发展历史

暖体假人的发展可分为三个阶段，1941美国耶鲁大学约翰皮尔斯实验室的学者盖奇等人在美国科学杂志发表一篇文章，提出了克罗值的定义，即，在气温21°C，相对湿度小于50%和风速0.1m/s的室内，一个健康的成年人静坐时保持舒适状态时所穿服装的热阻为1克罗值，该单位将人的生理参数、心理感觉和环境条件相结合，能被非专业人员理解和接受。美国军需气候研究所以此为理论基础研制了第一代暖体假人。由于该暖体假人为单段假人系统，不能反应人体体表温度分布，第一代暖体假人只能用于服装热阻的一般测试，并得到静态服装热阻值。

20世纪60年代人们研制了多段暖体假人，即第二代暖体假人，每段的体表温度和加热系统单独控制，且假人本体可以模拟人体不同姿势，做一些简单动作，从而进行服装热阻的静态和动态测试。
第三代暖体假人能模拟人体出汗，并可做较复杂的动作，能更真实地，更全面地反应人体、服装和环境的热湿交换过程，对服装的热湿传递性能作出综合评价。70年代,使用出汗铜人对军服的透湿性能进行了研究，出汗暖体假人还用于民用服装热学性能的研究。

迄今为止，全球已研发了100多个暖体假人。按其用途可分为: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

分类干态暖体假人干态暖体假人可工作在三种方式下：恒温法、变温法和恒热法。恒温法是将暖体假人个解剖段的体表温度控制在设定的范围内，使暖体假人进入一个动态热平衡状态，以便得到稳定的实验结果，该方式用于测量服装的热阻值；变温法是基于人体在冷环境中的热调节模型，模拟真人在不同环境下体表温度的变化，稳态时的体表温度不是设定值，而是和真人一样自然平衡的结果，同样可以得到与恒温法测量的非常相似的服装热阻，变温法具有近似真人的生理评价意义；恒热法是根据服装的热阻和环境参数，用设定的热流值来观察全身各部位散热的差异，这时体表温度逐渐下降，直到稳定。

根据运动方式干态暖体假人可分为静态暖体假人和动态暖体假人。静态暖体假人有站姿和坐姿两种，站姿暖体假人主要用于服装保暖性能评价,坐姿暖体假人主要用于机动车中热环境和机动车驾驶员热舒适性评价,也用于航天服的功能评价。动态暖体假人能模拟人体步行，活动部位主要是肩关节、肘关节、膝关节和踝关节,动态暖体假人用于研究人体运动、风速等对服装热阻的影响。当步速为1.13m/s时，服装热阻降低大约22%-32%。

出汗暖体假人人体除了通过传导、对流、辐射方式向周围环境散热外，还通过人体皮肤表面汗液的蒸发散失热量。如果水蒸汽能及时通过服装系统扩散到周围环境，人才感到舒畅，如果服装阻碍水蒸汽的通过，使人体皮肤与服装之间的微气候中的湿度增大，水蒸汽将积累到一定程度而冷凝成水，使人感到不舒服。当人体进行剧烈活动或处于炎热的环境中，汗液的蒸发成为人体散失热量的重要途径，此时更加要求衣服具有足够的水蒸汽传递能力。由此可见，有必要准确地测试服装的蒸发阻力，以便对服装的热湿传递性能作出综合评价。

由于干态暖体假人只能在非蒸发散热范围内模拟人体的生理反应，人们又开发了出汗暖体假人。早期的出汗暖体假人是在假人表面覆盖一层纯棉织物或其它透湿性好的内衣来模拟人体皮肤,先将蒸馏水喷射到模拟皮肤上，然后穿上衣服，使假人平均体表温度上升到一定水平，控制系统每5分钟对假人体表温度、环境参数和加热功率记录一次，并计算服装的蒸发阻力，在模拟皮肤开始干燥之前完成测试。由于这一过程是一种准稳态过程，通常时间很短，主要靠操作者主观判断其中相对稳定的蒸发阻力值作为测试结果，所以这种方法不能很准确地、可重复地测量服装的蒸发阻力。 1

呼吸暖体假人可呼吸的暖体假人主要用于室内工作环境的研究与室内空气品质的评估。呼吸暖体假人的身材大小和普通人一样，由25个加热区段构成，各区段单独加热，独立控制，假人可改变姿势和自由活动，以模仿人体在各种办公室的真实情况，暖体假人采用紧身着装方式，因为衣服可减少各区段相互之间的热辐射以及在校正时室内空气温度对传热系数的影响，再者衣服可降低衣服和假人表面间的空气层厚度，以尽量减少测量的不确定性。

呼吸暖体假人可工作在三种方式：1)舒适模式,模拟普通人在热环境下保持舒适状态的干态散热和体表温度；2)恒温模式,假人的体表温度为34°C；3)恒热模式,用于室内温度高于34°C时的热环境的评价。舒适模式能代表人体的实际温度分布，被广泛使用。1

浸水暖体假人可浸水暖体假人是在暖体假人的基础上,加上防水密封装置,使假人具有防水功能。主要用于测试潜水服、水上救生衣在冷环境下的防护功能。测试时,将着装的假人浸入水中,保持水温恒定,记录假人皮肤表面温度、环境温度和各区段的加热功率,计算潜水服的总热阻值,这时总热阻值包括内衣、潜水服、水和空气的热阻。实验证明由浸水暖体假人得到的潜水服总热阻与用真人测得的总热阻值吻合，湍流会大大降低潜水服的总热阻，水波的高度也能降低潜水服的总热阻。通过浸水暖体假人测得的热阻值还可用于预测服装在某一环境下的耐受时间。 1

数值暖体假人暖体假人由于制造工艺复杂,且价格昂贵,假人的实验条件如人工气候室的成本高，世界上只有为数不多的实验室拥有。在计算机上利用“虚拟”的假人进行工效学研究则可以节省大量成本。最近,由于计算机运算速度的迅速发展,计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术在各行业都得到了越来越多的应用,运用计算机技术来对人体进行仿真也成为可能。与传统暖体假人相对,这种计算机仿真的假人称为数值暖体假人,假人周围传热传质的模拟是通过求解一系列偏微分方程实现。如果输入特定的环境参数和服装的热学性能，数值暖体假人能对人体的传导、对流、辐射和蒸发等所有的散热进行计算，并预测人体局部温度和换热系数,以及各部位的汗液分布等，从而对某一环境的热舒适和空气品质进行评价。1

发展趋势暖体假人能在设定的环境条件下,模拟人体、服装和环境间的热交换过程，客观地、系统地评价热环境以及预测人体对热环境的生理反应，并可在真人无法试验的极端环境条件下进行试验，而且还能够有效地解决实验人次选定等问题,从而缩短实验周期,降低实验成本，其测试精确度高、重复性好，被公认为是人类工效学研究必不可少的先进设备。

但是，暖体假人，既便是能出汗、行走和呼吸，仅仅是人类复杂热调节系统的某种近似，其测试结果必须和真人试验进行比较，进行全面地、综合地评价和预测。今后暖体假人的研究主要在以下方面开展：

1、 人们通常用整体法计算服装的总热阻，即先将假人各解剖段的体表温度按面积加权平均，各段加热功率求和后再计算服装的总热阻，这种方法基于均匀体表温度的假设，实际上，人体各部位的体表温度是不一样的，裸露部位其体表温度和环境温度相差无几，服装总热阻仅能反应衣服对整个身体的隔热性能，不能表述身体各部分的热损失。用干态暖体假人测试服装的热阻时，除了计算总热阻外，还应计算服装的局部热阻，局部热阻能真实地表达服装对所覆盖部分身体的隔热性能。对于由相同面料组成的服装而言，局部热阻还能区分由服装结构形成的细微差别。更进一步说，在评价机动车驾驶员的局部热舒适感觉时，局部热阻比整体热阻更有意义，因为这时候身体各部位的体表温度差别较大。

2、由于出汗暖体假人只能模拟人体全身均匀出汗，在实际生活中，人体各部位出汗量是不均匀的，未来的出汗暖体假人应能真实地反应人体的出汗情况。

3、当用暖体假人测试服装的热阻或湿阻时，由于控制电缆通常从头部或颈部引出，操作着不得不将头饰沿中间剪开，待穿上后再缝上，这或多或少影响测试结果。未来的暖体假人和外部控制系统的数据传输可以通过无线方式来实现，这也便于将暖体假人用于室外的现场测试。

4、数值暖体假人虽然可以节省大量成本，但是需要大量的实验来证实。况且如果模仿人体运动，服装会产生变形，服装和人体之间有微气候出现，这些有待于做进一步研究。 2

5、用于评价新生儿的热环境的小型暖体假人仅能模拟婴儿的干态散热，在现实生活中，婴儿还通
过出汗方式来调节体温，特别是在炎热环境中。因此，小型暖体假人还应具有发汗的功能。

6、人们经常要用手去操纵温度较低的工具或材料，手指和各关节要不断地活动，所以，暖体假手
应能设计为活动的设备，以便更准确地评价手套及各部分在动态下的隔热性能。1

测试原理将假人置于人工气候仓中, 以一定的功率加热假人本体, 并通过控制机构使其表面温度稳定在33摄氏度左右, 根据其表面温度与环境温度的差及为保持假人表面温度恒定所需的供热量计算服装的热阻, 据此评估服装的保暖性能。

我国暖体假人我国第一个“姿态可调式暖体假人”，最大特点就是皮肤表面温度和真人一样，不但知冷知热，对刮风下雨也很敏感。

假人全身划分成16个独立区段，即头颈部、胸部、背部、腹臀部、左右上臂、左右前臂、左右手、左右大腿、左右小腿和左右足，然后在体内安装与计算机联接的特殊“管道”，犹如为它全身布满“血管”和“神经末梢”。

假人并非“木头桩子”，它身体各关节活动自如，头部、手可拆卸，还能模拟人体各种坐姿、立姿，而且假人还有“汗腺”，大热天也会出汗。3