夏季穿着医用防护服人员热应激模拟_郑国忠.pdf

第 卷 第 期 年 月中国安全科学学报 中文引用格式：郑国忠，戴维 夏季穿着医用防护服人员热应激模拟中国安全科学学报，（）：英文引用格式：，（）：夏季穿着医用防护服人员热应激模拟郑国忠副教授，戴 维（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定）中图分类号：文献标志码：.资助项目：教育部人文社会科学研究一般项目（）。文章编号：（）；收稿日期：；修稿日期：【摘 要】为降低夏季医护人员长时间穿着医用防护服带来的健康风险，选取标准中国男性人体作为研究对象，利用预测热应变（）模型、热应变决策辅助（）系统和 体温调节模型 种经典人体热应变模型，模拟人体穿着医用防护服时在夏季不同环境工况下的核心温度和出汗率，进而确定不同环境工况下的推荐补水量和安全工作时间。结果表明：环境参数对生理应激影响显著，不同环境下核心温度最大差值为.，出汗率最大差值为 ；环境温度每增大，相对湿度每升高，安全时间平均缩短.和.；环境温度 和 时，安全时间仅为 和 ；种模型在低温低湿时预测结果相对接近，在高温高湿时预测结果存在明显差距，核心温度预测差值最大为.，平均出汗率预测差值最大为 .。【关键词】夏季；医用防护服；热应激；医护人员；核心温度；出汗率；预测热应变（）；热应变决策辅助（），（，）：，（，），.，.，中国安全科学学报第卷年 ，.，：；（）；（）引 言 医用防护服是医护人员预防传染疾病感染的重要防护用品。医用防护服增加了热阻和蒸发阻力，限制了热量从身体向环境的传递。若身体热量不能及时散出，人体将产生一系列生理应激，如体温升高，出汗率加快等。因此，在夏季高温天气时，人体长时间穿着医用防护服会增加患热病和受高温伤害的风险。防护服的热性能受到多种因素的影响，等发现，人体的热应变程度与防护服织物材料的蒸发阻力密切相关；等研究得出，多层防护服 的传热量由防护服织物材料的热性能决定；等研究了湿热环境下穿着化学防护服的人体热应变，结果表明：服装热性能增强时，内人体平均皮肤温度会升高.；等发现，防护服显著降低人体热耐受能力。综上，现有文献侧重于防护服热湿性能与热舒适研究，缺少穿着防护服热应激预测方面的研究，且研究对象较少涉及医用防护服。鉴于此，笔者拟构建穿着医用防护服的人体热应变预测模型，计算穿着医用防护服人员在不同温度、湿度工况下的核心温度、出汗率，确定连续穿着医用防护服人员安全工作时间，以期为夏季高温环境下穿着医用防护服的医护人员的健康工作提供数据支持。热应激模拟.热应变预测模型 利用预测热应变（，）模型、热 应 变 决 策 辅 助（，）系统和 体温调节模型 种经典的热应变预测模型，研究高温环境对穿着医用防护服的人体生理状况的影响。.模型 模型利用服装热阻和湿阻计算衣物对人体的影响，并预测核心温度，相关公式见文献。等验证了 模型在预测湿热环境中穿着化学防护服士兵核心温度的准确性。.模型 模型由 等利用实测数据开发。该模型通过人体热平衡理论预测核心温度、皮肤温度、出汗率和安全暴露时间。等通过被试高温环境间歇工作试验验证了 模型的可靠性。.模型 体温调节模型由被动系统和主动系统组成。被动系统将人体分为 个部分，涉及人体组织的物理特性，人体划分部分内部、之间、人体表面与环境之间的热传质。主动系统根据回归模型模拟中枢和外周神经系统驱动的体温调节反应（血管舒缩、颤抖和出汗）。该模型主要用于预测平均皮肤温度和核心温度。等在 模型的基础上开发了适用于高代谢率活动水平穿着防护服的热生理模型。.热应激模拟参数.模拟时长 郑小燕等研究了新冠病毒病房一线护士轮班工作时间。等调查了国内 个省 家医院的 名参与新冠患者治疗的护士轮班工作时长和意愿工作时长，研究发现，穿着医用防护服的护士将 作为每班工作时长的首选。因此，文中设定模拟工作时长为 。.人体代谢水平 医护人员平均每天运动量在 万步左右。为模拟医护人员的日常工作，将穿着医用防护服人员的代谢水平设定为.。.医用防护服型号 年抗击新型冠状肺炎过程中，我国医护人员穿着的医用防护服型号主要有 医用防护服、医用一次性防护服、标准防护服以及无菌连体医用一次性防护服等。文中选取 医用一次性防护服进行研究，其参数为：质量.、热阻（.）、湿阻（.）。第 期郑国忠等：夏季穿着医用防护服人员热应激模拟.人体数据 选取标准中国男性模型作为人体数据：身高.、体质量.、体表面积.。.环境工况 根据夏季环境可能出现的工况，选取 个不同的空气温度：、和 ，个不同的环境相对湿度：、和。上述空气温度和相对湿度工况组合共有 组环境工况。选取环境温度 ，相对湿度 作为热中性环境，根据热中性环境参数，为低温工况；、和 为高温工况；相对湿度、为高湿工况。.模型有效性验证 为检验上述 种模型预测生理参数的准确性，选取文献的试验数据进行验证。文献选取 名年龄在 岁的健康男性作为被试，被试的服装热阻为.，活动强度为.，环境温度为 。试验值和上述 种模型预测值的对比如图 所示。偏差计算式为：（）式中：为偏差；为模型预测值；为测量值。由图 可知：模型的核心温度预测结果与试验数据最大偏差不超过.；模型的核心温度预测结果与试验数据最大偏差不超过 图 直肠温度变化 .；模型的核心温度预测结果与试验数据偏差不超过.。上述结果证明：模型、模型、模型的生理参数预测结果均具有可靠性。热应激模拟结果.核心温度预测 夏季穿着医用防护服的人体连续工作 ，种模型下 组环境工况核心温度预测结果如图 所示。在连续 热暴露过程中，个模型的核心温度均呈上升趋势，模型和 模型预测值增长速度随时间增加显著降低，模型预测值增长速度则较稳定。图 种模型下 组环境工况核心温度预测结果 纵向比较，在温度相同的工况下，模型预测最大差值为.，模型最大差值为.，模型最大差值为.。在湿度相同的工况下，模型预测最大差值为.，中国安全科学学报第卷年模型最大差值为.，模型最大差值为.。由此可见：环境温度对穿着医用防护服人体核心温度的影响更大。.出汗率预测 出汗率（人体每小时出汗量）是人体高温环境热应激的重要指标之一。种模型下穿着医用防护服人员在不同环境工况下的出汗率预测结果见表。由表 可知：各模型的预测出汗率随空气温度的升高而升高，随相对湿度的增大而升高。表明穿着医用防护服的人体出汗率受环境参数的影响显著。表 穿着医用防护服人员预测出汗率 相对湿度 模型名称出汗率（）.模型的出汗率预测结果在低温工况最低，在高温工况最高；模型在相对湿度 时，温度 时，出汗率达到最大值，而后随着温度升高，出汗率有所下降，主要原因为 模型中设置了计算出汗率不能超过人体所能达到的最大出汗率。模型在各工况下预测的出汗率始终高于 模型。对于 模型和 模型，出汗率预测结果受温度的影响更大，温度相同，湿度不同的情况下，模型和 模型预测量最大差值分别为.、.；湿度相同，温度不同的情况下，模型和 模型预测量最大差值分别为.、.。对于 模型，出汗率预测结果受湿度的影响更大，在温度相同时，不同湿度的出汗率最大差值为 .；在湿度相同时，不同温度的出汗率最大差值为 .。医护人员在夏季穿着医用防护服工作时，应及时补充与出汗量相当的水分，降低缺水性热衰竭等热疾病的风险。为指导夏季穿着医用防护服的工作人员的科学补水，选用同工况下 种模型的平均预测出汗率作为每小时推荐补水量，结果见表。表 穿着医用防护服人员每小时推荐补水量 相对湿度 补水量（）.安全时间预测 高温环境增加了穿着防护服人员的热损伤风险。安全时间是人体在一定环境中连续健康工作的最长时间。医护人员穿着防护服连续工作时长应小于安全时间，以保证生理健康和工作效率。普通成年人的体温调节系统在核心温度超过 时受损，在核心温度超过 时崩溃。把人体在核心温度达到 时的连续工作时长定义为安全时间。安全时间可为夏季高温天气穿着医用防护服人员的健康工作和轮休提供科学依据。不同环境工况下 种模型的预测安全时间见表。选取 种模型预测安全时间的平均值作为不同环境工况下的推荐安全时间，结果见表。表 不同环境工况下 种模型的预测安全时间 相对湿度 模型名称安全时间 第 期郑国忠等：夏季穿着医用防护服人员热应激模拟续表 相对湿度 模型名称安全时间 注：代表由于文中只模拟连续工作 ，因此，模型预测安全时间取为 。表 穿着医用防护服人员推荐安全时间 相对湿度 安全时间 由表 可知：当温度为 和 时，推荐安全时间较为接近，分别为 和 。随着环境温度的升高，推荐安全时间逐渐减少；当温度为，推荐安全时间仅为；当温度为 和 时，推荐安全时间较为接近，分别仅为 和 。讨 论 基于人体热应变模型研究医用防护服对人体生理状态的影响特征，模型、模型和 模型 种模型的预测结果显示，人体热应变程度随环境参数的不同而变化，种环境工况下核心温度预测最大差值.，最小差值.，出汗率最大差值 ，最小差值 ，核心温度受环境温度和湿度的影响显著。这一结果与 等的研究结果一致。在模拟初始阶段，医用防护服内人体蒸发的水分较少，防护服内外的湿度差较小，热量交换受湿度影响较小，种模型预测的核心温度变化值在前 内都小于.。在低温低湿度的工况下，种模型的核心温度预测结果接近，预测差值最大为.。随着时间的增加，在高温高湿的工况下，种模型的核心温度和平均出汗量预测结果存在明显差距，核心温度预测差值最大为.，平均出汗量预测差值最大为 .。为提高预测精度，需要分别修正 种模型。不同湿度和温度工况下人体生理参数的变化特征（图、表 和表）显示，环境相对湿度每增加，核心温度最大升高.，出汗率最大增加.，安全时间平均缩短.。环境温度每升高 ，核心温度最大升高.，出汗率最大增加.，安全时间平均缩短.。这与 等的研究中热湿环境下温度升高，人体热应激速率加快的研究结果一致。结 论 ）穿着医用防护服人体生理应激受环境温度和湿度的影响显著。环境相对湿度每增加，核心温 度 最 大 升 高.，出 汗 率 最 大 增 加.，安全时间平均缩短.。环境温度每升高 ，核心温度最大升高.，出汗率最大增加.，安全时间平均缩短.。）温度为 和 时，穿着医用防护服人员安全时间为 和；安全时间可为夏季高温天气穿着医用防护服人员的轮休提供科学依据。）高温、高湿工况下，种模型的核心温度和平均出汗量预测结果存在明显差距，为提高预测精度，模型还需要进一步修正。后续的研究可增加现场试验，增加女性医护人员，使研究结果更全面。参 考 文 献柳洋，夏兆鹏，王亮，等医用防护服的发展现状及趋势 纺织学报，（）：，（）：中国安全科学学报第卷年田水承，周润康，杨杰高温环境下降温服对消防员热反应的影响中国安全科学学报，（）：，（）：鲁义，刘艺伦，施式亮，等用于消防服的无机相变材料改进试验研究中国安全科学学报，（）：，（）：，：？：，：，：，：，：，（）：，：.，：，（）：，（），：，（）：，（）：，：，（）：，：郑小燕，郑丽花，杨彧，等组建援鄂医疗队护理人员配置与工作模式的探讨广东医学，（）：，（）：，：.郭婷婷，田宏医用防护服装下人体各部位的相对湿度测试辽宁丝绸，（）：杨建忠，王新艳医用防护服织物的结构与透湿量纺织学报，（）：，（）：，：游波，刘剑锋，施式亮，等深井恶劣环境对安全人因指标影响的试验研究中国安全科学学报，（）：，（）：余娟不同室内热经历下人体生理热适应对热反应的影响研究上海：东华大学，：，：.，：.作者简介：郑国忠（），男，福建泉州人，博士，副教授，主要从事高温环境劳动保护、建筑环境等方面的研究。：。