王麗麗，戴宏欽,2，王　靜

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院 江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)江蘇 蘇州 215021)

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氣冷式服裝的設(shè)計及熱舒適性評估

王麗麗1，戴宏欽1,2，王靜1

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院 江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)江蘇 蘇州 215021)

摘要：在高溫環(huán)境或高強度勞動下，人體的熱負(fù)荷很大。長時間的高熱負(fù)荷對人體的健康和工作效率都是不利的。如何降低人體熱負(fù)荷一直是服裝工效學(xué)中一個值得研究的課題。研究設(shè)計了一款氣冷式服裝，該服裝安裝有主動送風(fēng)裝置，通過加快氣流運動，強化人體散熱從而實現(xiàn)降溫。利用主觀評價方法對該服裝在高溫環(huán)境中人體的整體與局部熱舒適性進(jìn)行評價。實驗結(jié)果表明氣冷式服裝的散熱作用效果顯著，可在一定程度上提高人體在高溫環(huán)境中的熱舒適性。

關(guān)鍵詞：氣冷式；送風(fēng)裝置；熱舒適

隨著人們生活水平的提高，人們既要求服裝款式新穎、穿著美觀，同時又要求服裝穿著舒適，全面考慮服裝的功能性。進(jìn)入90年代后，我國在服裝功能性領(lǐng)域的研究取得了巨大的進(jìn)展，研究范疇擴(kuò)展到利用暖體(出汗)假人對服裝整體熱濕傳遞性能的研究、服裝主觀服用感覺與生理量關(guān)系的研究、衣下微氣侯動態(tài)狀況的研究等方面[1-3]。其研究的成果有抗靜電防護(hù)服、防水服、防紫外服、防寒保暖服、抗菌防臭服等[4]。其中，對于高溫環(huán)境中的功能性服裝研究相對較少，已有的研究主要是集中于服裝面料的吸濕性、透氣性、伸縮性等性能[5]。改變服裝本體的屬性，只能在很小的程度上加強服裝的性能，對服裝衣下微氣侯調(diào)節(jié)作用甚微。目前調(diào)節(jié)服裝熱性能的方式有氣冷式、液冷式、相變材料三種方式。液冷式服裝造價高，重量大，多用于針織服裝中。相變材料服裝是通過材料相變實現(xiàn)散熱，降溫的效率相對較低。氣冷式服裝重量輕，造價低，降溫效率高。本研究設(shè)計了一款氣冷式功能服裝，可以在一定程度上改變衣下微氣侯狀態(tài)，使人體達(dá)到舒適的效果。

1氣冷式服裝的設(shè)計

1.1服裝本體

本研究所設(shè)計的氣冷式服裝本體為短袖上衣，100%純棉面料的工作服。棉纖維具有較好的吸濕性，它接觸人的皮膚，使人感到柔軟而不僵硬。

1.2送風(fēng)裝置

送風(fēng)裝置可以加快對流和加速身體水分蒸發(fā)來實現(xiàn)降溫?？紤]到送風(fēng)裝置的體積和重量，本研究的送風(fēng)裝置采用微型風(fēng)扇。風(fēng)扇分為軸流和氣流兩種，軸流風(fēng)扇風(fēng)量大，能在更大范圍內(nèi)加快空氣的流動。因此，本研究采用軸流風(fēng)扇。

1.3送風(fēng)裝置與服裝的結(jié)合

人體各部位感覺冷熱刺激的神經(jīng)分布密度是不同的，因此人體局部的熱感知和局部的熱舒適性也就不同，同時對于整體的熱感與舒適性影響程度不同。在Chailine的關(guān)于局部和整體熱感、熱舒適性論文中，在高溫環(huán)境下，后背、胸、盆骨的局部降溫對整體的熱感有很顯著的影響[6]?？紤]人體的活動，該氣冷式服裝其送風(fēng)裝置與服裝結(jié)合的部位為后背左右兩側(cè)，如圖1所示。

圖1　氣冷式服裝

2熱舒適性的評估

2.1熱舒適性評估方法的選擇

服裝熱舒適性是指在一定氣候條件和人體活動水平下調(diào)節(jié)人體與環(huán)境間的熱量和水汽交換，從而維持使人體感覺舒適的衣內(nèi)微氣侯的性能[7]。服裝熱舒適性與人體肌膚對周圍環(huán)境溫度、濕度、氣流的敏感性變化有密切性關(guān)系[8-9]。對服裝熱舒適性的評估有客觀評價方法、生理學(xué)評判方法和主觀評判方法三種方法。主觀評判方法又稱心理學(xué)評價方法，其方法是預(yù)先設(shè)計好調(diào)查問卷表格，表格內(nèi)容可包括評價舒適性的濕悶和冷熱問題，由實驗對象在試驗過程中，根據(jù)自己不同的心理感覺回答問卷[10-13]。服裝的穿著舒適性最后還是依據(jù)人的主觀感覺為主，因此本文采用主觀評價方法來評價氣冷式服裝的熱舒適性。

2.2實驗

2.2.1實驗條件

為了更好的評估氣冷式服裝的熱舒適性，設(shè)計了兩個實驗，分別評價了在一定溫濕環(huán)境下人體靜坐和運動時的熱舒適性，記為靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗。實驗場所在人工氣候室。靜態(tài)實驗設(shè)置氣候室環(huán)境溫度為35℃，濕度為55%，動態(tài)實驗設(shè)置氣候室環(huán)境溫度為30℃，濕度為50%。

2.2.2實驗對象及狀態(tài)

實驗對象為3個身體健康且身體素質(zhì)相近的20～25歲年輕男士。實驗對象活動水平是以5km/h速度在跑步機(jī)上運動。

2.2.3風(fēng)速的設(shè)計

兩個實驗的送風(fēng)裝置的風(fēng)速都為1.5～5.5m/s，檔差為1 ，另加有風(fēng)速為0的對照實驗組，總共為6檔。如表1所示。

表1　服裝送風(fēng)裝置的風(fēng)速分檔

2.2.4人體熱舒適性的描述

實驗采用主觀評價方法 ，利用心理學(xué)標(biāo)尺原理將人體的熱舒適性程度賦予相應(yīng)的數(shù)值，從而使得定性評價的問題得以定量描述。本研究將服裝熱舒適性分為5個等級，第一級為非常不舒適，第五級為非常舒適，其分級如表2所示。實驗測量的局部部位有：頸、肩、胸、腰、背、腹、上臂，共7個部位。

表2　主觀熱舒適性的描述與分級

2.2.5靜態(tài)實驗

(1)實驗對象在恒溫恒濕的人體氣候室內(nèi)穿著實驗服裝靜坐適應(yīng)環(huán)境10min；

(2)適應(yīng)環(huán)境后打開一檔風(fēng)速，保持靜坐，每一min記錄實驗對象的熱舒適性，持續(xù)10min；

(3)在打開送風(fēng)裝置第5min后記錄實驗對象的局部熱舒適性；

(4)10min后關(guān)閉送風(fēng)裝置，保持靜坐，每一min記錄實驗對象的熱舒適性，持續(xù)5min；

(5)該檔風(fēng)速實驗結(jié)束后，實驗對象轉(zhuǎn)到室溫環(huán)境下休息10min后，再開始另一檔風(fēng)速的測試。

2.2.6動態(tài)實驗

(1)實驗對象在恒溫恒濕的人體氣候室內(nèi)穿著實驗服裝站立適應(yīng)環(huán)境10min；

(2)適應(yīng)環(huán)境后打開一檔風(fēng)速，以5km/h速度在跑步機(jī)上運動，每一min記錄實驗對象的熱舒適性，持續(xù)10min；

(3) 在打開送風(fēng)裝置第5min后記錄實驗對象的局部舒適性；

(4)10min后停止運動，實驗對象保持站立狀態(tài)，每一min記錄實驗對象的熱舒適性，持續(xù)5min；

(5)該檔風(fēng)速實驗結(jié)束后，實驗對象轉(zhuǎn)到室溫環(huán)境下休息10min后，再開始另一檔風(fēng)速的測試。

3實驗結(jié)果及分析

3.1靜態(tài)實驗

在溫度35℃，濕度55%的人體氣候室內(nèi)，實驗對象保持靜坐姿勢實驗所記錄的不同風(fēng)速下的人體整體熱舒適性。

(1)高溫靜止中，1.5～5.5m/s風(fēng)速下人體整體熱舒適性級數(shù)都是比起風(fēng)速為0的人體整體熱舒適性高，如圖2所示；

圖2　高溫靜止中人體的整體熱舒適性

(2)高溫靜止中，人體整體熱舒適性級數(shù)普遍隨著風(fēng)速的增加而提高，10min內(nèi)風(fēng)速為4.5m/s和5.5m/s時平均整體熱舒適性級數(shù)相近，而平均整體熱舒適性最高的為風(fēng)速是4.5m/s時，如圖3所示；

圖3　高溫靜止下平均整體熱舒適性

(3)高溫靜止中，人體局部平均熱舒適性級數(shù)相差明顯，其中熱舒適性級數(shù)最高的為背部，如圖4所示。

圖4　高溫靜止中人體局部平均熱舒適性

3.2動態(tài)實驗；

在溫度30℃，濕度50%的人體氣候室內(nèi)，實驗對象在跑步機(jī)上以5km/h運動持續(xù)10min實驗所記錄的不同風(fēng)速下的人體整體熱舒適性。

(1)高溫運動中，1.5～5.5m/s風(fēng)速下人體整體熱舒適性級數(shù)都是比起風(fēng)速為0時的人體整體熱舒適性級數(shù)高，如圖5所示；

圖5　高溫運動下人體的整體熱舒適性

(2)高溫運動中，人體整體熱舒適性級數(shù)不是隨著風(fēng)速的增加而提高，10min內(nèi)跑步狀態(tài)下平均整體熱舒適性最高的是在風(fēng)速為2.5m/s的時候，如圖6所示；

圖6　高溫運動下整體平均熱舒適性級數(shù)

(3)高溫運動中，人體局部中腰部、背部、腹部的熱舒適性級數(shù)相比其他部位較高，其中熱舒適性級數(shù)最高的為腹部，如圖7所示。

圖7　高溫運動中人體局部平均熱舒適性

4結(jié)論

通過分析實驗得到的人體整體與局部熱舒適性的級數(shù)發(fā)現(xiàn)，氣冷式服裝的功能性效果十分顯著，其結(jié)果進(jìn)一步表明了下列結(jié)果。

(1) 靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)風(fēng)速為4.5m/s時人體穿著氣冷式服裝可達(dá)最佳舒適狀態(tài)；運動狀態(tài)下，當(dāng)風(fēng)速為2.5m/s時人體穿著氣冷式服裝可達(dá)最佳舒適狀態(tài)；

(2) 對于穿著氣冷式服裝的各部位，靜止?fàn)顟B(tài)下背部的熱舒適性最佳，運動狀態(tài)下腹部的熱舒適性最佳。

(3) 氣冷式服裝無論是在靜止或是運動狀態(tài)下對于人體整體的強化散熱作用都是十分明顯的，并且在運動狀態(tài)中的效果更為突出。

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專利名稱：一種基于葡萄籽的抗紫外羊毛、蠶絲紡織品的生態(tài)制備方法

專利申請?zhí)枺篊N201210102635.3

公開號：CN102628227A

申請日：2012.03.29

公開日：2012.08.08

申請人：江南大學(xué)

完全、無毒、環(huán)保的防紫外線紡織品具有廣闊的市場前景。本發(fā)明提供了一種采用葡萄籽提取液對毛織物、絲織物進(jìn)行集于一體的染色、抗紫外整理的生態(tài)方法。本發(fā)明主要采用以下工藝步驟：天然葡萄籽→提取→過濾→離心分離→葡萄籽提取液→采用葡萄籽提取液對毛織物、絲織物進(jìn)行直接染色或鋁離子、鐵離子預(yù)媒染色、抗紫外功能整理。葡萄籽提取液處理后的毛織物、蠶絲織物與處理前以及經(jīng)合成染料染色后得到同樣顏色的織物相比，具有很高的紫外防護(hù)系數(shù)和很低的UVA、UVB透過率，即具有很好的抗紫外功能。

專利名稱：一種大豆纖維和真絲交織織物的染整工藝

專利申請?zhí)枺篊N201210094668.8

公開號：CN102628234A

申請日：2012.04.01

公開日：2012.08.08

申請人：寶利嘉(安徽)紡織有限公司

本發(fā)明公開了大豆纖維和真絲交織織物的染整工藝，包括有以下步驟：坯布縫頭、預(yù)定型、前處理、染色、脫水、后整理工藝，染色工藝為先采用70%酒精液浸泡30～40min，再對大豆纖維采用低溫型分散染料進(jìn)行染色，染色溫度為110℃以下，染浴的pH值為5～6，染色后的大豆纖維進(jìn)行還原清洗，還原清洗后再進(jìn)行染真絲；本發(fā)明所述的預(yù)定型保證了良好的外觀平整性、手感和色澤；所述的前處理既起到退漿煮練的效果，又保證了大豆纖維的強力不受較大損失；所述的染色工藝保證了良好的染色效果和染色牢度，采用酒精進(jìn)行殺菌，可以起到預(yù)防大豆纖維霉變等情況，熏衣草精油可以使得織物更為柔軟、光滑。

專利名稱：一種竹纖維和真絲交織織物的染整工藝

專利申請?zhí)枺篊N201210094725.2

公開號：CN102628235A

申請日：2012.04.01

公開日：2012.08.08

申請人：寶利嘉(安徽)紡織有限公司

本發(fā)明公開了竹纖維和真絲交織織物的染整工藝，包括有以下步驟：坯布縫頭、預(yù)定型、前處理、染色、脫水、后整理工藝，染色工藝為先采用70%酒精液浸泡30～40min，再對竹纖維采用低溫型分散染料進(jìn)行染色，染色溫度為120～130℃以下，染浴的pH值為5～6，染色后的竹纖維進(jìn)行還原清洗，還原清洗后再進(jìn)行染真絲；本發(fā)明所述的預(yù)定型保證了良好的外觀平整性、手感和色澤；所述的前處理既起到退漿煮練的效果，又保證了竹纖維的強力不受較大損失；所述的染色工藝保證了良好的染色效果和染色牢度，采用酒精進(jìn)行殺菌，可以起到預(yù)防竹纖維霉變等情況，丁香精油可以使得織物更為柔軟、光滑。

收稿日期：2015-12-10