江 舒，李 俊,2

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051；2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051)

嬰兒猝死綜合征(SIDS)與由被服的隔熱過(guò)高所引發(fā)的熱應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)[1]。調(diào)查顯示，94%的患兒在熱環(huán)境下被過(guò)度包裹[2]，且存在核心溫度高于38 ℃與大量出汗的情況[3]。因?yàn)閶雰簾o(wú)法進(jìn)行體溫的行為調(diào)節(jié)，有限的生理調(diào)節(jié)能力又尚未完善，所以合適的被服在維持嬰兒正常生理機(jī)能所需的熱平衡方面起著至關(guān)重要的作用。

早期，學(xué)者們對(duì)嬰兒被服的關(guān)注來(lái)源于對(duì)SIDS的成因分析，大都聚焦于被服類(lèi)型、被覆蓋的身體部位、睡姿等因素對(duì)嬰兒熱生理反應(yīng)的影響。研究[4-5]表明，頭部被覆蓋與俯臥位睡姿是導(dǎo)致嬰兒熱應(yīng)激最主要的2個(gè)原因。為保障嬰兒長(zhǎng)時(shí)間處于仰臥位的安全姿勢(shì)，減少頭部被覆蓋的風(fēng)險(xiǎn)，睡袋被推薦為最優(yōu)的嬰兒被服，且已被證明有助于降低SIDS的發(fā)生率[5]。

隨著研究的深入，定量化研究各類(lèi)被服的熱舒適性能從2個(gè)角度展開(kāi)。一方面開(kāi)展一系列物理實(shí)驗(yàn)研究被服本身的隔熱性能。開(kāi)發(fā)了模擬嬰兒體型的暖體假人以測(cè)試被服整體的隔熱能力，評(píng)估嬰兒與環(huán)境間的熱交換[6]。調(diào)查顯示，冬季使用被服的熱阻遠(yuǎn)大于嬰兒實(shí)際所需的隔熱水平，存在過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)[7]。另一方面的研究針對(duì)嬰兒的生理反應(yīng)展開(kāi)，包括對(duì)嬰兒的皮膚溫度、代謝率、心率等生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，由于嬰兒群體的特殊性，研究者們還關(guān)注到嬰兒看護(hù)者的判斷和行為。研究發(fā)現(xiàn)，盡管看護(hù)者對(duì)嬰兒的熱感覺(jué)估計(jì)在調(diào)整其被服方面起著積極作用，但目前仍普遍存在對(duì)嬰兒過(guò)度包裹導(dǎo)致體內(nèi)蓄熱增加的情況[8]?；谶@種成人與嬰兒熱感覺(jué)不平衡的現(xiàn)象，有研究者討論了成人與嬰兒體表散熱量的差異：因體表面積與質(zhì)量比值增大，嬰兒的體表散熱量明顯大于成人，嬰兒比成人具有更差的熱耐受能力[9]。嬰兒與成人的這種熱生理特征差異使得嬰兒被服的研究具有獨(dú)立性。

為提高產(chǎn)品投入使用后的安全性，研究者開(kāi)始建立熱阻預(yù)測(cè)模型來(lái)評(píng)估嬰兒被服的熱舒適性。大多數(shù)研究基于厚度對(duì)單層被褥的熱阻進(jìn)行預(yù)測(cè)，但顯然這種方法在多層被褥組合中并不適用。直到20世紀(jì)末，被服系統(tǒng)的三維形態(tài)特征才被納入研究中[10-12]。近年來(lái)，隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)的發(fā)展，用以表征新生兒體表與恒溫箱間熱傳遞的數(shù)值模型成為新的研究手段[13-14]。然而CFD技術(shù)還未用于普通室內(nèi)空間下嬰兒被服的熱舒適性研究。另外，國(guó)內(nèi)對(duì)嬰兒被服的研究大都集中在多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足嬰兒體型快速變化的需求方面，尚未形成系統(tǒng)的熱舒適性研究。

本文從嬰兒體表至環(huán)境的熱傳遞機(jī)制出發(fā)，分析了被服熱舒適性的影響因素，總結(jié)了其測(cè)評(píng)方法，并根據(jù)研究現(xiàn)狀提出了未來(lái)該領(lǐng)域的研究方向，以豐富嬰兒被服熱舒適性研究體系，促進(jìn)嬰兒熱生理舒適，保障其生命安全。

1 嬰兒與環(huán)境間通過(guò)被服的熱傳遞

由于嬰兒汗腺分泌汗水較少，蒸發(fā)散熱對(duì)熱調(diào)節(jié)的作用微弱，嬰兒主要依靠傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射的顯熱熱交換維持人體熱平衡。當(dāng)嬰兒由被服覆蓋時(shí)，人體與環(huán)境間產(chǎn)生了熱交換的中間介質(zhì)，使得嬰兒體表到環(huán)境的整個(gè)傳熱過(guò)程受到影響。事實(shí)上，由體表向外環(huán)境散發(fā)的熱量需經(jīng)過(guò)被服下微氣候空間、織物層與被服外表面邊界層，最后才到達(dá)環(huán)境中。僅考慮干熱損失，各層間的熱傳遞情況如圖1所示。由于躺姿下嬰兒部分身體與床墊完全接觸，一般認(rèn)為床墊具有非常高的熱阻，因此其傳導(dǎo)熱損失常忽略不計(jì)[15]。

圖1 嬰兒體表至環(huán)境的干熱傳遞機(jī)制Fig.1 Heat transfer mechanism between infant and environment

受紡織材料懸垂性、填充料均勻性、折疊方式等因素的影響，微氣候與織物層厚度并非均勻分布。在實(shí)際使用中，嬰兒正上方的被褥層間形成較小的空氣層，而身體兩側(cè)形成較大的空氣層，前者在整個(gè)橫截面面積中的占比較小，側(cè)臥時(shí)約為18%，俯仰臥時(shí)約為36%；同一條被子在身體上方的厚度通常小于位于身體兩側(cè)的厚度[10]。微氣候中不僅存在因溫度差產(chǎn)生的傳導(dǎo)與輻射熱傳遞，層間厚度較大處因空氣分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)流傳熱，而厚度較小處則發(fā)生熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。熱量進(jìn)一步向外傳遞，通過(guò)織物層的干熱由織物熱阻與其內(nèi)外表面溫差決定。附著在織物外表面的邊界層的輻射與對(duì)流傳熱受環(huán)境因素的影響。由于嬰兒睡眠環(huán)境大都為室內(nèi)，認(rèn)為風(fēng)速小于0.3 m/s，發(fā)生自然對(duì)流換熱。

由此可見(jiàn)，人體、織物層、外環(huán)境及其共同形成的微氣候與邊界層的性質(zhì)特征均會(huì)對(duì)“嬰兒-被服-環(huán)境”系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)雜傳熱產(chǎn)生影響。

2 嬰兒被服熱舒適性影響因素

嬰兒被服的熱舒適性受多因素影響，主要包括被服因素、人體因素與環(huán)境因素3個(gè)方面。

2.1 被服因素

2.1.1 隔熱性能

被服的隔熱性能是影響嬰兒熱舒適最主要的因素，過(guò)多包裹是造成嬰兒熱應(yīng)激的原因之一[16]。羽絨被因其過(guò)高隔熱而被認(rèn)為不適合用作嬰兒床上用品[17]。

被服系統(tǒng)可分為上下層2部分，上層包括單層或多層被子組合，下層主要由床墊、枕頭等構(gòu)成。早期在討論單層被服的隔熱性能時(shí)，常使用厚度預(yù)測(cè)，即認(rèn)為厚度越大，隔熱性能越好。然而，多層被子組合的熱阻顯示出與厚度的非線(xiàn)性關(guān)系[11]，尤其當(dāng)厚度較大時(shí)，熱阻的增加率顯著減小[18]。

對(duì)于下層，研究發(fā)現(xiàn)，使用柔軟的床墊會(huì)減少嬰兒的熱損失[19]。這是因?yàn)槿彳浀拇矇|增加了嬰兒與其接觸的面積，但通過(guò)床墊的熱傳導(dǎo)忽略不計(jì)，人體有效散熱面積減小。而對(duì)于一些特殊的床墊，如熱阻趨于零的網(wǎng)狀Purflo?床墊[20]，難以起到減少人體熱損失的作用，反而會(huì)使嬰兒產(chǎn)生冷應(yīng)力。

2.1.2 覆蓋程度

有研究[21]討論了不同覆蓋率對(duì)被褥系統(tǒng)熱阻的影響，Mccullough等[15]針對(duì)不同的被褥覆蓋情況提出了8種較常見(jiàn)的覆蓋率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：覆蓋率較低時(shí)，不同被褥組合的熱阻差異不明顯；而當(dāng)覆蓋率超過(guò)60%時(shí)，被褥系統(tǒng)總熱阻的增長(zhǎng)速率逐漸增大。

成人能夠靈活地根據(jù)冷熱感覺(jué)調(diào)整被服的覆蓋程度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)自身與環(huán)境之間熱量交換的目的。然而，嬰兒缺乏這種主動(dòng)調(diào)節(jié)的行為能力。目前，在嬰兒被服的研究中，尚未定量地研究被服覆蓋率的影響，僅對(duì)身體的局部覆蓋有一些定性的描述。大部分研究的關(guān)注點(diǎn)集中在頭部覆蓋對(duì)嬰兒熱生理的影響方面。嬰兒頭部表面積占比較大，其熱損失約占整體的40%[22]。研究表明，佩戴童帽降低了嬰兒暖體假人頭部熱損失的18.9%，而嚴(yán)重的面部覆蓋可能導(dǎo)致嬰兒腦過(guò)熱的情況[23]。因此，即使是在環(huán)境溫度較低的情況下，也應(yīng)讓頭部完全暴露，通過(guò)增加其他部位的熱保護(hù)來(lái)維持熱平衡。

2.1.3 折疊方式

不同的折疊方式使被服與微氣候形態(tài)產(chǎn)生顯著變化[24]。Wilson等[11]在研究影響被褥熱阻的變量時(shí)考慮了2種不同的折疊方式，分別為松散折疊與緊固折疊(見(jiàn)圖2)。緊固折疊使身體兩側(cè)產(chǎn)生較大的微氣候空間，增加了對(duì)流傳熱；被褥間空氣層厚度較小，整個(gè)被褥系統(tǒng)的隔熱性能較差。而松散折疊時(shí)身體兩側(cè)的微氣候空間變小，減少了對(duì)流傳熱；被褥層間靜止空氣層體積增加，整個(gè)系統(tǒng)的隔熱性能增加。松散折疊在低溫環(huán)境中可為嬰兒提供更多熱保護(hù)，但在高溫環(huán)境下則可能降低被褥的熱舒適性。

圖2 折疊方式Fig.2 Tucking methods.(a) Loose tucking;(b) Firm tucking

2.2 人體因素

2.2.1 睡眠代謝

即使年齡、體重、體表面積等指標(biāo)相似，嬰兒睡眠代謝率(SMR)測(cè)量值仍顯示出巨大的個(gè)體差異[25]。同一種被服在不同個(gè)體上的熱舒適性也可能不同。

評(píng)估嬰兒在冬季戶(hù)外睡眠時(shí)被服隔熱效果的研究[26]中，按ISO 11079—2007《熱環(huán)境的人體工效學(xué)——使用所需服裝隔熱(IREQ)時(shí)的冷應(yīng)力和局部冷卻效果的測(cè)定和說(shuō)明 》計(jì)算嬰兒實(shí)際所需熱阻時(shí)，依據(jù)先前關(guān)于SMR報(bào)道[27]結(jié)果的均值，設(shè)定代謝率為50 W/m2。而在另一項(xiàng)類(lèi)似的研究[7]中，由于嬰兒代謝高于成人，認(rèn)為SMR是基礎(chǔ)代謝率的1.2倍，為68 W/m2。可見(jiàn)，目前的研究對(duì)嬰兒代謝率的估計(jì)值差距較大，這為被服熱舒適性的比較研究帶來(lái)了一定的困難。

2.2.2 體型尺寸

嬰兒體型會(huì)影響體表傳熱系數(shù)的大小。在溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為50%的環(huán)境中，相同姿勢(shì)的嬰兒假人的體表對(duì)流傳熱系數(shù)(hc)是成人假人的1.6倍[28]，且后背、頭部與下肢部位的hc顯著大于成人假人(p<0.05)。這說(shuō)明暴露在相同環(huán)境中，體型較小的嬰兒體表散熱量比成人更大，體表面積與質(zhì)量比值增大是造成這種現(xiàn)象的原因。

理論上，若將人體簡(jiǎn)化為圓柱，可通過(guò)瑞利數(shù)(Ra)和努塞爾數(shù)(Nu)計(jì)算hc：

式中：g為重力加速度，m/s2；β為體積膨脹系數(shù)，K-1；L為人體身高，m；Tsk和Te分別為皮膚溫度與環(huán)境溫度，℃；v為空氣運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；Pr為普朗特?cái)?shù)；λ為空氣的熱導(dǎo)率，W/(m·K)。

Fukazawa等[28]通過(guò)上式估算得出嬰兒hc的理論值約為成人的1.3倍，略低于暖體假人實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1.6倍)。這是由假人體表的非均勻形態(tài)與成人假人頭部的毛發(fā)造成的。由于嬰兒在1周歲內(nèi)體型變化較大且存在明顯的個(gè)體差異，在嬰兒被服熱舒適性研究中要關(guān)注體型不同帶來(lái)的影響。

2.2.3 身體姿勢(shì)

身體姿勢(shì)可通過(guò)改變體表與環(huán)境交換熱量的有效面積來(lái)影響嬰兒與環(huán)境的熱交換[29]。

Elabbassi等[30]利用嬰兒暖體假人，研究了佩戴童帽或暴露頭部時(shí)仰臥面朝上、仰臥面朝側(cè)、俯臥面朝側(cè)3種常見(jiàn)嬰兒睡姿下的體表熱損失差異。結(jié)果表明，佩戴童帽時(shí)，無(wú)論是仰臥還是俯臥，面朝側(cè)時(shí)熱損失均小于面朝上的熱損失。俯臥姿勢(shì)下，因無(wú)法調(diào)整頭部姿勢(shì)而難以在過(guò)熱情況出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行熱調(diào)節(jié)，這可能是俯臥易造成嬰兒熱應(yīng)激的原因。

Nelson等[31]指出，使用較厚被服時(shí)，面部是與環(huán)境進(jìn)行熱交換的重要部位，而俯臥造成的面部遮擋可能與熱應(yīng)激存在聯(lián)系。無(wú)論是使用輕薄或厚重的被服，俯臥姿勢(shì)顯著抑制了前額的散熱[32]。盡管頭皮的散熱量略微增加，但對(duì)整體貢獻(xiàn)不大。若指定嬰兒使用最溫暖的被服組合，俯臥時(shí)的最高耐受環(huán)境溫度要比仰臥時(shí)至少低10 ℃。

2.3 環(huán)境因素

2.3.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度的高低直接影響嬰兒的熱舒適性。多項(xiàng)研究[30-32]顯示，升高環(huán)境溫度使得裸體或包裹的嬰兒暖體假人體表熱損失顯著下降。環(huán)境溫度影響了嬰兒著裝策略，在實(shí)際生活中，隨著環(huán)境溫度的降低，看護(hù)者習(xí)慣為嬰兒增加更多的熱保護(hù)。有研究[7]比較了7～12月嬰兒所需熱阻(IREQ)與實(shí)際使用服裝的熱阻，發(fā)現(xiàn)前者總是小于后者。尤其在冬季，嬰兒存在被過(guò)度包裹的情況，這導(dǎo)致在溫度較低時(shí)也可能出現(xiàn)熱應(yīng)激的情況。

環(huán)境溫度穩(wěn)定性對(duì)嬰兒睡眠時(shí)熱生理反應(yīng)存在影響。有研究人員[33]分別研究了在蒙古包和現(xiàn)代公寓中蒙古襁褓與睡袋的熱調(diào)節(jié)作用。蒙古包內(nèi) 1 d 的平均溫度主要在13～21 ℃波動(dòng)，偶爾存在清晨低至零下、午后高于25 ℃的情況，而持續(xù)供暖的公寓內(nèi)溫度穩(wěn)定在20～22 ℃之間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蒙古包內(nèi)裹襁褓的嬰兒核心溫度明顯比使用睡袋的更高；然而在溫度穩(wěn)定的公寓里這種差異變得不再明顯。

嬰兒睡眠環(huán)境的溫度設(shè)置與文化差異有關(guān)。在冬季嬰兒房?jī)?nèi)，亞洲父母更傾向于使用加熱器以創(chuàng)造相對(duì)溫暖、穩(wěn)定的睡眠環(huán)境；而歐洲國(guó)家更偏好自然通風(fēng)的環(huán)境[8]。環(huán)境溫度的穩(wěn)定性是否是造成不同地區(qū)SIDS發(fā)生率差異的原因尚未證實(shí)。

2.3.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度(RH)對(duì)嬰兒體表熱損失、皮膚溫度與代謝率等生理指標(biāo)均有影響。相對(duì)濕度的增加可減少嬰兒體表熱損失[34]，這一結(jié)論在一項(xiàng)評(píng)估新生兒保溫袋的研究中被證實(shí)。在自然對(duì)流中，相對(duì)濕度從40%增加到80%，使得在33和36 ℃的環(huán)境中，嬰兒總失水量下降32%和38%。相對(duì)濕度與蒸發(fā)熱損失呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。平均皮膚溫度隨著相對(duì)濕度的增加而顯著升高，皮溫分布更加均勻。在討論相對(duì)濕度對(duì)嬰兒熱平衡的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)相對(duì)濕度為80%時(shí)，儲(chǔ)熱和體溫明顯增加；而當(dāng)相對(duì)濕度為50%時(shí)，代謝率最低。較低或較高的相對(duì)濕度均會(huì)使得代謝率顯著升高[35]。

2.3.3 風(fēng) 速

Belghazi等[34]證實(shí)了空氣流速對(duì)嬰兒全身和局部的蒸發(fā)傳熱系數(shù)存在顯著影響。當(dāng)風(fēng)速?gòu)?增加到0.2 m/s，蒸發(fā)熱損失平均增加63%。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)80%時(shí)，風(fēng)速對(duì)蒸發(fā)熱損失的影響進(jìn)一步增大。相似的結(jié)論也出現(xiàn)在其他研究[36]中。增大的空氣流速增加了局部皮膚冷卻的不均勻性，尤其是肢體末端極易受到湍流的影響，這可能是造成新生兒熱不適的另一原因。

2.3.4 共享床

社會(huì)調(diào)查[8]顯示，與父母共享床的嬰兒所使用的被服熱阻比獨(dú)立嬰兒床上被服的熱阻更大，這意味著在較溫暖的環(huán)境中，使用共享床的嬰兒將承受更多的熱負(fù)荷。嬰兒在共享床上的位置較為復(fù)雜，亞洲實(shí)驗(yàn)組有40%的嬰兒在2位成人之間睡覺(jué)，33%與1位成人睡覺(jué)，27%與父母一起睡覺(jué)但位于外側(cè)。使用共享床的成人的散熱是否對(duì)嬰兒體表熱傳遞存在影響，目前尚無(wú)更為深入的研究。

3 嬰兒被服熱舒適性測(cè)評(píng)方法

3.1 基于嬰兒生理反應(yīng)的評(píng)估方法

3.1.1 接觸式測(cè)量方法

新生兒護(hù)理設(shè)備的研究一般在醫(yī)院進(jìn)行，由醫(yī)護(hù)人員對(duì)嬰兒的核心溫度、皮膚溫度、心率等生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。20世紀(jì)80年代末，Sarman等[37]使用水銀溫度計(jì)測(cè)量嬰兒直腸上2 cm處的溫度作為核心溫度，并將電子溫度計(jì)放置于腋窩前后邊緣之間的頂點(diǎn)測(cè)量溫度，發(fā)現(xiàn)二者存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，腋窩溫度可以替代直腸溫度。此外，腹部溫度與足部溫度也常被列入討論。

另一項(xiàng)研究使用間接量熱法測(cè)定新生兒靜息耗氧量作為代謝產(chǎn)熱的指標(biāo)[38]，使用新生兒心肺監(jiān)護(hù)儀記錄心率，而心率與代謝量密切相關(guān)[39]。代謝量在嬰兒熱舒適性的生理評(píng)估中非常重要，因?yàn)檩^低的代謝量代表人正處于熱中性或相對(duì)舒適的狀態(tài)，代謝增加可能意味著嬰兒正在遭受冷或熱應(yīng)力。

被服熱舒適性調(diào)查往往發(fā)生在年齡更大的嬰兒中。有研究[33]選取了一批受試者進(jìn)行睡眠時(shí)的生理監(jiān)測(cè)。由于非治療期間的嬰兒直腸溫度測(cè)量不符合倫理，使用位于肝臟上方的腹部溫度代替核心溫度。此外，研究還記錄了脛前皮膚溫度、嬰兒貼身服裝外的微氣候溫度。24 h內(nèi)的溫度變化顯示，滿(mǎn)月嬰兒睡眠系統(tǒng)尚未完善，而3個(gè)月大的嬰兒基本上呈現(xiàn)核心溫度先下降再升高、皮膚溫度先上升再下降的正常的晝夜模式。

3.1.2 非接觸式測(cè)量方法

由于難以對(duì)健康嬰兒進(jìn)行干預(yù)性的生理數(shù)據(jù)調(diào)查，使用非接觸式測(cè)量方法對(duì)被服的熱舒適性進(jìn)行評(píng)估逐漸被研究者們采用。一項(xiàng)針對(duì)嬰兒睡袋和毯子的保溫性能研究使用紅外熱像儀記錄了嬰兒分別在睡袋和毯子下俯臥與仰臥時(shí)的體表溫度分布與平均皮溫[40]。盡管這種非接觸式的測(cè)量方式可以更好地保護(hù)嬰兒，但是人為地快速掀起覆蓋物可能因操作者熟練度不足與熱保護(hù)突然減少而存在一定誤差。2018年，Rodríguez等[41]提供了一種基于嬰兒面部自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)熱成像像素與溫度轉(zhuǎn)換的無(wú)創(chuàng)皮溫和呼吸探測(cè)方法。然而該方法僅將結(jié)果定性分為3類(lèi)，且數(shù)據(jù)精度尚待提高。

3.2 嬰兒被服隔熱性能測(cè)試方法

因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，存在嬰兒發(fā)生熱應(yīng)激或冷應(yīng)激的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，難以使用真實(shí)嬰兒對(duì)被服系統(tǒng)的熱舒適性能進(jìn)行測(cè)評(píng)。在這樣的背景下，基于平臺(tái)的熱阻測(cè)試與使用嬰兒暖體假人的熱阻測(cè)試是衡量被服熱舒適性的主要方法。隔熱性能是評(píng)估嬰兒被服熱舒適性最重要的指標(biāo)之一。

3.2.1 基于平臺(tái)的織物測(cè)量方法

目前國(guó)際上尚無(wú)針對(duì)嬰兒被服熱阻測(cè)試的規(guī)定。一般認(rèn)為被褥可以近似為織物進(jìn)行測(cè)試。Wilson等[11]研究了嬰兒被褥厚度及空氣層厚度分布對(duì)干態(tài)熱阻的影響，搭建了一個(gè)可以測(cè)量包含空氣層的多層被褥熱阻測(cè)試裝置。該裝置由塑料同心圓墊片與加熱裝置構(gòu)成，可通過(guò)墊片調(diào)節(jié)多層被褥間空氣層的厚度實(shí)現(xiàn)真實(shí)被褥內(nèi)空氣層的分布。封閉的四周可減少被褥邊緣熱損失，從而更準(zhǔn)確地測(cè)量被服系統(tǒng)的熱阻，但這一方法未獲得推廣。

3.2.2 使用嬰兒暖體假人的測(cè)評(píng)方法

平臺(tái)式的熱阻測(cè)試難以模擬被服在實(shí)際使用時(shí)的形態(tài)，而與嬰兒外形相仿的暖體假人是用于研究被服、身體姿勢(shì)等因素對(duì)人體熱傳遞影響最理想的裝置，在嬰兒被服隔熱性能的研究方面具有良好的適應(yīng)性和可重復(fù)性。

早產(chǎn)新生兒護(hù)理是一項(xiàng)非常重要的工作。為維持其體溫恒定、預(yù)防低溫癥，早期出現(xiàn)了一些可加熱的簡(jiǎn)單圓柱體用來(lái)預(yù)測(cè)足月新生兒的體表熱損失。后來(lái)，研究者開(kāi)發(fā)了許多質(zhì)量輕、尺寸小的暖體假人用于評(píng)估暖嬰設(shè)備的效率(見(jiàn)表1、圖3)。

表1 典型的嬰兒暖體假人Tab.1 Typical infant thermal manikin

圖3 典型的嬰兒暖體假人Fig.3 Typical baby thermal manikin.(a) Thermal manikin from Lund University (height 40 cm);(b) Thermal manikin from Lund University (height 60 cm);(c) Thermal manikin from University of Picardie Jules Verne;(d) Sweating thermal manikin from University of Picardie Jules Verne;(e) Sweating thermal manikin from Bunka Gakuen University

1992年，Sarman等[6]開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬新生兒體型的暖體假人。這是一個(gè)較早的用來(lái)評(píng)估嬰兒體表非蒸發(fā)熱損失的暖體假人。后來(lái)，Elabbassi等[42]開(kāi)發(fā)了一個(gè)尺寸更大的銅質(zhì)嬰兒暖體假人，被用于研究被服、姿勢(shì)及假人尺寸等因素影響下的體表干熱損失差異。除了小尺寸的新生兒假人，模擬4個(gè)月與6個(gè)月大嬰兒的暖體假人被更多地用于研究常用的嬰兒服裝熱阻是否滿(mǎn)足在不同環(huán)境溫度下的熱需求[9，26]。瑞典隆德大學(xué)研發(fā)了40和60 cm共2種身高的嬰兒暖體假人，研究假人尺寸對(duì)服裝熱阻測(cè)試結(jié)果的影響[44]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然總熱阻差異不大，但由于局部形狀與假人姿勢(shì)造成的體表與服裝接觸面積不同，局部熱阻表現(xiàn)出較為明顯的差異。

上述暖體假人只能評(píng)估體表的干熱傳遞，為衡量蒸發(fā)熱損失，后期開(kāi)發(fā)了可出汗的嬰兒暖體假人。Belghazi等[34]第1次使用出汗嬰兒暖體假人研究了環(huán)境因素、是否包裹聚乙烯袋和不同姿勢(shì)對(duì)整體蒸發(fā)散熱的影響。日本文化女子大學(xué)開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬2歲嬰兒的暖體假人[45]，這是目前為止尺寸最大的嬰兒假人。然而，該假人未設(shè)計(jì)頭部區(qū)段，無(wú)法測(cè)量包括頭部在內(nèi)的整體身體傳熱。Wilson等[46]使用該假人測(cè)試了被褥的實(shí)際干態(tài)熱阻以比較建立的多層被褥熱阻預(yù)測(cè)模型與其他模型的準(zhǔn)確性，但未有蒸發(fā)熱損失研究的報(bào)告。未來(lái)，出汗嬰兒暖體假人將促進(jìn)嬰兒被服在熱濕舒適性研究的進(jìn)展。

盡管暖體假人可解決嬰兒耐熱極限測(cè)量等安全問(wèn)題，但無(wú)法考慮代謝產(chǎn)熱、睡眠行為、血管舒縮反應(yīng)及皮膚和呼吸作用的蒸發(fā)冷卻等一系列體溫調(diào)節(jié)過(guò)程。成人熱調(diào)節(jié)模型與暖體假人的耦合研究已基本成熟，但由于缺少被完全驗(yàn)證的嬰兒熱調(diào)節(jié)模型，嬰兒暖體假人并沒(méi)有匹配的熱生理控制模式，這為研究嬰兒被服帶來(lái)了局限。

4 結(jié)束語(yǔ)

嬰兒被服對(duì)維持嬰兒熱平衡起著重要作用，研究嬰兒被服的熱舒適性對(duì)其生理健康有著重要意義。人體、微氣候、織物層、邊界層的性質(zhì)特征會(huì)對(duì)“嬰兒-被服-環(huán)境”系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)雜傳熱產(chǎn)生影響。被服的熱舒適性受隔熱性能、被服覆蓋程度、睡眠代謝率、睡眠姿勢(shì)、環(huán)境溫濕度等諸多因素的影響?；谄脚_(tái)的織物測(cè)試方法與不同尺寸的嬰兒暖體假人是測(cè)試嬰兒被服隔熱性能的主要手段。未來(lái)，該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)主要分為以下4個(gè)方面：

1)盡管已開(kāi)發(fā)了可出汗的嬰兒暖體假人，但研究多集中于干態(tài)下的熱阻測(cè)試，未有研究討論被服的濕阻。對(duì)嬰兒被服傳熱傳質(zhì)機(jī)制的進(jìn)一步探索有助于提高其熱濕舒適性，指導(dǎo)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)。

2)目前已有研究基于對(duì)湍流及熱傳遞的模擬，獲取了嬰兒所處保溫箱內(nèi)的溫度場(chǎng)，氣流場(chǎng)，嬰兒表面的對(duì)流、輻射熱流密度及送入氣體的軌跡，來(lái)評(píng)估暖嬰設(shè)備的保溫效果。然而此類(lèi)研究多應(yīng)用于裸體新生兒。被服覆蓋下嬰兒熱傳遞的CFD模型研究亟待開(kāi)展，這將減少實(shí)驗(yàn)成本，為評(píng)估嬰兒被服提供更多數(shù)據(jù)支持。

3)成人熱調(diào)節(jié)模型的研究已較為成熟，具備體溫調(diào)節(jié)功能的數(shù)值假人與暖體假人熱生理控制模式推進(jìn)了成人著裝系統(tǒng)熱舒適研究進(jìn)展。由于嬰兒的生理特征與成人有很大差異，需建立準(zhǔn)確的嬰兒熱調(diào)節(jié)模型以預(yù)測(cè)嬰兒的熱生理反應(yīng)，規(guī)避嬰兒生理實(shí)驗(yàn)潛在的安全隱患。

4)針對(duì)嬰兒生理反應(yīng)的測(cè)評(píng)還存在精度不高與安全性不足的問(wèn)題。隨著智能可穿戴技術(shù)及智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)高精度、無(wú)傷害的嬰兒睡眠監(jiān)測(cè)裝置，可幫助及時(shí)調(diào)整被服及環(huán)境配置，提高嬰兒的睡眠舒適。

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