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随着煤矿开采深度的增加,深井煤矿的热害问题不断突出。为了缓解深井煤矿工人的热应激,提高其热湿舒适性,本文基于人体热平衡理论和个体降温手段,应用相变材料(PCM)开发了降温煤矿作业服,并对其性能进行评价。首先,进行降温煤矿作业服的设计开发,从降温方式、作业服结构、服装材料多方面进行选择和设计。最终选用适用于高湿环境且便携性高的PCM降温方式。选择相变温度为15℃的PCM,并提出使用不同相变温度PCM混合使用的配置方法:15℃PCM作为内层,更高相变潜热的23℃PCM作为外层(15&23)。根据人体体表不同部位的散热量、出汗量和热敏感度,将PCM封装包的位置设计在躯干和大腿前侧。基于煤矿工作环境的需求,服装面料需具有防静电性和阻燃性,通过模糊数学分析方法综合评估面料的物理性能和穿着舒适性,确定合适的面辅料。其次,通过出汗暖体假人,对开发的矿工服装进行客观散热性能评价。在空气温度为30℃,相对湿度为80%的人工气候仓内,将15&23与不加PCM的作业服(CON)和只加15℃PCM的作业服(15&15)进行对比实验。实验结果表明,与CON相比,相变降温作业服显著增加了暖体假人的散热量,且15&23的制冷时间大于15&15。增加的制冷时间不仅可以提高作业服的降温性能,还可以降低相变材料的更换频率,增加工作效率。最后,进一步采用真人着装实验,对开发的服装进行热湿舒适性评价。在实验室模拟高温高湿环境下(30℃,80%相对湿度)作业人员的运动和休息阶段,对比CON、15&15、15&23和加入完全融化PCM的作业服(mPCM)对人体热调节的影响。测试受试者皮肤温度、出汗量和心率3项生理指标,并记录其热感、热舒适感、湿感和自感运动强度4项主观感受。实验结果表明,相变降温作业服显著减缓了皮肤温度的上升、改善了热感和热舒适感。CON和mPCM的生理指标、热感、热舒适感和自感运动强度均没有明显差异,说明PCM封装包本身不会显著影响作业服的热阻,且PCM的重量也不会明显增加着装者的工作负荷。15&23的降温持续时间长于15&15,在休息阶段能降低皮肤温度和热感,改善热舒适感。实验还评价了受试者穿着相变降温作业服,并完成6个典型作业动作时的运动舒适性。证实,无论作业服中是否添加PCM或PCM是否融化,均不会对矿工作业的身体活动产生束缚感和不适感。综上所述,本课题设计开发的相变降温煤矿作业服提高了着装者的热湿舒适性,达到改善煤矿作业人员职业健康的目的。课题提出在相变降温服装中运用不同温度的PCM,可以提高此类服装的工作效率。课题研究成果可以为相关工作服或防护服的设计提供参考,具有一定的理论和实际应用价值。