气冷式服装的设计及热舒适性评估

王丽丽，戴宏钦,2，王　静

(1.苏州大学纺织与服装工程学院 江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室(苏州)江苏 苏州 215021)



气冷式服装的设计及热舒适性评估

王丽丽1，戴宏钦1,2，王静1

(1.苏州大学纺织与服装工程学院 江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室(苏州)江苏 苏州 215021)

摘要：在高温环境或高强度劳动下，人体的热负荷很大。长时间的高热负荷对人体的健康和工作效率都是不利的。如何降低人体热负荷一直是服装工效学中一个值得研究的课题。研究设计了一款气冷式服装，该服装安装有主动送风装置，通过加快气流运动，强化人体散热从而实现降温。利用主观评价方法对该服装在高温环境中人体的整体与局部热舒适性进行评价。实验结果表明气冷式服装的散热作用效果显著，可在一定程度上提高人体在高温环境中的热舒适性。

关键词：气冷式；送风装置；热舒适

随着人们生活水平的提高，人们既要求服装款式新颖、穿着美观，同时又要求服装穿着舒适，全面考虑服装的功能性。进入90年代后，我国在服装功能性领域的研究取得了巨大的进展，研究范畴扩展到利用暖体(出汗)假人对服装整体熱湿传递性能的研究、服装主观服用感觉与生理量关系的研究、衣下微气侯动态状况的研究等方面[1-3]。其研究的成果有抗静电防护服、防水服、防紫外服、防寒保暖服、抗菌防臭服等[4]。其中，对于高温环境中的功能性服装研究相对较少，已有的研究主要是集中于服装面料的吸湿性、透气性、伸缩性等性能[5]。改变服装本体的属性，只能在很小的程度上加强服装的性能，对服装衣下微气侯调节作用甚微。目前调节服装热性能的方式有气冷式、液冷式、相变材料三种方式。液冷式服装造价高，重量大，多用于针织服装中。相变材料服装是通过材料相变实现散热，降温的效率相对较低。气冷式服装重量轻，造价低，降温效率高。本研究设计了一款气冷式功能服装，可以在一定程度上改变衣下微气侯状态，使人体达到舒适的效果。

1气冷式服装的设计

1.1服装本体

本研究所设计的气冷式服装本体为短袖上衣，100%纯棉面料的工作服。棉纤维具有较好的吸湿性，它接触人的皮肤，使人感到柔软而不僵硬。

1.2送风装置

送风装置可以加快对流和加速身体水分蒸发来实现降温。考虑到送风装置的体积和重量，本研究的送风装置采用微型风扇。风扇分为轴流和气流两种，轴流风扇风量大，能在更大范围内加快空气的流动。因此，本研究采用轴流风扇。

1.3送风装置与服装的结合

人体各部位感觉冷热刺激的神经分布密度是不同的，因此人体局部的热感知和局部的热舒适性也就不同，同时对于整体的热感与舒适性影响程度不同。在Chailine的关于局部和整体热感、热舒适性论文中，在高温环境下，后背、胸、盆骨的局部降温对整体的热感有很显著的影响[6]。考虑人体的活动，该气冷式服装其送风装置与服装结合的部位为后背左右两侧，如图1所示。

图1　气冷式服装

2热舒适性的评估

2.1热舒适性评估方法的选择

服装热舒适性是指在一定气候条件和人体活动水平下调节人体与环境间的热量和水汽交换，从而维持使人体感觉舒适的衣内微气侯的性能[7]。服装热舒适性与人体肌肤对周围环境温度、湿度、气流的敏感性变化有密切性关系[8-9]。对服装热舒适性的评估有客观评价方法、生理学评判方法和主观评判方法三种方法。主观评判方法又称心理学评价方法，其方法是预先设计好调查问卷表格，表格内容可包括评价舒适性的湿闷和冷热问题，由实验对象在试验过程中，根据自己不同的心理感觉回答问卷[10-13]。服装的穿着舒适性最后还是依据人的主观感觉为主，因此本文采用主观评价方法来评价气冷式服装的热舒适性。

2.2实验

2.2.1实验条件

为了更好的评估气冷式服装的热舒适性，设计了两个实验，分别评价了在一定温湿环境下人体静坐和运动时的热舒适性，记为静态实验和动态实验。实验场所在人工气候室。静态实验设置气候室环境温度为35℃，湿度为55%，动态实验设置气候室环境温度为30℃，湿度为50%。

2.2.2实验对象及状态

实验对象为3个身体健康且身体素质相近的20～25岁年轻男士。实验对象活动水平是以5km/h速度在跑步机上运动。

2.2.3风速的设计

两个实验的送风装置的风速都为1.5～5.5m/s，档差为1 ，另加有风速为0的对照实验组，总共为6档。如表1所示。

表1　服装送风装置的风速分档

2.2.4人体热舒适性的描述

实验采用主观评价方法 ，利用心理学标尺原理将人体的热舒适性程度赋予相应的数值，从而使得定性评价的问题得以定量描述。本研究将服装热舒适性分为5个等级，第一级为非常不舒适，第五级为非常舒适，其分级如表2所示。实验测量的局部部位有：颈、肩、胸、腰、背、腹、上臂，共7个部位。

表2　主观热舒适性的描述与分级

2.2.5静态实验

(1)实验对象在恒温恒湿的人体气候室内穿着实验服装静坐适应环境10min；

(2)适应环境后打开一档风速，保持静坐，每一min记录实验对象的热舒适性，持续10min；

(3)在打开送风装置第5min后记录实验对象的局部热舒适性；

(4)10min后关闭送风装置，保持静坐，每一min记录实验对象的热舒适性，持续5min；

(5)该档风速实验结束后，实验对象转到室温环境下休息10min后，再开始另一档风速的测试。

2.2.6动态实验

(1)实验对象在恒温恒湿的人体气候室内穿着实验服装站立适应环境10min；

(2)适应环境后打开一档风速，以5km/h速度在跑步机上运动，每一min记录实验对象的热舒适性，持续10min；

(3) 在打开送风装置第5min后记录实验对象的局部舒适性；

(4)10min后停止运动，实验对象保持站立状态，每一min记录实验对象的热舒适性，持续5min；

(5)该档风速实验结束后，实验对象转到室温环境下休息10min后，再开始另一档风速的测试。

3实验结果及分析

3.1静态实验

在温度35℃，湿度55%的人体气候室内，实验对象保持静坐姿势实验所记录的不同风速下的人体整体热舒适性。

(1)高温静止中，1.5～5.5m/s风速下人体整体热舒适性级数都是比起风速为0的人体整体热舒适性高，如图2所示；

图2　高温静止中人体的整体热舒适性

(2)高温静止中，人体整体热舒适性级数普遍随着风速的增加而提高，10min内风速为4.5m/s和5.5m/s时平均整体热舒适性级数相近，而平均整体热舒适性最高的为风速是4.5m/s时，如图3所示；

图3　高温静止下平均整体热舒适性

(3)高温静止中，人体局部平均热舒适性级数相差明显，其中热舒适性级数最高的为背部，如图4所示。

图4　高温静止中人体局部平均热舒适性

3.2动态实验；

在温度30℃，湿度50%的人体气候室内，实验对象在跑步机上以5km/h运动持续10min实验所记录的不同风速下的人体整体热舒适性。

(1)高温运动中，1.5～5.5m/s风速下人体整体热舒适性级数都是比起风速为0时的人体整体热舒适性级数高，如图5所示；

图5　高温运动下人体的整体热舒适性

(2)高温运动中，人体整体热舒适性级数不是随着风速的增加而提高，10min内跑步状态下平均整体热舒适性最高的是在风速为2.5m/s的时候，如图6所示；

图6　高温运动下整体平均热舒适性级数

(3)高温运动中，人体局部中腰部、背部、腹部的热舒适性级数相比其他部位较高，其中热舒适性级数最高的为腹部，如图7所示。

图7　高温运动中人体局部平均热舒适性

4结论

通过分析实验得到的人体整体与局部热舒适性的级数发现，气冷式服装的功能性效果十分显著，其结果进一步表明了下列结果。

(1) 静止状态下，当风速为4.5m/s时人体穿着气冷式服装可达最佳舒适状态；运动状态下，当风速为2.5m/s时人体穿着气冷式服装可达最佳舒适状态；

(2) 对于穿着气冷式服装的各部位，静止状态下背部的热舒适性最佳，运动状态下腹部的热舒适性最佳。

(3) 气冷式服装无论是在静止或是运动状态下对于人体整体的强化散热作用都是十分明显的，并且在运动状态中的效果更为突出。

参考文献：

[1]庞诚，陈景山．暖体假人在设计、评价航天服调湿功能中的作用[J]，中国 空间技术，1997(1)：18-22．

[2]刘丽英.人体微气候热湿传递数值模拟及着装人体热舒适感觉模型的建立[D]；上海：东华大学，2002．

[3]李红艳，张渭源．服装功能性研究进展[J]．纺织学报，2007(8)：117-119．

[4]刘丽英.功能性服装的研究现状和发展趋势[J]．中国个体防护装备，2001(4)：24-25．

[5]李立新.影响服装舒适性的因素[J]．国际纺织导报，2006(6)：72-74．

[6]Charline Huizenga, Hui Zhang, Edward Arens.Partial-and whole-body thermal sensation and comfort[J]. Journal of Thermal biology，2006;31(1):60-66．

[7]尹继亮，来侃，张一心，唐世君．服装穿着热湿舒适性的评价方法[J]．北京纺织学报，2000，21 (6)．55-58

[8]杨勇，范君．浅谈服装的热湿舒适性[J]．黑龙江纺织学报，2010．9 (3)：14-16．

[9]陈文，王琴华．影响服装舒适性的主要因素[J]．江苏丝绸，2006 (1)：42-43．

[10]沈艳琴，万明，本德萍．织物的热湿舒适性探讨[J]．广西纺织技术，2001.30 (3).47-49．

[11]杨明英，薛金增等．服装热湿舒适性的评价方法[J]，科技 报，2002，18(2):106-109．

[12]刘君妹，贾立霞，王联军．服装(织物)热湿舒适性主客观评判的探讨[J]．天津纺织科技，2005(3):43-46．

[13]唐世君，堪玉红．服装热湿舒适性评价模型研究[J]．中国个体防护装备．2002(2)．21-23.

专利名称：一种基于葡萄籽的抗紫外羊毛、蚕丝纺织品的生态制备方法

专利申请号：CN201210102635.3

公开号：CN102628227A

申请日：2012.03.29

公开日：2012.08.08

申请人：江南大学

完全、无毒、环保的防紫外线纺织品具有广阔的市场前景。本发明提供了一种采用葡萄籽提取液对毛织物、丝织物进行集于一体的染色、抗紫外整理的生态方法。本发明主要采用以下工艺步骤：天然葡萄籽→提取→过滤→离心分离→葡萄籽提取液→采用葡萄籽提取液对毛织物、丝织物进行直接染色或铝离子、铁离子预媒染色、抗紫外功能整理。葡萄籽提取液处理后的毛织物、蚕丝织物与处理前以及经合成染料染色后得到同样颜色的织物相比，具有很高的紫外防护系数和很低的UVA、UVB透过率，即具有很好的抗紫外功能。

专利名称：一种大豆纤维和真丝交织织物的染整工艺

专利申请号：CN201210094668.8

公开号：CN102628234A

申请日：2012.04.01

公开日：2012.08.08

申请人：宝利嘉(安徽)纺织有限公司

本发明公开了大豆纤维和真丝交织织物的染整工艺，包括有以下步骤：坯布缝头、预定型、前处理、染色、脱水、后整理工艺，染色工艺为先采用70%酒精液浸泡30～40min，再对大豆纤维采用低温型分散染料进行染色，染色温度为110℃以下，染浴的pH值为5～6，染色后的大豆纤维进行还原清洗，还原清洗后再进行染真丝；本发明所述的预定型保证了良好的外观平整性、手感和色泽；所述的前处理既起到退浆煮练的效果，又保证了大豆纤维的强力不受较大损失；所述的染色工艺保证了良好的染色效果和染色牢度，采用酒精进行杀菌，可以起到预防大豆纤维霉变等情况，熏衣草精油可以使得织物更为柔软、光滑。

专利名称：一种竹纤维和真丝交织织物的染整工艺

专利申请号：CN201210094725.2

公开号：CN102628235A

申请日：2012.04.01

公开日：2012.08.08

申请人：宝利嘉(安徽)纺织有限公司

本发明公开了竹纤维和真丝交织织物的染整工艺，包括有以下步骤：坯布缝头、预定型、前处理、染色、脱水、后整理工艺，染色工艺为先采用70%酒精液浸泡30～40min，再对竹纤维采用低温型分散染料进行染色，染色温度为120～130℃以下，染浴的pH值为5～6，染色后的竹纤维进行还原清洗，还原清洗后再进行染真丝；本发明所述的预定型保证了良好的外观平整性、手感和色泽；所述的前处理既起到退浆煮练的效果，又保证了竹纤维的强力不受较大损失；所述的染色工艺保证了良好的染色效果和染色牢度，采用酒精进行杀菌，可以起到预防竹纤维霉变等情况，丁香精油可以使得织物更为柔软、光滑。

收稿日期：2015-12-10