呼吸暖體假人的設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用展望*

西安建筑科技大學(xué) 劉雅琳 范彥超 劉 碩 王 怡

奧爾堡大學(xué) Peter V. Nielsen

清華大學(xué) 劉 荔△

0 引言

近十多年來(lái)，多次暴發(fā)的呼吸道傳染病反復(fù)說(shuō)明了研究人體呼出氣溶膠、控制呼吸道傳染病的重要性。尤其是目前仍在世界各地肆虐的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)，對(duì)全球的生產(chǎn)、生活、經(jīng)濟(jì)等造成了難以估量的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有多達(dá)400萬(wàn)人死于呼吸系統(tǒng)疾病，占全世界死亡比例的7%[1-3]。感染者在呼吸、說(shuō)話、咳嗽及打噴嚏的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量可能攜帶病原體的飛沫，其蒸發(fā)后形成的飛沫核隨著呼出氣流被易感者吸入，引起人際之間傳播[4-5]。由于飛沫或飛沫核粒徑不同，被易感者吸入后深入至呼吸道內(nèi)引起的健康效應(yīng)不同，結(jié)合不同病原體的傳播特性，利用劑量-反應(yīng)研究飛沫或飛沫核在呼吸道內(nèi)不同位置的暴露水平對(duì)易感者感染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)具有重要意義。

人體周圍的微環(huán)境對(duì)致病飛沫在人體的暴露具有重要影響[6]。由于人體表面與周圍環(huán)境存在溫差，導(dǎo)致身體加熱并帶動(dòng)周圍空氣向上運(yùn)動(dòng)，形成包圍人體的對(duì)流邊界層(熱羽流)，氣流最大上升速度為0.25 m/s[7]。此外，人體不同呼吸活動(dòng)下呼出氣流速度(正常呼吸1～2 m/s[8-9]，說(shuō)話3～5 m/s[10-11]，咳嗽6～22 m/s[10-13]，打噴嚏30～100 m/s[14-15])大于身體邊界層內(nèi)氣流上升速度，進(jìn)而通過(guò)改變呼吸區(qū)流場(chǎng)特性而改變飛沫或飛沫核的傳播路徑。由于小粒徑飛沫核的空氣跟隨性較高，極易受各種微弱氣流的影響。因此，研究人體吸入暴露水平，必須考慮人體代謝散熱所形成的熱羽流及人體呼吸氣流的作用。Topp[16]、Zukowska[17]、Liu[18]、Vianello[19]等人分別利用不具備呼吸道結(jié)構(gòu)的呼吸暖體假人量化預(yù)測(cè)了人體的吸入暴露，但是無(wú)法獲得呼吸系統(tǒng)內(nèi)致病部位的有效劑量。Finlay[20]、Phuong[21]等人利用體外呼吸道模型試驗(yàn)得到了呼吸道內(nèi)流場(chǎng)及顆粒物沉積預(yù)測(cè)模型，但忽略了人體代謝散熱對(duì)個(gè)體吸入暴露的影響。然而人體釋放代謝熱所形成的熱羽流對(duì)人體呼吸區(qū)致病飛沫暴露影響的量化關(guān)系尚未可知。

基于上述存在問(wèn)題，筆者研發(fā)了一種新型呼吸暖體假人，可模擬站姿和坐姿狀態(tài)下的人體不同代謝水平及呼吸特征，復(fù)現(xiàn)人體熱羽流和呼吸氣流共同作用下的人體微環(huán)境，為人體呼吸道暴露劑量的健康效應(yīng)評(píng)估、劑量-健康效應(yīng)關(guān)系的確定提供有效的實(shí)驗(yàn)工具。

1 呼吸暖體假人研發(fā)

1.1 模擬人體散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1.1 假人幾何特征

已有學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)的方法研究人體模型的幾何特征對(duì)人體微環(huán)境速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響。Brohus等人發(fā)現(xiàn)人體雙腿對(duì)人體周圍的污染物分布具有顯著影響[22]；Yan等人發(fā)現(xiàn)與三維掃描人體模型模擬結(jié)果相比，面部特征簡(jiǎn)化程度不同的模型其呼吸區(qū)流場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)存在差異，且在人體熱羽流影響下，該差異被放大[23]。因此為營(yíng)造更加真實(shí)的人體熱環(huán)境，筆者設(shè)計(jì)的呼吸暖體假人基于Bj?rn關(guān)于假人外形特征[24]的相關(guān)介紹進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)而成的假人體內(nèi)空間為封閉連通結(jié)構(gòu)，保證內(nèi)部氣流循環(huán)及多種呼吸道模型的替換，其身高1.68 m，表面積1.5 m2，制作完成的暖體假人如圖1所示。

圖1 暖體假人實(shí)物圖

1.1.2 人體代謝

代謝水平取決于人體活動(dòng)狀態(tài)，與人體散熱量呈正比關(guān)系。人體新陳代謝的能量主要用于做功、人體與環(huán)境之間的對(duì)流和輻射換熱、汗液蒸發(fā)和呼出水蒸氣帶走的熱量。后兩部分是人體熱量散失的主要途徑，可概括為顯熱散熱和潛熱散熱，顯熱散熱約占總新陳代謝產(chǎn)熱量的75%，潛熱散熱約占總新陳代謝產(chǎn)熱量的25%[25]。參照文獻(xiàn)[26]給出的人員在部分活動(dòng)狀態(tài)下的代謝率，可得到不同活動(dòng)狀態(tài)下人體顯熱、潛熱散熱量，見(jiàn)表1。

表1 不同活動(dòng)狀態(tài)下人體顯熱、潛熱散熱量[26]

由于本文針對(duì)干態(tài)呼吸暖體假人進(jìn)行研究，故忽略人體的潛熱散熱量，僅考慮通過(guò)皮膚顯熱方式散失的熱量。因此體表熱負(fù)荷僅包括對(duì)流和輻射兩部分，即呼吸暖體假人發(fā)熱系統(tǒng)所需輸出的功率為對(duì)流換熱量和輻射換熱量之和。

1.1.3 加熱系統(tǒng)

暖體假人發(fā)熱控制通常有恒皮溫、恒熱流、熱舒適3種模式[27]。由ISO對(duì)熱量控制模式的描述可知，3種控制模式適用環(huán)境不同[28]。其中，恒熱流模式根據(jù)人體代謝水平確定假人的輸入功率，在保證材料散熱性能良好的前提下可短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)人體與環(huán)境之間的熱平衡，在多種氣候環(huán)境下其熱量調(diào)節(jié)方式最接近真實(shí)情況，因此假人的加熱系統(tǒng)采用恒熱流的控制方式設(shè)計(jì)?？紤]假人內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、表面散熱量，加熱元件的功率密度、工作溫度等因素，假人加熱系統(tǒng)的加熱元件選擇一種柔性材料，其功率密度接近8 W/cm2，質(zhì)量輕、厚度薄、發(fā)熱快，在假人體內(nèi)多點(diǎn)布置，可短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)假人與環(huán)境之間的熱平衡。

通過(guò)交流可調(diào)電源控制功率分配器，控制假人內(nèi)部各個(gè)加熱元件的發(fā)熱量，同時(shí)假人體內(nèi)安裝無(wú)級(jí)變速風(fēng)扇，加強(qiáng)腔體內(nèi)部氣流循環(huán)，保證腔體內(nèi)部的熱量流動(dòng)。根據(jù)表1不同活動(dòng)狀態(tài)下計(jì)算得到體表熱負(fù)荷，作為假人發(fā)熱系統(tǒng)輸出功率的依據(jù)。通過(guò)調(diào)節(jié)輸出功率，可模擬不同活動(dòng)狀態(tài)下人體的散熱特性。

1.2 呼吸模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呼吸是人體重要的生理過(guò)程，吸入暴露研究中，呼吸氣流的影響不可忽略。描述呼吸的參數(shù)主要有分鐘通氣量(minute volume，MV)、呼吸頻率(breathing frequency，BF)和呼氣容量(tidal volume，TV)[12]，這些參數(shù)因受性別、年齡、身高、體質(zhì)量、活動(dòng)水平等因素的影響，個(gè)體差異較大，而針對(duì)不同對(duì)象、不同活動(dòng)水平的實(shí)驗(yàn)研究中，具備能準(zhǔn)確模擬不同呼吸參數(shù)、呼吸曲線的呼吸模擬裝置，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。

數(shù)值研究中，呼吸曲線多采用正弦或近似正弦形式[28-30]。Gupta等人通過(guò)采用呼吸流速計(jì)對(duì)志愿者呼吸狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)志愿者真實(shí)呼吸曲線與正弦曲線類似，雖然吸氣和呼氣時(shí)間并非完全一致，但是非常接近[29]。基于前人的研究，自主研發(fā)可模擬真實(shí)人體呼吸過(guò)程的呼吸裝置和控制方法，模擬人體呼氣和吸氣過(guò)程，可輸出正弦呼吸曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼吸頻率和呼吸容量的精確調(diào)節(jié)，在確定呼吸區(qū)污染物濃度及吸入暴露水平研究中可發(fā)揮重要作用。

1.2.1 呼吸模擬裝置

呼吸模擬裝置運(yùn)用微控制器及脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，PWM)技術(shù)，控制氣泵調(diào)速及電磁閥的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)人體的呼吸過(guò)程，其控制調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快。呼吸模擬裝置的結(jié)構(gòu)連接示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 呼吸模擬裝置的結(jié)構(gòu)連接示意圖

基于上述思路設(shè)計(jì)而成的呼吸模擬裝置實(shí)物如圖3所示，其硬件核心包括微控制器、活塞式無(wú)油真空泵、電磁閥等。采用參數(shù)及狀態(tài)可視化的交互方式，準(zhǔn)確直觀地調(diào)節(jié)呼吸量、呼吸頻率及呼吸的啟停。采用活塞式無(wú)油真空泵模擬人體的肺部提供氣源，真空泵工作時(shí)依靠活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)作用使缸內(nèi)容積反復(fù)變化，實(shí)現(xiàn)抽氣和排氣過(guò)程分別對(duì)應(yīng)人體吸氣和呼氣2種狀態(tài)，通過(guò)與電磁閥之間的動(dòng)作配合，可同時(shí)提供2路呼吸狀態(tài)相反的氣流輸出。單次呼氣或吸氣過(guò)程中，流量變化通過(guò)微控制單元(microcontroller unit，MCU)輸出PWM調(diào)速信號(hào)調(diào)節(jié)無(wú)油真空泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。該呼吸模擬裝置可為2個(gè)假人提供異步呼吸。

圖3 呼吸模擬裝置實(shí)物圖

采用TSI4000對(duì)呼吸模擬裝置吸氣和呼氣出口的流量變化曲線進(jìn)行測(cè)量，其1 min內(nèi)的吸氣過(guò)程流量隨時(shí)間變化曲線如圖4所示，對(duì)流量-時(shí)間曲線進(jìn)行積分，從而量化真空泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與流量之間的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)該關(guān)系，調(diào)試電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，滿足呼吸頻率及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求，進(jìn)而達(dá)到設(shè)定工況下呼吸頻率和呼吸流量的要求。

圖4 吸氣過(guò)程流量曲線(分鐘通氣量為17 L/min,呼吸頻率為10次/min,測(cè)試1 min)

從圖4可以看出：呼吸模擬裝置的運(yùn)行結(jié)果與設(shè)定值一致；對(duì)呼吸曲線獲得的峰值流量進(jìn)行積分，算得呼吸模擬裝置的分鐘通氣量，與設(shè)定值相符，滿足模擬人體真實(shí)呼吸的過(guò)程。最終的呼吸模擬裝置可實(shí)現(xiàn)呼吸頻率的調(diào)節(jié)范圍為10～20次/min，分鐘呼氣量的調(diào)節(jié)范圍為6～20 L/min。

1.2.2 呼吸道模型

人體吸入的氣溶膠污染物，引起人體呼吸系統(tǒng)健康效應(yīng)的危害程度，取決于呼吸道內(nèi)致病部位的實(shí)際暴露劑量。因此，研究者基于真實(shí)人體的呼吸道形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)在體外構(gòu)建呼吸道模型，已成為吸入暴露研究的主流。Grgic等人通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)、磁共振成像(nuclear magnetic reasonance imaging，MRI)和活體直接觀察等手段，獲得真實(shí)人體呼吸道數(shù)據(jù)，建立了胸外呼吸道的幾何模型[31]。該模型基于已有文獻(xiàn)信息，對(duì)嘴巴開(kāi)口尺寸、口腔過(guò)渡角度、咽喉部位詳細(xì)模型等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并參考了Alberta醫(yī)學(xué)院呼吸系統(tǒng)健康的病人(10人)CT掃描數(shù)據(jù)及對(duì)健康志愿者(5人)觀察數(shù)據(jù)，建立可代表“平均人”的胸外呼吸道模型(口-咽-喉)。采用該模型與Weibel模型前五級(jí)進(jìn)行組合，并對(duì)口部做出了一定的修改，使之與假人緊密貼合，形成了新的“理想呼吸道模型”，如圖5所示。該組合呼吸道模型利用計(jì)算機(jī)三維建模后，采用3D打印技術(shù)分級(jí)打印并嵌入暖體假人體內(nèi)。

圖5 理想呼吸道模型

2 呼吸暖體假人微環(huán)境研究

人體微環(huán)境指人體在不同的室內(nèi)環(huán)境下，通過(guò)輻射換熱、潛熱對(duì)流換熱及顯熱對(duì)流換熱3種方式，在人體周圍形成具有一定特點(diǎn)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)[23]。許多研究已經(jīng)證明，人體吸入的空氣約有2/3來(lái)自人體微環(huán)境區(qū)域[32]，因此若該區(qū)域空氣受到污染，則會(huì)嚴(yán)重影響人體吸入空氣的品質(zhì)。

影響人體微環(huán)境的2個(gè)重要因素是體表溫度和熱流密度。因此，本文基于呼吸暖體假人開(kāi)展體表溫度及熱流密度(傳熱系數(shù))的實(shí)驗(yàn)研究，與真人及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證自主研發(fā)呼吸暖體假人模擬人體散熱特性的合理性；并對(duì)身體邊界層速度分布及呼吸暖體假人在不同呼吸強(qiáng)度下呼出氣流軌跡進(jìn)行測(cè)量分析。

2.1 表面溫度和傳熱系數(shù)的分布

假人處于站立狀態(tài)、環(huán)境溫度為21 ℃、代謝率為1.2 met、對(duì)應(yīng)假人散熱量為100 W時(shí)，采用K型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，使用TL-1010S低溫恒溫循環(huán)水槽對(duì)熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)合Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀，對(duì)假人表面8個(gè)典型位置處溫度進(jìn)行測(cè)量，得到開(kāi)啟假人加熱系統(tǒng)后180 min內(nèi)的溫度變化數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖6 暖體假人表面局部位置溫度變化曲線

由圖6可知，開(kāi)啟加熱系統(tǒng)后，前40 min假人表面溫度迅速升高，加熱至60 min時(shí)，假人表面溫度趨于穩(wěn)定，整體溫度波動(dòng)范圍較小，整體溫差小于2 ℃，各測(cè)點(diǎn)溫度處于29.1～31.1 ℃范圍內(nèi)，稍低于真實(shí)人體在站立姿態(tài)、無(wú)衣著、處于21 ℃的環(huán)境中時(shí)的人體表面溫度(32 ℃)。這與徐春雯的研究結(jié)論一致，即當(dāng)人體與假人散熱量相等時(shí)，假人身體溫度要稍低[33]。

人體與周圍環(huán)境之間的換熱量除了受溫差的影響外，傳熱系數(shù)起決定性作用。本文采用LR8432-30熱流數(shù)據(jù)采集儀對(duì)假人表面9個(gè)典型位置的表面熱流密度展開(kāi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，可獲得假人不同身體部位的熱流密度。根據(jù)測(cè)得的平均輻射溫度和體表溫度，通過(guò)ASHRAE規(guī)定的人體輻射換熱系數(shù)計(jì)算公式[34]可求得人體不同位置處的輻射換熱系數(shù)，按照各分區(qū)面積進(jìn)行加權(quán)平均，可求得總的輻射換熱系數(shù)，其結(jié)果如表2所示。

表2 站姿假人9個(gè)分區(qū)和整體輻射換熱系數(shù)hr W/(m2·K)

由于人體皮膚與周圍環(huán)境之間的顯熱損失(Q)由對(duì)流熱損失(C)和輻射熱損失(R)組成，可表示為傳熱系數(shù)和對(duì)應(yīng)溫差的乘積。

Q=C+R=hc(tsk-ta)+hr(tsk-tr)

(1)

式中Q為人體與周圍環(huán)境之間的顯熱損失，W/m2；C為人體與周圍環(huán)境之間的對(duì)流熱損失，W/m2；R為人體與周圍環(huán)境之間的輻射熱損失，W/m2；hc為對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；tsk為人體皮膚表面溫度，℃；ta為環(huán)境空氣溫度，℃；hr為輻射換熱系數(shù)，W/(m2·K)；tr為平均輻射溫度，℃。

由于室內(nèi)無(wú)其他熱源時(shí)，平均輻射溫度可近似為空氣溫度[35]，可得到：

(2)

其中

(3)

式(2)、(3)中h為總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；εp為人體表面的平均發(fā)射率；σ為黑體輻射常數(shù)，5.7×10-8W/(m2·K4)；Aeff為人體有效輻射面積與裸體表面積(DuBois)之比[35]；tcl為著裝人體外表面平均溫度，℃。

因此，對(duì)流傳熱系數(shù)hc可由總傳熱系數(shù)h減去輻射換熱系數(shù)hr獲得。假人身體9個(gè)測(cè)量部位及整體加權(quán)平均對(duì)流換熱系數(shù)見(jiàn)表3。

由表2和3可知，假人整體加權(quán)平均輻射換熱系數(shù)、對(duì)流換熱系數(shù)分別為4.24、3.63 W/(m2·K)，de Dear等人風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中獲得人體的平均輻射系數(shù)、對(duì)流換熱系數(shù)分別4.5、3.4 W/(m2·K)[36]，二者差異均小于6%，表明自主研發(fā)的暖體假人可以很好地模擬真實(shí)人體的散熱特性。

表3 站姿假人9個(gè)分區(qū)和整體對(duì)換熱系數(shù)hc W/(m2·K)

2.2 暖體假人微環(huán)境場(chǎng)速度分布

在距假人表面3、5 cm處，采用SWEMA 03+全向微風(fēng)速儀測(cè)量人體站立狀態(tài)、代謝率為1.2 met時(shí)沿高度方向的速度，如圖7所示。

圖7 距人體表面3、5 cm位置沿高度方向身體邊界層速度分布

由圖7可知，胸部以下位置隨著高度的增加身體邊界層速度迅速增加，在脖頸附近存在一個(gè)速度較低的區(qū)域，速度的衰減是由于下巴所形成的物理障礙造成的。在下巴位置，向上運(yùn)動(dòng)的氣流被分為兩部分：一部分上升氣流沿頭部繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)；另一部分氣流受到阻礙，在脖頸處形成了一個(gè)小的渦旋，導(dǎo)致該區(qū)域的速度較低。在環(huán)境溫度為21 ℃的條件下，測(cè)得速度最大值出現(xiàn)在胸部位置，約為0.22 m/s。對(duì)比距離假人表面3 cm和5 cm處的測(cè)量結(jié)果可知，隨著距人體表面距離的增大，由于受上升氣流影響減弱，速度整體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

呼吸區(qū)的速度分布受多種因素的影響，由于在大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境中，呼出氣流速度大于室內(nèi)空氣平均風(fēng)速，因此，了解呼出氣流對(duì)呼吸微環(huán)境流場(chǎng)特性的影響，有助于個(gè)人暴露控制和污染物傳播的研究。為了提高對(duì)呼吸微環(huán)境氣流分布的理解，本文沿嘴巴中心線，測(cè)量2種呼吸強(qiáng)度下(10 L/min和14 L/min)垂直于面部的速度分布情況，測(cè)點(diǎn)布置如圖8所示，呼吸區(qū)速度采用SWEMA 03+全向微風(fēng)速儀測(cè)量，響應(yīng)時(shí)間精度為0.2 s，持續(xù)測(cè)量5 min，取置信區(qū)間為95%的平均值作為該測(cè)點(diǎn)的速度值。測(cè)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖9所示。

圖8 呼吸區(qū)速度測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置

圖9 呼吸區(qū)等速度云圖

從云圖對(duì)比結(jié)果來(lái)看，隨著呼吸強(qiáng)度的增大，呼出氣流的最大速度從0.44 m/s增至0.57 m/s，且從云圖中白色線條所處位置可以看出，呼出氣流的影響范圍隨之增大，且呼出氣流的運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)出沿水平面向下發(fā)展的趨勢(shì)，這是由上呼吸道模型的口腔結(jié)構(gòu)所致，與真實(shí)人體的呼出氣流具有相同的發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)Bj?rn[24]和Brokus等人[22]所提暖體假人形體特征，制作標(biāo)準(zhǔn)人體模型，可實(shí)現(xiàn)站姿和坐姿2種狀態(tài)，并通過(guò)功率控制器控制發(fā)熱膜片的發(fā)熱量以實(shí)現(xiàn)發(fā)熱模擬；通過(guò)內(nèi)嵌包含口咽模型和Weibel 0～4級(jí)模型制作了分級(jí)人體呼吸道模型，還原了人體呼吸系統(tǒng)內(nèi)幾何構(gòu)造；采用真空泵、電磁閥及電子控制系統(tǒng)，完成可調(diào)節(jié)呼吸頻率和呼吸量的呼吸模擬裝置，可輸出接近真實(shí)人體呼吸特征的呼吸曲線，通過(guò)調(diào)節(jié)呼吸參數(shù)，可模擬人體不同活動(dòng)狀態(tài)下的呼吸特征。新研制的呼吸暖體假人首次實(shí)現(xiàn)暖體假人與呼吸道模型的結(jié)合，模擬多種活動(dòng)狀態(tài)下的人體代謝水平及呼吸特征，可真實(shí)地模擬人體熱羽流和呼吸氣流共同作用下的人體微環(huán)境。

本文提出的呼吸暖體假人可代替在室人員，分級(jí)測(cè)量人體吸入污染物至呼吸道局部位置的暴露劑量，有效評(píng)估污染環(huán)境中人體吸入暴露水平。呼吸系統(tǒng)傳染病大暴發(fā)的背景下，利用呼吸暖體假人測(cè)量醫(yī)護(hù)人員氣溶膠吸入劑量，研究醫(yī)患交叉感染機(jī)理，確定交叉感染風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)醫(yī)院環(huán)境局部空間環(huán)境設(shè)計(jì)方法提供依據(jù)，科學(xué)發(fā)展呼吸暖體假人對(duì)營(yíng)造健康、舒適的醫(yī)院環(huán)境具有重要意義。此外，呼吸暖體假人也可應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中作業(yè)人員患職業(yè)呼吸道疾病的研究、服裝行業(yè)服裝熱阻的測(cè)定等研究領(lǐng)域中，應(yīng)用前景非常廣闊。