吳冰晶，李 璇

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200040）

0 引言

服裝作為人體與環(huán)境之間的媒介，對(duì)于調(diào)節(jié)兩者之間的熱傳遞，幫助人體保持舒適的熱平衡，起到至關(guān)重要的作用，尤其在環(huán)境溫度較低的冬季，人們需要借助于棉服、羽絨服等保溫服裝來維持人體的熱舒適。而隨著服裝產(chǎn)品市場(chǎng)的多樣化，如何科學(xué)、全面、系統(tǒng)地評(píng)價(jià)此類服裝的保溫性能，越來越受到市場(chǎng)和消費(fèi)者的重視。

簡(jiǎn)單來說，普通服裝的保溫效果一般是通過減少人體散熱量來實(shí)現(xiàn)的。傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射與蒸發(fā)是人體在無濕汗?fàn)顟B(tài)下散熱的主要途徑，約占總散熱量的97%[1]，而服裝對(duì)這4 種散熱途徑的影響主要體現(xiàn)在：服裝材料與空氣層的導(dǎo)熱能力主要影響傳導(dǎo)散熱，防風(fēng)性能及服裝封閉程度主要影響對(duì)流散熱，輻射率及表面溫度主要影響輻射散熱，透濕指數(shù)及潤(rùn)濕面積主要影響蒸發(fā)散熱[2]。由此可見，人體、環(huán)境、服裝三者之間存在著極為復(fù)雜的熱交換過程，現(xiàn)有的研究還難以對(duì)這一過程進(jìn)行全面的模擬和表征。本文針對(duì)服裝保溫性能的評(píng)價(jià)，總結(jié)分析了相關(guān)表征指標(biāo)和測(cè)試方法，且測(cè)試方法涵蓋織物和服裝整體兩個(gè)層面，對(duì)有待解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析和探討。

1 表征指標(biāo)

目前，常用于表征服裝保溫性能的主要指標(biāo)有保溫率、熱阻、導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)clo值（克羅值）、Tog值（托格值）等，詳見1。

表1 保溫性能表征指標(biāo)

保溫率與熱阻是目前我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中用于表征紡織品保溫性能的常用指標(biāo)[5]。相較而言，保溫率僅表示比率關(guān)系，雖簡(jiǎn)單易懂，但在對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)卻存在較大的局限性，而熱阻能夠反映織物自身所具有的性質(zhì)，是一種更為直接、有效的表征方式。另外，有學(xué)者通過測(cè)試同一織物在不同層數(shù)下的保溫率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)織物厚度達(dá)到一定程度后保溫率測(cè)試結(jié)果基本保持不變，即靈敏度減弱[6]。導(dǎo)熱系數(shù)與傳熱系數(shù)的表征含義非常接近，僅從含義本身來看，與傳熱系數(shù)相比，導(dǎo)熱系數(shù)更是消除了厚度對(duì)結(jié)果可比性的影響。clo值（克羅值）由美國(guó)學(xué)者Gagge 和Burton 于1941 年提出[7]，作為一項(xiàng)綜合了人體、服裝、環(huán)境三者考慮的保溫性指標(biāo)，其具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。但事實(shí)上，能夠準(zhǔn)確測(cè)得合乎定義的clo 值是十分困難的。目前，采用的暖體假人法實(shí)質(zhì)上已將這一物理—生理—心理指標(biāo)降為了物理—生理指標(biāo)。Tog值是英國(guó)常用于表征衣物、寢具保溫性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)[4]，其與克羅值、熱阻之間存在的關(guān)系為[3]：1 m2·K∕W=6.45 clo=10 Tog。

2 測(cè)試方法

服裝保溫性能的測(cè)試一般考慮從局部織物和服裝整體兩個(gè)層面入手。通過測(cè)試平面織物以表征服裝保溫性能，是目前相關(guān)檢測(cè)領(lǐng)域采取的主要方式。與測(cè)試服裝整體相比，此類方法相對(duì)簡(jiǎn)單，易操作，成本較低。然而，服裝的保溫效果并不僅僅取決于面料，服裝的開口、衣下空氣層、穿著層次等設(shè)計(jì)因素的影響同樣不容忽視[2]。因此，測(cè)試服裝整體的保溫性能更加能夠達(dá)到貼近實(shí)際穿著的效果，但此類方法成本相對(duì)較高，操作較為復(fù)雜，目前主要用于試驗(yàn)研究。

2.1 織物層面

2.1.1 恒溫法

恒溫法是指在確保熱量只能經(jīng)過織物傳遞的前提下，通過測(cè)試保持恒溫所需時(shí)間或消耗功率等參數(shù)，從而計(jì)算保溫指標(biāo)的一類方法。GB∕T 11048—1989《紡織品保溫性能試驗(yàn)方法》中提及的平板式織物保溫儀法，便采用了恒溫法的基本原理［目前，該標(biāo)準(zhǔn)已更新為GB∕T 11048—2018《紡織品 生理舒適性穩(wěn)定條件下熱阻和濕阻的測(cè)定（蒸發(fā)熱板法）》］。

2.1.2 冷卻法

冷卻法的一般原理是：將試樣置于加熱到一定溫度的熱體上，通過一定時(shí)間內(nèi)熱體溫度下降的值或下降到一定溫度所消耗的時(shí)間來衡量試樣的保溫性能。與測(cè)試周期較長(zhǎng)的保溫法相比，冷卻法的測(cè)試時(shí)間相對(duì)較短，但其由于無法定量測(cè)試熱阻、導(dǎo)熱系數(shù)等織物自身固有的熱傳遞指標(biāo)，因此，一般僅適用于簡(jiǎn)單定性比較織物保溫效果的情況。

2.1.3 雙板法

雙板法是通過測(cè)試時(shí)將試樣放置于2 塊溫度不同的金屬板之間，因試樣上下表面存在溫差而導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生傳熱，通過記錄平衡時(shí)的熱流量即可計(jì)算得到熱阻、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)值。對(duì)于受壓易變形的織物，如填絮料類織物，尤其要注意上層金屬板對(duì)試樣可能產(chǎn)生的壓力作用，避免因試樣形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的偏差。

2.1.4 其他方法

除了上述幾種較為成熟的方法外，還有諸多為提高保溫性能測(cè)試準(zhǔn)確性和效率而進(jìn)行的研究性嘗試。董陳磊[8]將瞬態(tài)平面熱源法（TPS）應(yīng)用于織物保溫性能的測(cè)試，研究采用TPS2500 型Hot Disk熱常數(shù)分析儀對(duì)芳綸1313∕1414水刺非織造布的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并探討了儀器的核心——探頭對(duì)織物測(cè)試的適用性，最終發(fā)現(xiàn)采用薄膜探頭的分析儀可適用于一定厚度織物的導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試。肖俐等[9]嘗試通過熱線法測(cè)試碳纖維織物、芳綸織物、玄武巖織物的導(dǎo)熱系數(shù)（此方法通常被認(rèn)為是測(cè)量流體熱導(dǎo)率最精確的方法之一，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于粉末、薄紙等材料的測(cè)量），但該研究并未有效證明其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。陳益松等[10]針對(duì)GB∕T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)定條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》測(cè)試過程中空板上方空氣層熱阻并不能完全替代測(cè)試面料上方空氣層熱阻的問題，提出了一種回歸測(cè)量法，即：通過測(cè)量逐層疊加面料的總熱阻，進(jìn)行線性回歸分析，直接得到單層面料的熱阻及其上方空氣層的熱阻，通過與傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，回歸法在一定程度上的確能提高熱阻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

2.2 服裝整體層面

2.2.1 暖體假人法

暖體假人法是目前用于測(cè)試服裝整體保溫性能的重要方法，其綜合考慮了服裝材料、服裝款式、層次搭配等多方面因素[11]，借助假人穿著服裝進(jìn)行測(cè)試，避免了真人試驗(yàn)中個(gè)體差異和心理因素的影響，試驗(yàn)重復(fù)性好，并能實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境條件下的產(chǎn)品測(cè)試。

暖體假人系統(tǒng)一般由至少包括“假人”本體系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，測(cè)試需在特定的人工氣候倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行。其中，“假人”模型多為固定規(guī)格的男體，其對(duì)一些款式固定、尺碼分類少的特殊職業(yè)用服裝適應(yīng)性較強(qiáng)，而對(duì)款式靈活多變、尺碼劃分較細(xì)的日常服裝，則較難模擬出接近實(shí)際的穿著效果。除此之外，暖體假人系統(tǒng)使用和維護(hù)的價(jià)格高昂，且占用空間較大。

針對(duì)暖體假人系統(tǒng)存在體型單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的情況，2014年?yáng)|華大學(xué)和山東萊州電子儀器有限公司聯(lián)合研制出LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀。與傳統(tǒng)的暖體假人相比，該儀器的不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在：采用無四肢的假人上身軀干；可通過調(diào)節(jié)假人前后身距離改變胸圍、腰圍、臀圍尺寸；通過調(diào)整測(cè)試板的位置，避開開領(lǐng)高低、下擺開衩等服裝結(jié)構(gòu)因素的影響[12]。

2.2.2 紅外熱像法

紅外熱像技術(shù)采用光電設(shè)備來測(cè)量紅外輻射，能夠?qū)⑷搜蹮o法看見的紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外熱像分布圖[13]，該圖可直觀表達(dá)出人體在穿著條件下的實(shí)際溫度分布情況。為驗(yàn)證紅外熱像測(cè)試結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)之間的一致性，鄭晶晶[14]選用8 款不同成分的機(jī)織圍巾，分別由受試者佩戴后拍攝紅外熱像圖，并由受試者對(duì)圍巾冷暖感進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)兩種測(cè)試結(jié)果之間存在較好的一致性。然而，目前該類方法發(fā)展尚未成熟，尤其測(cè)試結(jié)果與保溫性能之間尚未建立合理、科學(xué)的表征指標(biāo)。

3 存在問題及改進(jìn)建議

通過上述分析可知，雖然目前服裝保溫性能的評(píng)價(jià)方法眾多，但仍缺乏一種貼合實(shí)際、準(zhǔn)確度高、通用性強(qiáng)的評(píng)價(jià)方法。綜合來看，為了更好地推進(jìn)評(píng)價(jià)方法的完善，研究人員應(yīng)著重關(guān)注下述問題的解決：

（1）表征指標(biāo)難以統(tǒng)一，研究成果之間的可比性較差，且未能發(fā)揮對(duì)終端消費(fèi)者的指導(dǎo)意義。鑒于保溫性能的測(cè)試原理存在較大差異，因而衍生出了多種保溫性能的表征指標(biāo)。此外，測(cè)試時(shí)常采用溫度、紅外輻射等進(jìn)行間接表征，但這類因素并不具象且不穩(wěn)定，導(dǎo)致指標(biāo)本身就帶有一定程度的不確定性。雖然目前用于保溫性能的表征指標(biāo)較多，但消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的保溫性能還是缺少直接、量化的認(rèn)識(shí)，很難將測(cè)試指標(biāo)與實(shí)際保溫效果快速地聯(lián)系起來。

（2）測(cè)試方法普遍存在局限性和片面性。從織物層面來看，不考慮服裝結(jié)構(gòu)、穿搭層次等的影響，僅以織物測(cè)試結(jié)果來表征服裝整體的保溫效果并不合理。從服裝整體層面來看，以應(yīng)用最廣的暖體假人為例，一方面需要解決假人與服裝之間松量配合的問題（包括如何調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)多少），另一方面目前測(cè)試采用的內(nèi)搭服裝單一，并不符合人們實(shí)際的穿著習(xí)慣。紅外熱像法表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，但現(xiàn)有研究多數(shù)采用真人穿著試驗(yàn)，發(fā)展合適的試樣承載裝置是該方法廣泛應(yīng)用前需解決的重要問題。

（3）測(cè)試環(huán)境不統(tǒng)一，且未能很好地貼合實(shí)際。環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速均對(duì)服裝保溫效果有所影響，其中溫度和風(fēng)速的影響尤為顯著[15]。在當(dāng)前保溫性能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)試環(huán)境存在較大的差異[16]，不同學(xué)者在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究時(shí)也未采用統(tǒng)一的測(cè)試環(huán)境，因而所得的研究成果難以進(jìn)行有效比較，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》要求測(cè)試時(shí)在空氣溫度20 ℃、相對(duì)濕度65%、空氣流速1 m∕s的條件下進(jìn)行，明顯與實(shí)際使用環(huán)境存在差異，很大程度上降低了測(cè)試結(jié)果的實(shí)際參考意義。

針對(duì)上述提到的問題與不足，結(jié)合未來服裝保暖性能測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)，建議：

（1）規(guī)范表征指標(biāo)，一方面可對(duì)指標(biāo)按原理進(jìn)行分類，對(duì)同一類型中可相互轉(zhuǎn)化的指標(biāo)進(jìn)行精簡(jiǎn)，同時(shí)應(yīng)規(guī)范指標(biāo)名稱；另一方面，建立不同類型指標(biāo)之間的聯(lián)系，從而增加不同表征結(jié)果之間的可比較性。此外，從消費(fèi)者的角度來看，建立起表征指標(biāo)與實(shí)際使用環(huán)境之間的關(guān)系尤為重要。

（2）提高測(cè)試方法的精確度和可信度。需要把關(guān)注點(diǎn)放在如何使測(cè)試過程更貼近實(shí)際應(yīng)用上，重點(diǎn)包括：實(shí)現(xiàn)儀器與服裝之間松量的可調(diào)節(jié)性，通過調(diào)研將人們的實(shí)際穿搭考慮到試驗(yàn)中去等等，更重要的是，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行定量規(guī)范化。

（3）冬季保暖服裝的測(cè)試應(yīng)在低溫條件下進(jìn)行，并應(yīng)針對(duì)輕便羽絨服、棉服、防寒服等不同類型的御寒服裝設(shè)置不同的環(huán)境溫度。此外，戶外穿著的服裝應(yīng)著重考慮風(fēng)速，設(shè)置合理的風(fēng)速參數(shù)。一套科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境條件，對(duì)提高測(cè)試結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值具有極為重要的意義。

在當(dāng)今保暖服裝輕便化、多樣化的發(fā)展趨勢(shì)下，科學(xué)、有效地對(duì)保溫效果作出確切的評(píng)價(jià)，無論是對(duì)相關(guān)的學(xué)術(shù)研究，還是對(duì)市場(chǎng)消費(fèi)者而言，都具有十分重要的意義。從實(shí)際性和實(shí)用性出發(fā)，對(duì)現(xiàn)階段的服裝保溫性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行剖析，希望研究結(jié)果對(duì)相關(guān)評(píng)價(jià)體系的完善和規(guī)范提供參考借鑒。