توسعه يك مدل سه نقطه اي براي پيش بيني تاثير خصوصيات فردي بر احساس حرارتي و تنظيم حرارتي بدن انسان

Developing three-node model to estimate individual characteristics effects on thermal sensation and human body thermoregulation

تفاوت هاي فيزيولوژيكي افراد از قبيل وزن، قد، جنسيت، سن و متابوليك پايه مي تواند تاثير قابل ملاحظه اي بر تنظيم حرارتي بدن افراد داشته باشد. بنابراين استفاده از مدل-هاي حرارتي بدن كه براي جمعيت هاي گسترده انساني توسعه يافته است، براي اشخاص لزوماً به جواب دقيقي نمي انجامد. از آنجايي كه در مدل هاي استاندارد آسايش حرارتي، پارامترهاي فردي لحاظ نشده و همچنين مدل هاي فردي و موضعي موجود داراي ساختاري بسيار پيچيده هستند، نياز به مدلي فردي با ساختاري ساده و دقيق بيشتر از هميشه احساس مي شود. در اين تحقيق، تلاش شده است از طريق خصوصيات فردي قابل اندازه گيري و در دسترس، عوامل تاثيرگذار بر تنظيم حرارتي بدن و وابسته به فرد از جمله: درصد چربي بدن، ضخامت چربي زير پوست، مساحت كل بدن، ظرفيت گرمايي ويژه بدن، مقاومت حرارت كل بدن و ... مدلسازي شده و در ساختار الگوريتم مدل سه نقطه اي اعمال گردد تا اين مدل به مدلي فردي براي پيش بيني شرايط حرارتي افراد توسعه پيدا كند. مدل آسايش حرارتي سه نقطه اي، مدلي اصلاح شده از مدل استاندارد گايج مي باشد كه به جاي مدلسازي لباس بر روي تمام سطح بدن، با رويكردي ساده شرايط حرارتي بخش هاي پوشيده و لخت بدن در آن به صورت مجزا مورد ارزيابي قرار مي گيرد. اين مدل با نتايج تحليلي و تجربي مورد اعتبار سنجي قرار گرفت و تطابق مناسبي ميان نتايج مشاهده شد. در نهايت، نتايج نشان مي دهد كه ميانگين خطا در پيش بيني دماي پوست براي فرد از 1.2 درجه سلسيوس در مدل سه نقطه اي به 0.4 درجه سلسيوس براي مدل فردي جديد تقليل مي يابد

Differences in the persons’ individual parameters such as age, gender, weight, height and basal metabolic rate have a significant effect on the human body thermoregulation. Therefore, using the human thermal models that were developed on the basis of large human population does not lead to accurate results for specific individuals. Because the individual parameters have not been considered in standard thermal comfort models and also available individual and local models are so complicated in applications, nowadays, the necessity of developing a simple and accurate individualized model is vital. In this study, some physiological parameters such as: body fat percentage, subcutaneous fat layer thickness, body heat capacity coefficient and tissue conductive resistances have been modeled from readily-available external measurement of individuals and these parameters are incorporated into three node-model algorithm structure to predict individual variations in thermal response between individuals. Three-node thermal comfort model is based on Gagge’s standard model that has accurately estimated thermal sensation of the bare and clothed parts of the body. The model has been verified against the analytical and experimental results where good agreement was found. In conclusion, the results indicate that the mean error in prediction of skin temperature is decreased from 1.2􀔨 for three-node model to 0.4􀔨 for the new individual model.