Ověření lidského termofyziologického modelu založného na Fialově modelu a jeho oplikace v oblasti ochranných oděvů při vyšších metabolických zátěžích

Verification of Fiala-based human thermophysiological model and its application to protective clothing under high metabolic rates

journal article in Web of Science

en

In the past years, a theory of how to predict human heat stress and thermal comfort using advanced thermophysiological models has been broadly extended. These models are more complex than the well-establishedoverall indices of the heat stress (ISO 7933) and thermal comfort (ISO 7730) and they allow to simulate theeffects of metabolism, thermoregulation, and clothing on human thermal state in greater detail. However, the most discussed issue is a validity of such complex models. The validation process of multi-segment thermophysiological models has to be focused not only on the overall parameters, but also on the local ones. The aim of this study is to verify our implementation of Fiala-based model with similar models and measurements. To conclude with, the results were in a good agreement with the original Fiala model with respect to the simulation of the passive system, the active system, and the DTS index (Dynamical Thermal Sensation) for a wide range of ambient temperatures (from 5 °C to 48 °C). Further, the study covers testing of protective clothing, such as Tychem-F and military NBC (nuclear, biological, chemical) suit FOP M2000 including the Klimatex underwear. The mean absolute deviations (MAD) of rectal temperature, mean skin temperature, and local skin temperatures, valid for protective clothing in a range from 25 °C to 40 °C and metabolic rates up to 4.3 met, were 0.20 °C, 0.78 °C and 1.25 °C respectively.

V minulých letech byla široce rozšířena teorie o tom, jak předpovídat tepelný stres člověka a tepelnou pohodu za použití pokročilých termofyziologických modelů. Tyto modely jsou složitější než dobře zavedené indexy tepelného stresu (ISO 7933) a tepelné pohody (ISO 7730) a umožňují podrobněji simulovat účinky metabolismu, termoregulace a oblečení na tepelný stav lidského těla. Nicméně diskutovaným tématem je platnost a spolehlivost takových složitých modelů. Proces validace multisegmentových termofyziologických modelů musí být zaměřen nejen na celkové parametry, ale i na parametry lokální. Cílem této studie je ověřit naši implementaci modelu založeného na Fialově modelu s podobnými modely a měřeními. Dospěli jsme k závěru, že výsledky byly v souladu s původním Fialovým modelem s ohledem na simulaci pasivního systému, aktivního systému a indexu DTS (Dynamic Thermal Sensation) pro širokou škálu okolních teplot (od 5 ° C až 48 ° C). Dále se studie zabývá testováním ochranného oblečení, jako je například Tychem-F a vojenský NBC (jaderný, biologický, chemický) oblek FOP M2000 včetně spodního prádla značky Klimatex. Průměrná absolutní odchylka (MAD) rektální teploty, průměrná teplota pokožky a místní teploty pokožky, platná pro ochranný oděv v rozmezí od 25 ° C do 40 ° C a rychlost metabolismu až 4,3 metry, byla 0,20 ° C, 0,78 ° C a 1,25 ° C.

In the past years, a theory of how to predict human heat stress and thermal comfort using advanced thermophysiological models has been broadly extended. These models are more complex than the well-establishedoverall indices of the heat stress (ISO 7933) and thermal comfort (ISO 7730) and they allow to simulate theeffects of metabolism, thermoregulation, and clothing on human thermal state in greater detail. However, the most discussed issue is a validity of such complex models. The validation process of multi-segment thermophysiological models has to be focused not only on the overall parameters, but also on the local ones. The aim of this study is to verify our implementation of Fiala-based model with similar models and measurements. To conclude with, the results were in a good agreement with the original Fiala model with respect to the simulation of the passive system, the active system, and the DTS index (Dynamical Thermal Sensation) for a wide range of ambient temperatures (from 5 °C to 48 °C). Further, the study covers testing of protective clothing, such as Tychem-F and military NBC (nuclear, biological, chemical) suit FOP M2000 including the Klimatex underwear. The mean absolute deviations (MAD) of rectal temperature, mean skin temperature, and local skin temperatures, valid for protective clothing in a range from 25 °C to 40 °C and metabolic rates up to 4.3 met, were 0.20 °C, 0.78 °C and 1.25 °C respectively.

Termofiziologické model; Ochranné oděvy; NBC oděvy; Tepelný komfort; Tepelný stres; Matlab

Thermophysiological model; Protective clothing; NBC suit; Thermal comfort; Heat stress; Matlab

10.08.2017

Elsevier

Velká Británie

0360-1323

126

2017

13–26

14