基于暖體出汗假人的雙層保暖內(nèi)衣熱舒適性研究

段杏元 胡源盛

摘要：以男士雙層保暖內(nèi)衣為研究對象，使用暖體出汗假人同時測量了該內(nèi)衣的熱阻與濕阻，并使用三維人體掃描儀對其與暖體假人之間的空氣層體積進(jìn)行了測量，建立了空氣層體積與保暖內(nèi)衣熱阻和濕阻之間的多項(xiàng)回歸模型。結(jié)果顯示，在內(nèi)衣測量范圍內(nèi)，其熱阻隨著號型的增大先增加后減小，而濕阻則隨著號型的增大逐漸增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，其透濕指數(shù)隨著號型的增大逐漸減小，說明其熱舒適性隨著號型的增大而減弱。

關(guān)鍵詞：雙層保暖內(nèi)衣；熱阻；濕阻；透濕指數(shù)；空氣層體積

中圖分類號：TS941.17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

An Investigation to the Thermal Comfort of Double-layer Thermal Underwear Based on Thermal Manikin

Abstract： By taking mens thermal underwear as example， the thermal resistance and moisture resistance of the underwear were measured by using a thermal manikin， the volume of the air layer between the thermal underwear and the thermal manikin was also measured with a 3D body scanner， and a multivariate regression model between the volume of the air layer and the thermal resistance and moisture resistance of the thermal underwear was built. The result shows that within the measurements of the underwear， the thermal resistance first increases and then decreases when the size increases， and the moisture resistance increases along with the increase of sizes. From further study it is found out that the moisture permeability decreases along with the increase of sizes， indicating the larger the sizes， the poorer the thermal comfort.

Key words： double-layer thermal underwear； thermal resistance； moisture resistance； moisture permeability index； volume of air layer

服裝與人體之間的空氣層體積對服裝的熱阻和濕阻均有重要影響。McCullough E.A.等曾使用站立式假人分別對寬松長褲和緊身長褲的熱阻進(jìn)行過測量，通過比較發(fā)現(xiàn)寬松長褲的熱阻大于相同條件下的緊身長褲，并認(rèn)為服裝內(nèi)空氣層厚度是決定服裝熱阻的一個重要因素。Y. S. Chen等使用出汗暖體假人同時研究了夾克的放松量對熱阻和濕阻的影響，發(fā)現(xiàn)在較小的空氣層范圍內(nèi)，夾克的熱阻和濕阻均逐漸增大。在有關(guān)服裝松量對其熱舒適性影響的研究中，大部分都局限于對服裝熱阻的測量，對服裝濕阻的測量則比較有限。本研究以男士雙層保暖針織內(nèi)衣為研究對象，使用暖體出汗假人，對其熱阻和濕阻進(jìn)行了測量，并使用三維人體掃描儀對內(nèi)衣與假人表面的空氣層體積也進(jìn)行了測量，以此探明保暖內(nèi)衣與人體之間的空氣層厚度對其熱舒適性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 測量用服裝

本研究中，選用號型為M、L、XL、XXL的 4 件男士雙層保暖針織內(nèi)衣進(jìn)行測量。其中，M、L、XL及XXL號分別對應(yīng)于緊身型、合體型、較寬松型、寬松型。4 件內(nèi)衣均為圓領(lǐng)長袖，并隨著號型的增大在胸圍、腰圍、肩寬指標(biāo)上均勻增加，但衣長、袖長、領(lǐng)圍指標(biāo)上保持一致。內(nèi)衣各部位尺寸如表 1 所示。

表 2 所示為保暖內(nèi)衣織物的纖維組成及物理性能。其中，織物的厚度由FAST-1在低負(fù)荷（196 Pa）下測量完成，彎曲剛度利用FAST-2測量完成，織物自身的熱阻則由PREMETEST測量完成。

1.2 暖體假人

本研究使用站立式暖體出汗假人Walter對保暖內(nèi)衣的熱阻和濕阻進(jìn)行測量。測量時假人上半身穿著不同號型的保暖內(nèi)衣，下半身則穿著相同的緊身針織長褲。

1.3 三維人體掃描儀

三維人體掃描儀VITUS用于本次的人體測量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO20685：2005，測量前先對其進(jìn)行校正。人體測量在（25 ± 2）℃的溫度環(huán)境下進(jìn)行。

進(jìn)行人體掃描時，假人頭部固定，足部離地。掃描時先對裸態(tài)假人進(jìn)行測量，以獲得假人裸態(tài)時的體積，再對穿著不同號型內(nèi)衣的假人進(jìn)行測量，以獲得穿著內(nèi)衣的假人體積。為確保測量數(shù)據(jù)的可靠性，每種狀態(tài)的測量都從假人的 3 個不同角度進(jìn)行 3 次掃描。

1.4 熱阻、濕阻及透濕指數(shù)的確定

熱阻可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM 1291-10獲得，其計(jì)算公式如式（1）所示。

1.5 保暖內(nèi)衣與暖體假人間空氣體積的確定

空氣層體積即為著裝后假人體積與裸態(tài)時假人體積的差值，其計(jì)算公式如（4）所示。

1.6 熱阻和濕阻的測量

（1）在一個恒溫恒濕的人工氣候室進(jìn)行測量，環(huán)境溫、濕度分別為（25 ± 2）℃、65%±5%；（2）整個測量過程假人平均皮膚溫度維持在35 ℃；（3）所有內(nèi)衣在進(jìn)行測量前均在氣候室放置24 h；（4）所有內(nèi)衣各測量 3 次，且在下一次測量時先脫下然后穿上再進(jìn)行測量；（5）在測量熱阻與濕阻時至少經(jīng)過 8 h，待內(nèi)衣水分積聚速度穩(wěn)定后進(jìn)行取值。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱阻與濕阻測量結(jié)果

表 3 所示為不同號型的保暖內(nèi)衣在不同空氣層體積下的總體熱阻與濕阻的測量值。

從表 3 可以看出，在保暖內(nèi)衣所測號型范圍內(nèi)，其總體熱阻隨著號型的增大先增加后減小。當(dāng)號型增加到XL時，其熱阻最大，說明此時內(nèi)衣的保暖性能最好。這是因?yàn)殡S著內(nèi)衣號型的增加，內(nèi)衣與假人之間的空氣層體積也在增大，由于靜止的空氣熱阻較高，這使得內(nèi)衣的熱阻也逐漸增加。但隨著空氣層體積的進(jìn)一步增大，空氣對流產(chǎn)生的熱損失開始增加，因此熱阻又會逐漸減小。從表 3 可以看出，在所測號型范圍內(nèi)，保暖內(nèi)衣的濕阻隨著內(nèi)衣號型的增大則逐漸增加，且從M號增加到L號時，其增加較為明顯，但從L號到XXL號時，增加較為緩慢，增加率逐漸減小。這與保暖內(nèi)衣的纖維成分有關(guān)，其由100%純棉纖維制成，吸濕性好，吸收的水分也不易散失到空氣中去，因此濕阻也大。

2.2 發(fā)熱內(nèi)衣的透濕指數(shù)

由表 3 中保暖內(nèi)衣熱阻與濕阻的測量值及式（3）可計(jì)算其透濕指數(shù)。圖 1 顯示，保暖內(nèi)衣的透濕指數(shù)隨著內(nèi)衣號型的增加而逐漸減小，且在L號和XL號時其透濕指數(shù)幾乎保持一致。說明在保暖內(nèi)衣所測號型范圍內(nèi)，M號熱舒適性最好，此時所對應(yīng)的空氣層體積為3 283 cm3；XXL號最差，相應(yīng)的空氣層體積為11 068 cm3。說明空氣層體積是影響內(nèi)衣熱舒適性能的重要因素。

2.3 空氣層體積與保暖內(nèi)衣熱阻的關(guān)系（圖 2）

如圖 2 所示，為進(jìn)一步分析空氣層體積對保暖內(nèi)衣熱阻的影響，建立了內(nèi)衣與假人之間的空氣層體積與其熱阻之間的多項(xiàng)式回歸模型（R2 = 0.99， p < 0.05），其回歸模型如式（5）所示。

式（5）

其中y為內(nèi)衣的總體熱阻，x為內(nèi)衣與假人之間的空氣層體積。

從回歸模型可以看出，保暖內(nèi)衣的熱阻在一定的空氣層體積范圍內(nèi)逐漸增加，當(dāng)熱阻達(dá)到一定值后，會隨著空氣層體積的增大而逐漸減小。

2.4 空氣層體積與濕阻的關(guān)系

圖 3 所示為保暖內(nèi)衣的濕阻隨空氣層體積的變化規(guī)律。為進(jìn)一步分析空氣層體積對保暖內(nèi)衣濕阻的影響，建立了空氣層體積與濕阻之間的多項(xiàng)式回歸模型（R2 = 0.91，p < 0.05），其回歸模型如式（6）所示。

式（6）中，y為保暖內(nèi)衣的濕阻，x為內(nèi)衣與假人之間的空氣層體積。

從回歸模型可以看出，保暖內(nèi)衣的濕阻在一定的空氣層體積范圍內(nèi)逐漸增加，當(dāng)濕阻達(dá)到一定值后，也隨著空氣層體積的增大而逐漸減小。

3 結(jié)論

一方面，在所測范圍內(nèi)，保暖內(nèi)衣的熱阻隨著空氣層體積的增加先增加后減小，而其濕阻在所測范圍內(nèi)則逐漸增加。從所建立的回歸模型來看，熱阻與濕阻均隨著空氣層體積的增加而增大到各自的最大值，而后再逐漸減小。另一方面，保暖內(nèi)衣的透濕指數(shù)在所測內(nèi)衣號型范圍內(nèi)隨著內(nèi)衣號型的增加而逐漸減小，表明其熱舒適性能逐漸減弱。基于此，本課題還將對保暖內(nèi)衣的熱舒適性及美觀性進(jìn)行進(jìn)一步測量與評價，以確定保暖內(nèi)衣熱舒適性與美觀性兼顧的合適的放松量設(shè)計(jì)。

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