井下高温环境人体局部冷刺激的热舒适性及个体防护机理研究

It has been proved that the rock temperature is from 57℃ to 78℃ in depth of 1300 m to 2000m in mine, and air temperature of working area range from 40℃ to 47℃ at the same. Full area refrigeration system needs to consume lots of electric energy and make big cost, but individual cooling can reduce much usage of power and plenty of money. So it will great increase human working depth and save cost on power of refrigeration by combing two types of technology. In environment of mine underground, protective suit for air cooling need to be studied on refrigerating method and comfort. The project aims at issues on key parameters of convection and comfort in air chilling suit. This subject first setups model for numerical simulation by information from field investigation, then does experimental research based on simulation, at last make theory analysis in line with forth work and instruct optimization of the thermal protective clothing. The subject will conclude nature law -that between air distribution and comfort based on certain heat load-then it will give complement to thermal comfort theory. On the other hand, this research could provide new design guide for cooling suit at the situation of both individual and total refrigeration in mine. It will produce good reference for cooling technology of clothing and system designing.

矿井开采深度达1300-2000m深时，地层温度约达57-78℃，采掘工作面风流温度约达40-47℃，工作面空间全面降温负荷大、成本高；而个体冷却服仅冷却穿着者，负荷小、成本低。将个体防护与全面降温措施有机结合可大幅节约热害防治成本和扩大现有矿井降温设备服务深度。针对矿井条件，气体冷却服优势明显，但存在冷却机制、穿着热舒适性等科学问题有待研究。项目围绕影响气体冷却服散热强度、热舒适性的关键参数及其影响机理展开。通过对研究现状分析与调研，构建软件模拟模型；模拟结果指导实验室研究；实验结果与模拟结果用于理论分析；理论分析结果用于矿用冷却服优化。研究得出冷却服内微空间各参数分布规律，及其对人体散热强度、热舒适性的影响规律与定量关系，丰富热舒适性理论；提出个体防护与全面降温措施并行时，新的高温采掘工作面空间温度控制范围和矿用气体冷却服设计指标，为矿用气体冷却服制作和高温矿井降温系统设计提供依据。

项目研究紧紧围绕计划内容展开，先后进行了高温矿井现状调研、实验室真人测试、问卷调查、理论分析等方法，基本完成了预期研究内容，达到预期研究目标，取得的重要研究结论与成果如下。（1）跑步姿态（静态）下衣内平均风速均表现为后背较大，送风量增大，各部位风速均有微小增加；而运动状态下后背风速最小。（2）衣内温度随环境温度上升而增高，重度劳动较中度劳动低；重度劳动后背衣内空间温度较其它部位稍低。（3）后背空间相对湿度基本达到饱和，左右两侧及胸前一般在50~75%；含湿量随环境温度升高而增大，且后背最大，其它部位基本接近。（4）实验通气量及环境温度范围内，上体皮肤温度基本处在舒适范围内；穿着研制的气体冷却服，供气量10~14m3/h、采掘工作面温度不超过34℃时，基本可以保证工人处于较舒适的感觉；热舒适的衣内微气候温度为30℃±0.5℃。课题组成员认为现行采掘工作面温度控制标准可适当放宽。（5）重新界定了接近热舒适状态环境的范围，修改了人体热负荷定义、条件及其计算方法，拟合了新的PMV计算模型；并得出了可快速手工计算的PMV简化模型。（6）与没穿气冷服相比，平均皮肤温度最大降幅3.38℃，出汗量最大减幅6g/min，最大散热增加量210W/m2。（7）环境温度升高蒸发散热所占比例增加，劳动强度对人体散热比例的影响程度较小。（8）环境相对湿度增加，蒸发散热所占比例逐渐下降，但在散热中依然占较大比例。（9）不同劳动强度下的上体躯干皮肤温度与环境温度的关系可拟合为：ts=20.15+0.43ta；（10）环境温度24~32℃，相对湿度70%，室内风速<0.05m/s环境下，全身皮肤平均温度预测式ts=27.46+0.23ta；（11）发明了一种矿用气冷软甲（专利号：ZL201610812930.6）和一种矿用储汗工作服（受理号：201811033345.1）。四年来，课题组成员撰写科研论文29篇，已刊登23篇，5篇录用，1篇在审；申请专利技术26项，其中，已授权发明专利技术3项，实用新型专利技术13项，已受理专利技术10项。培养硕士研究生7名。