调节系统有效作用时间变短,最高降温功率逐渐变大,平均降温功率逐渐升高。当PCM封装尺寸由9 cm×6 cm×2 cm减小为3.4 cm×3 cm×1.2 cm,无源微气候调节系统有效作用时间由210 min减少为170min,但最高降温功率由109.53 W增加至164.73 W,平均降温功率由97.26 W增加至145.03 W。（3）采用人员热生理实验方法,研究无源微气候调节系统对缓解人员穿着防毒衣热应激反应的有效性。8名受试人员（年龄:32.38±6.24岁）在高温高湿环境穿着防毒衣作业,穿着无源微气候调节系统后,人员耐受时间延长9.21分钟,增加26.9%,体核温度下降0.46℃,皮肤温度下降0.76℃,受试人员主诉在整个实验过程中并未出现皮肤局部过冷问题,心率下降6 bpm,有效缓解心率压力,出汗率下降2.47 g/min,人员热蓄积率降低了80.75 W。在高温高湿环境人员穿着防毒衣条件下,无源微气候调节系统吸收人体产热,减少体内热量蓄积,使人体生理参数下降,显著减轻人员热生理反应,延长人员耐受时间,有效缓解人体热应激。（4）提出暖体假人运动-出汗联用模式,优化无源微气候调节系统降温效能评价方法。结果表明,暖体假人运动-出汗联用模式相较于ASTM F2371标准规定的静止出汗模式,测量准确度提高17.30%,能够更加准确评价穿着防毒衣条件下无源微气候调节系统的降温效能。
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