织物热物性与人体表面无扰测温
作者：赵实 倪文鸽
单位：赵实(北京神州科技开发中心 北京100045)；倪文鸽(美国马里兰大学)
关键词：无扰测温；织物热物性；层温差；织物遴选；层间热阻
北京生物医学工程000310 摘 要 为研究人体表面测温的干扰问题，作者从计算亚毫米厚度体表织物的热物性入手，通过理论与实验研究，多角度地探讨了人体的舒适状态，体表织物的抗扰机制和织物对体表皮温差的衰减问题。研究结果显示：在满足人体舒适状态时的室温条件及体表织物的遴选条件，且体表皮肤与体表织物之间的层间热阻得到较好控制时，体表织物不仅可抑制多种体外干扰进入人体，还可将体表0.5℃以上的皮温差以小于0.05℃的温度衰减，由织物的内表面传导到织物的外表面。
Textile Thermal Property and Humanbody Surface
, 百拇医药
Non-Interferied Temperature Test
Zhao Shi
(Beijing Shen Zhuo Scin & Tech Development Center 100045)
Ni Wenge
(University of Maryland US 20742)
Abstract
In order to investigate interference to measurement of human body surface temperature, the authors began to calculate thermal properties of textiles at body surface. The thickness of textile is less than one millimeter. Theoretical and experimental studies were carried out from multi points of view. Comfortable conditions of human body, anti-interference mechanism of textiles at surface of human body, and how the textile attenuates human body skin temperature were studied. Results of research showed that:When conditions of restricted room temperature, comfortable for human body, are met, and conditions of selection of textiles are met, and also the skin is evenly in contact with the textile in the region of test, the textile at body surface can not only depress a lot of interference, coming from outside to enter human body, but also conduct heat from internal surface of the textile to external surface of the textile with an attenuation less than 0.05 degree Celsius for skin surface temperature difference greater than 0.5 degree Celsius.
, http://www.100md.com
Key words:Non-interfering temperature test(NITT), Textile thermal property, Layer temperature difference, Textile optimum, Layers thermal resistance
用红外技术隔衣探测人体热能辐射称为人体表面无扰测温(以下称无扰测温)，此项研究始于1990年[1]，主要用于西医临床观察[2]，中医辅助诊断[3]，气功机理研究[4]，动物循环状态检测[5]，在应用研究中发现，受试状态的不同和体表织物的改变均会影响无扰测温的结果[6]。为提高无扰测温的抗干扰能力，需要对皮肤温差从皮肤表面到织物外表面的热能传递进行研究，进而规范人体的受试状态和确定体表织物的遴选条件。为此，我们对体热在织物中的热能传递进行了实验研究。
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1 织物的热阻与层温差
传热学理论[7]认为：当热流流过表面积为Af，厚度为Lf的体表织物，并达到稳态时，可有
Hs=λfAf(Tfi-Tfo)/Lf (1)
其中，Hs为流出体表的热流；λf为体表织物的热传导系数；Af为体表织物的表面积；Lf为织物(单层)表面压力为零时的自然厚度;Tfi,Tfo为单层织物内、外表面的温度。
体表热流Hs流处出体表织物后，以辐射Hfr，对流Hfv和传导Hfd等形式向近体空间散失。由于室温21℃，室内空气静止，人体保持安静时，体表对流与传导失热均可忽略不计[8]，故可用体表辐射失热计算体表热流Hs的值
, 百拇医药
Hs=σeAf[T4fo-T4o] (2)
其中，σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W/m2K4；e为织物表面发射系数e=0.94；Af为织物的面积;Tfo为织物外表面温度；To为室温。
由式(1)(2)和热阻Rf=Lf/λf的定义[7]，可导出织物热阻Rf的表达式
Rf=(Tfi-Tfo)/σe[T4fo-T4o] (3)
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式(3)中单层织物内、外表面的温度Tfi与Tfo的数值，由以下体表织物的传热实验得出。
2 材料与方法
人体皮肤温度模拟源(即水温热源)一个，水温热源实验平面的面积为10×10cm2，水温监测为水银温度计，最小刻度为0.01℃；红外辐射测温仪一部，温度测试精度为0.05K(℃)；取单层厚度Lf为0.51mm(织物的表面压力为零时的自然厚度)，单层每平方米重为175g/m2的纯棉针织背心一件。关闭门窗和冷热风源，室温To为(273+21)K。先以一层纯棉针织背心布料覆盖水温热源表面，调整热源的温度，使第一(单)层织物外表面温度Tfo为(273+35)K，达到稳态后，再用一层纯棉针织背心布料覆盖该热源表面，使热源表面两层织物的总厚度2Lf为1.02mm，这时我们可得到第二(双)层织物外表面的温度Tfs为(273+33.8)K。
, 百拇医药
由式(1)的定义可导出第一(单)层织物内外表面Tfi与Tfo，及第二(双)层织物外表面Tfs的关系
Tfi=2Tfo-Tfs (4)
将实验数据Tfo=308K，Tfs=306.8K代入式(4)，可得到Tfi为309.2K；
再将Tfi=309.2K，Tfo=308K，To=294K，σ=5.67×10-8W/m2K4和e=0.94等值代入式(3)，便可求出纯棉针织背心的热阻Rf的数值：Rf=0.0147m2K/W。
, 百拇医药
在传热实验的数值计算中我们发现：第一层织物内，外表面的温差值(Tfi-Tfo)，第一层织物内表面与第二层织物外表面之间的温差值(Tfi-Tfs)，及单双层织物热阻Rf与2Rf之间有如下关系
(Tfi-Tfo)/Rf=(Tfi-Tfs)/2Rf (5)
将上式整理后可有：(Tfi-Tfo)/(Tfi-Tfs)=1/2或Tfi=2Tfo-Tfs即式(4)，式(5)中单双层织物内外表面温度差之比为常数的恒等式已显示：温差值(Tfi-Tfo)可表征体表织物的传热能力；另由式(3)可知，当Tfo和To保持不变时，温差值(Tfi-Tfo)越大，热阻Rf的值也越大，即有正比关系；据此，我们将这一温差值作为体表织物的新特征参量，并定义：单层织物内外表面的温差值(Tfi-Tfo)为织物的层温差，并用ΔTf表示。为便于了解织物热阻和层温差等热参量，我们将部分体表织物的热物性列于表1：
, 百拇医药
表1 十种亚毫米厚度体表织物的热物性 序号
织物名
棉纤比
%
化纤比
%
单层厚度
Lf(mm)
热阻
Rf(m2K/W)
热传导系数
λf(W/mK)
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单层平米重
g/m2
层温差
ΔTf(K,℃)
1
T恤衫
100
0.48
0.0098
0.048
163
0.8
, http://www.100md.com 2
内衣衫
100
0.42
0.0111
0.038
149
0.9
3
T恤衫
50
50
0.55
, 百拇医药 0.0135
0.039
206
1.1
4
针织背心
100
0.51
0.0147
0.034
175
1.2
5
, 百拇医药
内衣衫
90
10
0.65
0.0147
0.043
231
1.2
6
内衣衫
100
0.64
0.0160
, 百拇医药
0.040
224
1.3
7
内衣衫
100
0.71
0.0160
0.044
248
1.3
8
运动衫
, 百拇医药
100
0.83
0.0196
0.044
262
1.6
9
棉毛裤
90
10
0.79
0.0209
0.038
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304
1.7
10
运动衫
50
50
0.84
0.0233
0.037
324
1.9
3 人体舒适状态的讨论
由表1可知，不同的体表织物具有不同的层温差，而不同层温差又使人体的受试状态有所不同。由于无扰测温要求受试者的受试状态为人体的舒适状态[1]。因此，探讨人体的舒适状态，研究舒适状态时体表织物的抗扰机制，以及给出舒适状态的基本条件和室温条件等具有十分重要的意义。
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传热学在定义人体织物保温隔热的克隆(clo)[7]值(1 clo=0.155Rf)时提到，人体舒适状态的条件是：室温21℃，人体安静，空气静止，体表织物适中，机体产热为58W/m2。
在无扰测温的应用研究[2—4]中，当室温为20～25℃，室内无冷热风源，受试者身穿一至两件衬衣或一件衬衣一件薄毛衣或自身感觉舒适的织物时的受试状态，被认为是人体的舒适状态。
皮温与室温关系(人体体表无衣物)的研究结果[9]显示，当室温为24～26℃，体表皮肤18个测试点平均温度为32～34℃，其中腋温为35.5～36.5℃时，受试者自身感觉最为舒适。
在表1第4号织物的传热实验中我们观察到，当室温To为21℃，皮温模拟源温度在35±0.1℃范围变化时，4号织物外表面温度Tfo的变化范围为33.8±0.1℃；但当皮温模拟源温度为35℃，室温To在21±0.5℃变化时，4号织物Tfo的变化范围不大于33.8±0.05℃。这一物理现象可用以解释体表织物的抗扰机制：即高于室温10℃以上的，在织物中单向流动的体表热流可抑制和减弱来自环境的辐射得热及室内铅垂方向温度梯度不均匀[10]所形成的测温干扰。
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由文献[2—4，7]，我们可基本把握人体舒适状态时的室温范围和体表织物的状态。另由传热实验中To变化率为0.5℃时，Tfo的变化率小于0.05℃的室温条件，及文献[9]中人体自觉舒适时的皮温和腋温，我们可给出人体受试状态为舒适状态时的基本条件：室温为20～25℃，人体安静，空气静止，人体腋温为36±0.5℃，皮肤表面平均温度为32～34℃，体表织物为一至两件受试者自身感觉最为舒适的衬衣；并限定：无扰测温中，人体舒适状态时的室温条件为21±0.5℃。
4 体表织物的遴选
人体在无扰测温中的舒适状态条件下，来自环境的多种干扰可被减弱是显而易见的。然而，由于体表织物具有保温隔热作用，这使得过厚的织物会对皮温差产生较大的衰减，而较薄的织物则会破坏人体所处的舒适状态。那么如何遴选体表织物，才能既发挥织物的抗扰作用，又能减少体表织物对皮肤温差的衰减，这是需要我们重点研究讨论的问题。
, 百拇医药
假定体表有一高温区，面积为Ash，温度为Tsh；与它相邻有一低温区面积为AsL温度为TsL；当高温区热流Hsh与低温区热流HsL同时流过热阻为Rf的体表织物，并达到稳态时，可有：
ΔTss=ΔTff+Rf(Hsh/Ash-HsL/AsL) (6)
其中，ΔTss为皮肤表面(织物内表面)高低温区的温差(Tsh-TsL)；ΔTff为织物外表面高低温(与腋温相比)区的温差(Tfh-TfL)；Rf为体表织物的热阻；Hsh,HsL为皮肤表面(织物内表面)高低温区流出的热流；Ash，AsL为皮肤表面(织物内表面)高低温区的面积。
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当Tsh为(273+35.5)K，TsL为(273+35)K,ΔTss为0.5K时，令式(2)中Tfo分别为Tsh和TsL，Ash和AsL均为1cm2，室温To为(273+21)K，σ为5.67×10-8W/m2K4，e为0.94时，可求出Hsh=8.458×10-3W，HsL=8.144×10-3W。
将以上数值及表1中第4号织物的热阻值代入式(6)，可得到当ΔTss=0.5K(℃)时，ΔTff为0.453K(℃)，即人体皮肤表面(织物内表面)的ΔTss已被体表织物衰减了0.047K(℃)。
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根据临床科研中体表测温精度为±0.1℃的要求[1]，并考虑到体表织物对皮肤表面0.5℃以上的皮温差衰减不应超过0.05℃，在满足人体舒适状态时的室温条件下，体表织物的两个遴选条件是：(1)厚度Lf≤0.71mm；(2)层温差ΔTf≥1.2℃或热阻Rf≥0.015m2K/W。
5 层间热阻的排除
以上我们在关于织物热阻与衰减值的计算过程中，以及人体舒适状态的讨论中，均未涉及到皮肤表面与织物内表面之间空气间隙所形成的热阻RA(以下称层间热阻)的干扰问题，而把织物内表面的温度视为皮肤表面的温度。我们在表1织物的传热实验中发现，当织物内表面与人体皮肤温度模拟源表面未能均匀面接触时，从织物外表面得到的温度值略低于理论计算值。这一测试结果与文献[4]中“体表皮肤与体表衣物之间未能均匀面接触时，测试结果会受到影响”的应用情况相吻合。
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建筑学在夹层墙壁的设计时，通常把夹层之间空气层的保温隔热作用考虑在内，并以空气的热传导系数λA=0.026W/mK[7]计算空气热阻(RA=LA/λA)，由于建筑学中空气热阻的利用与无扰测温中的层间热阻的形成原理相同，因此，可用空气热传导系数λA求出层间热阻RA的数值。当皮肤表面与织物表面之间的空气间隙LA=1mm时，RA为0.0385m2K/W，这一数值与表1中所列织物热阻Rf的值(0.0098～0.0233m2K/W)已十分接近。为防止层间热阻RA与织物热阻Rf的叠加产生测温干扰，在无扰测温过程中，应保持测试区内皮肤表面与体表织物之间的均匀面接触，用以排除层间热阻所形成的测温干扰。
6 结束语
, 百拇医药
织物热物性与无扰测温的研究结果显示：在满足人体舒适状态时的温度条件及体表织物的遴选条件，且测试区内体表皮肤与体表织物之间的层间热阻得到较好控制时，体表织物不仅可抑制和减弱多种体外干扰逆向进入人体，还可将人体表面大于0.5℃的皮温差以小于0.05℃的温度衰减，由织物的内表面传导到织物的外表面；在此基础上，当我们选用厚度更薄，且层温差更大或热阻阻值更高的体表织物时，体表织物对体表皮肤温度差的衰减将更加微弱。
作者简介：赵实(1951—)，男，高级工程师。
7 参考文献
[1] 赵实。微热全息诊断的研究与应用。大自然探索，1992，11(2)：97-101
[2] 叶绮，等。人体能量测试仪在心肌梗塞及肺叶切除病人中的初步应用。心肺血管学报，1992，11(3)：162-163
, 百拇医药
[3] 田宛玲，等。数字式人体能量测试仪对肺癌诊断价值的初探。北京生物医学工程，1992，11(2)：88-90
[4] 冯理达。人体能量测试仪对体表穴位能量的研究。现代气功学，经济科学出版社，1994，318-322
[5] 包玉生，等。人体能量测试仪检测动物循环状态。北京生物医学工程，1994，13(4)：243-246
[6] Zhao Shi. Device and a method to measure the infrared radiation of the human body. United States Patent. Date of Patent:May 24,1994
[7] Fuchs H U. The dynamics of heat. Springer-verlag New York, Inc.1996,1st Edition:347-359
[8] Gaussorgues G. Infrared thermography. Chapman & Hall. 1994,1st Edition:13-16
[9] [日]菊池安行，等。人间-热环境系。日刊工业新闻社，1989，84-94
[10] 王龙玲，等。人体热能辐射测试仪(HED-1型)应用条件的实验研究。北京生物医学工程，1994，13(1)：43-47
(1999-07-12收稿，2000-04-20修回), http://www.100md.com
单位：赵实(北京神州科技开发中心 北京100045)；倪文鸽(美国马里兰大学)
关键词：无扰测温；织物热物性；层温差；织物遴选；层间热阻
北京生物医学工程000310 摘 要 为研究人体表面测温的干扰问题，作者从计算亚毫米厚度体表织物的热物性入手，通过理论与实验研究，多角度地探讨了人体的舒适状态，体表织物的抗扰机制和织物对体表皮温差的衰减问题。研究结果显示：在满足人体舒适状态时的室温条件及体表织物的遴选条件，且体表皮肤与体表织物之间的层间热阻得到较好控制时，体表织物不仅可抑制多种体外干扰进入人体，还可将体表0.5℃以上的皮温差以小于0.05℃的温度衰减，由织物的内表面传导到织物的外表面。
Textile Thermal Property and Humanbody Surface
, 百拇医药
Non-Interferied Temperature Test
Zhao Shi
(Beijing Shen Zhuo Scin & Tech Development Center 100045)
Ni Wenge
(University of Maryland US 20742)
Abstract
In order to investigate interference to measurement of human body surface temperature, the authors began to calculate thermal properties of textiles at body surface. The thickness of textile is less than one millimeter. Theoretical and experimental studies were carried out from multi points of view. Comfortable conditions of human body, anti-interference mechanism of textiles at surface of human body, and how the textile attenuates human body skin temperature were studied. Results of research showed that:When conditions of restricted room temperature, comfortable for human body, are met, and conditions of selection of textiles are met, and also the skin is evenly in contact with the textile in the region of test, the textile at body surface can not only depress a lot of interference, coming from outside to enter human body, but also conduct heat from internal surface of the textile to external surface of the textile with an attenuation less than 0.05 degree Celsius for skin surface temperature difference greater than 0.5 degree Celsius.
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Key words:Non-interfering temperature test(NITT), Textile thermal property, Layer temperature difference, Textile optimum, Layers thermal resistance
用红外技术隔衣探测人体热能辐射称为人体表面无扰测温(以下称无扰测温)，此项研究始于1990年[1]，主要用于西医临床观察[2]，中医辅助诊断[3]，气功机理研究[4]，动物循环状态检测[5]，在应用研究中发现，受试状态的不同和体表织物的改变均会影响无扰测温的结果[6]。为提高无扰测温的抗干扰能力，需要对皮肤温差从皮肤表面到织物外表面的热能传递进行研究，进而规范人体的受试状态和确定体表织物的遴选条件。为此，我们对体热在织物中的热能传递进行了实验研究。
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1 织物的热阻与层温差
传热学理论[7]认为：当热流流过表面积为Af，厚度为Lf的体表织物，并达到稳态时，可有
Hs=λfAf(Tfi-Tfo)/Lf (1)
其中，Hs为流出体表的热流；λf为体表织物的热传导系数；Af为体表织物的表面积；Lf为织物(单层)表面压力为零时的自然厚度;Tfi,Tfo为单层织物内、外表面的温度。
体表热流Hs流处出体表织物后，以辐射Hfr，对流Hfv和传导Hfd等形式向近体空间散失。由于室温21℃，室内空气静止，人体保持安静时，体表对流与传导失热均可忽略不计[8]，故可用体表辐射失热计算体表热流Hs的值
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Hs=σeAf[T4fo-T4o] (2)
其中，σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W/m2K4；e为织物表面发射系数e=0.94；Af为织物的面积;Tfo为织物外表面温度；To为室温。
由式(1)(2)和热阻Rf=Lf/λf的定义[7]，可导出织物热阻Rf的表达式
Rf=(Tfi-Tfo)/σe[T4fo-T4o] (3)
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式(3)中单层织物内、外表面的温度Tfi与Tfo的数值，由以下体表织物的传热实验得出。
2 材料与方法
人体皮肤温度模拟源(即水温热源)一个，水温热源实验平面的面积为10×10cm2，水温监测为水银温度计，最小刻度为0.01℃；红外辐射测温仪一部，温度测试精度为0.05K(℃)；取单层厚度Lf为0.51mm(织物的表面压力为零时的自然厚度)，单层每平方米重为175g/m2的纯棉针织背心一件。关闭门窗和冷热风源，室温To为(273+21)K。先以一层纯棉针织背心布料覆盖水温热源表面，调整热源的温度，使第一(单)层织物外表面温度Tfo为(273+35)K，达到稳态后，再用一层纯棉针织背心布料覆盖该热源表面，使热源表面两层织物的总厚度2Lf为1.02mm，这时我们可得到第二(双)层织物外表面的温度Tfs为(273+33.8)K。
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由式(1)的定义可导出第一(单)层织物内外表面Tfi与Tfo，及第二(双)层织物外表面Tfs的关系
Tfi=2Tfo-Tfs (4)
将实验数据Tfo=308K，Tfs=306.8K代入式(4)，可得到Tfi为309.2K；
再将Tfi=309.2K，Tfo=308K，To=294K，σ=5.67×10-8W/m2K4和e=0.94等值代入式(3)，便可求出纯棉针织背心的热阻Rf的数值：Rf=0.0147m2K/W。
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在传热实验的数值计算中我们发现：第一层织物内，外表面的温差值(Tfi-Tfo)，第一层织物内表面与第二层织物外表面之间的温差值(Tfi-Tfs)，及单双层织物热阻Rf与2Rf之间有如下关系
(Tfi-Tfo)/Rf=(Tfi-Tfs)/2Rf (5)
将上式整理后可有：(Tfi-Tfo)/(Tfi-Tfs)=1/2或Tfi=2Tfo-Tfs即式(4)，式(5)中单双层织物内外表面温度差之比为常数的恒等式已显示：温差值(Tfi-Tfo)可表征体表织物的传热能力；另由式(3)可知，当Tfo和To保持不变时，温差值(Tfi-Tfo)越大，热阻Rf的值也越大，即有正比关系；据此，我们将这一温差值作为体表织物的新特征参量，并定义：单层织物内外表面的温差值(Tfi-Tfo)为织物的层温差，并用ΔTf表示。为便于了解织物热阻和层温差等热参量，我们将部分体表织物的热物性列于表1：
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表1 十种亚毫米厚度体表织物的热物性 序号
织物名
棉纤比
%
化纤比
%
单层厚度
Lf(mm)
热阻
Rf(m2K/W)
热传导系数
λf(W/mK)
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单层平米重
g/m2
层温差
ΔTf(K,℃)
1
T恤衫
100
0.48
0.0098
0.048
163
0.8
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内衣衫
100
0.42
0.0111
0.038
149
0.9
3
T恤衫
50
50
0.55
, 百拇医药 0.0135
0.039
206
1.1
4
针织背心
100
0.51
0.0147
0.034
175
1.2
5
, 百拇医药
内衣衫
90
10
0.65
0.0147
0.043
231
1.2
6
内衣衫
100
0.64
0.0160
, 百拇医药
0.040
224
1.3
7
内衣衫
100
0.71
0.0160
0.044
248
1.3
8
运动衫
, 百拇医药
100
0.83
0.0196
0.044
262
1.6
9
棉毛裤
90
10
0.79
0.0209
0.038
, http://www.100md.com
304
1.7
10
运动衫
50
50
0.84
0.0233
0.037
324
1.9
3 人体舒适状态的讨论
由表1可知，不同的体表织物具有不同的层温差，而不同层温差又使人体的受试状态有所不同。由于无扰测温要求受试者的受试状态为人体的舒适状态[1]。因此，探讨人体的舒适状态，研究舒适状态时体表织物的抗扰机制，以及给出舒适状态的基本条件和室温条件等具有十分重要的意义。
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传热学在定义人体织物保温隔热的克隆(clo)[7]值(1 clo=0.155Rf)时提到，人体舒适状态的条件是：室温21℃，人体安静，空气静止，体表织物适中，机体产热为58W/m2。
在无扰测温的应用研究[2—4]中，当室温为20～25℃，室内无冷热风源，受试者身穿一至两件衬衣或一件衬衣一件薄毛衣或自身感觉舒适的织物时的受试状态，被认为是人体的舒适状态。
皮温与室温关系(人体体表无衣物)的研究结果[9]显示，当室温为24～26℃，体表皮肤18个测试点平均温度为32～34℃，其中腋温为35.5～36.5℃时，受试者自身感觉最为舒适。
在表1第4号织物的传热实验中我们观察到，当室温To为21℃，皮温模拟源温度在35±0.1℃范围变化时，4号织物外表面温度Tfo的变化范围为33.8±0.1℃；但当皮温模拟源温度为35℃，室温To在21±0.5℃变化时，4号织物Tfo的变化范围不大于33.8±0.05℃。这一物理现象可用以解释体表织物的抗扰机制：即高于室温10℃以上的，在织物中单向流动的体表热流可抑制和减弱来自环境的辐射得热及室内铅垂方向温度梯度不均匀[10]所形成的测温干扰。
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由文献[2—4，7]，我们可基本把握人体舒适状态时的室温范围和体表织物的状态。另由传热实验中To变化率为0.5℃时，Tfo的变化率小于0.05℃的室温条件，及文献[9]中人体自觉舒适时的皮温和腋温，我们可给出人体受试状态为舒适状态时的基本条件：室温为20～25℃，人体安静，空气静止，人体腋温为36±0.5℃，皮肤表面平均温度为32～34℃，体表织物为一至两件受试者自身感觉最为舒适的衬衣；并限定：无扰测温中，人体舒适状态时的室温条件为21±0.5℃。
4 体表织物的遴选
人体在无扰测温中的舒适状态条件下，来自环境的多种干扰可被减弱是显而易见的。然而，由于体表织物具有保温隔热作用，这使得过厚的织物会对皮温差产生较大的衰减，而较薄的织物则会破坏人体所处的舒适状态。那么如何遴选体表织物，才能既发挥织物的抗扰作用，又能减少体表织物对皮肤温差的衰减，这是需要我们重点研究讨论的问题。
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假定体表有一高温区，面积为Ash，温度为Tsh；与它相邻有一低温区面积为AsL温度为TsL；当高温区热流Hsh与低温区热流HsL同时流过热阻为Rf的体表织物，并达到稳态时，可有：
ΔTss=ΔTff+Rf(Hsh/Ash-HsL/AsL) (6)
其中，ΔTss为皮肤表面(织物内表面)高低温区的温差(Tsh-TsL)；ΔTff为织物外表面高低温(与腋温相比)区的温差(Tfh-TfL)；Rf为体表织物的热阻；Hsh,HsL为皮肤表面(织物内表面)高低温区流出的热流；Ash，AsL为皮肤表面(织物内表面)高低温区的面积。
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当Tsh为(273+35.5)K，TsL为(273+35)K,ΔTss为0.5K时，令式(2)中Tfo分别为Tsh和TsL，Ash和AsL均为1cm2，室温To为(273+21)K，σ为5.67×10-8W/m2K4，e为0.94时，可求出Hsh=8.458×10-3W，HsL=8.144×10-3W。
将以上数值及表1中第4号织物的热阻值代入式(6)，可得到当ΔTss=0.5K(℃)时，ΔTff为0.453K(℃)，即人体皮肤表面(织物内表面)的ΔTss已被体表织物衰减了0.047K(℃)。
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根据临床科研中体表测温精度为±0.1℃的要求[1]，并考虑到体表织物对皮肤表面0.5℃以上的皮温差衰减不应超过0.05℃，在满足人体舒适状态时的室温条件下，体表织物的两个遴选条件是：(1)厚度Lf≤0.71mm；(2)层温差ΔTf≥1.2℃或热阻Rf≥0.015m2K/W。
5 层间热阻的排除
以上我们在关于织物热阻与衰减值的计算过程中，以及人体舒适状态的讨论中，均未涉及到皮肤表面与织物内表面之间空气间隙所形成的热阻RA(以下称层间热阻)的干扰问题，而把织物内表面的温度视为皮肤表面的温度。我们在表1织物的传热实验中发现，当织物内表面与人体皮肤温度模拟源表面未能均匀面接触时，从织物外表面得到的温度值略低于理论计算值。这一测试结果与文献[4]中“体表皮肤与体表衣物之间未能均匀面接触时，测试结果会受到影响”的应用情况相吻合。
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建筑学在夹层墙壁的设计时，通常把夹层之间空气层的保温隔热作用考虑在内，并以空气的热传导系数λA=0.026W/mK[7]计算空气热阻(RA=LA/λA)，由于建筑学中空气热阻的利用与无扰测温中的层间热阻的形成原理相同，因此，可用空气热传导系数λA求出层间热阻RA的数值。当皮肤表面与织物表面之间的空气间隙LA=1mm时，RA为0.0385m2K/W，这一数值与表1中所列织物热阻Rf的值(0.0098～0.0233m2K/W)已十分接近。为防止层间热阻RA与织物热阻Rf的叠加产生测温干扰，在无扰测温过程中，应保持测试区内皮肤表面与体表织物之间的均匀面接触，用以排除层间热阻所形成的测温干扰。
6 结束语
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织物热物性与无扰测温的研究结果显示：在满足人体舒适状态时的温度条件及体表织物的遴选条件，且测试区内体表皮肤与体表织物之间的层间热阻得到较好控制时，体表织物不仅可抑制和减弱多种体外干扰逆向进入人体，还可将人体表面大于0.5℃的皮温差以小于0.05℃的温度衰减，由织物的内表面传导到织物的外表面；在此基础上，当我们选用厚度更薄，且层温差更大或热阻阻值更高的体表织物时，体表织物对体表皮肤温度差的衰减将更加微弱。
作者简介：赵实(1951—)，男，高级工程师。
7 参考文献
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(1999-07-12收稿，2000-04-20修回), http://www.100md.com