服装隔热性能的研究

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1、服 装 隔 热 性 能 的 研 究夏 一 哉(中国纺织大学 )阎 琳(安徽机电学院 )【 提要 】 利用暖体假人设备对影响人体热舒适的因素之一 服装热阻值进行测试 ,得 出 单 体 服 装 热 阻值与组合服装热阻值之间的相互关系 ,并分析不同穿着方式和环境温度 、 风速对服装热阻值的影 响 ,为 人 体 热 舒 适及其相关因素的研究提供了参考依据 。关键词 :暖体假人 ;服装热阻值 ;测试 ;分析服装是影响人体热舒适的因素之一 。 在人体2服装 2环境三 者 之 间 复 杂 的 热 交 换 过 程 中 , 服 装 在 人 与 环 境 之 间 既 有 隔 热 作 用 , 又 有 导 热 作 用

2、。正 是由于服装 具 有 隔 热 性 能 ,所 以 可 以 调 节 人 体 的热损失和热舒适 。 服装隔热性能的大小以服装 热阻值表示 ,该值除受材料性质影响外 ,还受外界 环境条件 、 服装结构和穿着方式等多种因素影响 。 国内学者侧重于服装材料的热湿舒适性方面的研究 ,对服装结构 、 穿着方式以及服装热阻值影响研 究 较少 。 本文 在 测 试 服 装 热 阻 值 的 基 础 上 ,着 重 分析这些热阻值之间的内在规律 。暖 性能 。 暖体 假 人 测 试 系 统 主 要 由 结 构 、 加 热 和温控三个部分组成 。(1) 结构部分 :暖体假人的结构参数按 照 人 体 生理学和解剖学基础

3、数据设计 。 假人是一个中等 身高的女性人体模型 ,体型与体表面积均适中 ,模 型 表面 能 模 拟 人 体 不 同 的 曲 率 。 假 人 立 姿 分 成15 个解剖 段 : 头 ; 胸 ; 背 ; 腰 ; 腹 ; 双 手 ; 双 臂 ; 双 大 腿 ;双小腿和双足 。(2) 加热 部 分 : 采 用 电 阻 丝 在 假 人 15 段 处 分 段 加热 ,假人身 体 表 面 布 有 热 电 偶 以 模 拟 人 体 表 面的温度分布 。 为了避免假人在低温环境中散热太快 ,采取保温措施 。(3) 温控部分 :温度控制是通过计算机 多 路 巡 回 检测来实现 。 整个温控部分分为温度 检 测 、

4、 PID 数字控制 、 功率检测及显示打印四个部分 ,温度检 测 功能是检测 15 个 点 的 温 度 值 ,经 过 技 术 处 理 , 使 温度值转化为计算机便于处理的有效 信 号 ; PID 数 字控制是将 各 点 的 温 度 值 与 设 定 值 相 比 较 ,用 PID 调节技术 控 制 电 热 丝 的 加 热 量 , 使 各 点 温 度 保 持恒定值 ;功 率 检 测 是 检 测 各 个 点 的 输 入 电 功 率 ,从而得到穿衣暖体假人的热功率 。试 验采用一 只 底 面 积 为 4 . 5 m2 、 高 为 2 . 1 m的人工气候箱来模似各种组合环境条件 。 选择比 较 典 型

5、的 涤 / 棉 衬 衫 、 开 襟 羊 毛 衫 和 羽 绒 服 ( 充 绒350 g ,填充 50 %灰鸭绒 ) 上装为测试服装 。1 . 2 测试指标常用的服装热阻值指标有 :总热阻值 It , 有 效 热 阻值 Icle 以 及 基 本 热 阻 值 Icl , 热 阻 值 的 单 位 为clo (1 clo = 0 . 155 m2 / W) 。1 测 试 原 理 、 方 法 和 指 标测定服装热阻值的方式有恒温法和冷却法两类 。 冷却法定 性 地 比 较 服 装 材 料 的 隔 热 性 能 ,不 能确定其热阻值 ;恒温法不仅可以作定性测验 ,而且可以测定小件试样和整件服装的隔热值 。 恒

6、温 法又 分 为 铜 板 法 、 圆 筒 法 、 铜 人 法 和 人 体 试 验 ,人 体 试验尽管较 为 精 确 ,但 受 个 人 心 理 和 生 理 的 影 响 ,数据重复性较差 ;而铜人法是一种可靠和有效的测定服装 热 阻 值 的 方 法 。 铜 人 又 称 暖 体 假 人 , 它 可模拟真人 服 装 的 穿 用 过 程 ,比 较 准 确 地 测 量 出服装的热阻值 。1 . 1 测试原理和方法采 用暖体假 人 设 备 测 试 服 装 的 热 阻 值 ,通 过 测试假人保持体温恒定所需热量来评定服装的保阎 琳 :女 ,37 岁 ,讲 师 ,芜 湖 ,241000修 订 日 期 :1999

7、204229【 10 】 458 Cotto n Textile Technolo gy Vol . 27 8It 是指从人 体 皮 肤 表 面 到 环 境 的 总 热 阻 值 , 表 1 说明不同的服装 ,其热阻值不同 ,即 服 装材料 、 厚 度 、 重 量 、 弹 性 以 及 表 面 粗 糙 度 等 不 同 对 服 装热阻值 有 所 影 响 。 由 表 2 可 看 出 衬 衫 、 羊 毛 衫 、 羽绒 服 三 件 单 衣 的 基 本 热 阻 值 之 和 为 1 . 606 clo ,而这三件服装 套 穿 后 的 组 合 服 装 基 本 热 阻 值为 11100 clo ,套穿 后 的 服

8、 装 热 阻 值 仅 为 单 件 服 装 热阻值之和的 68 % 。组 合 服 装 热 阻 值 随 着 服 装 件 数 的 增 加 而 增 加 ,但组合服 装 热 阻 值 必 小 于 单 件 服 装 热 阻 值 之 和 ,究 其 原 因 可 知 : 各 单 件 服 装 都 有 压 缩 ,而 且 它们 之间静止空 气 层 也 被 压 缩 ; 衣 服 的 增 加 增 大 了 散 热表面积 ;身 体 覆 盖 部 分 不 可 能 有 均 匀 一 致 的 热阻值 。2 . 2 不同穿着方式对服装热阻值的影响表 3 、 表 4 为 衬 衫 外 穿 羊 毛 衫 、 衬 衫 内 穿 羊 毛 衫 对服装热阻 值

9、 的 影 响 ,同 样 是 衬 衫 与 羊 毛 衫 套穿 ,在环境风 速 为 0 . 18 m/ s 的 情 况 下 , 由 于 穿 着方式不同 ,组合服装的热阻值也不同 。表 3 衬衫外穿羊毛衫对服装热阻值的影响即 :It = ( Tmsk - Ta) / 0. 155 Hs式中 : Tmsk 为人体皮肤平均温度 ( ) ; Ta 为环 境空气温度 ( ) ; Hs 为人体 单 位 表 面 散 失 的 总 显 热散热量 (W/ m2) 。Icle是指从 人 体 皮 肤 表 面 到 服 装 外 表 面 的 热阻值 ,即 :Icle = It - Ia式 中 : Ia 为 服 装 外 表 面 空

10、 气 层 热 阻 值 ( clo ) ,可用裸露的暖体假人在相同环境条件下测得 。Icl 是指从人体皮肤表面到服装外表面的热 阻值 , 并考虑到服装面积系数的影响 , 其计算公式如下 :Icl = It - Ia/ f cl式中 : f cl 为服装面积系数 ( %) 。 服装总 热 阻 值 It 包 括 空 气 层 热 阻 值 Ia , 它 是随 人体运动和 环 境 风 速 变 化 很 大 的 参 数 , 这 对 研 究带来不便 , 因此 Icle和 Icl 都 扣 除 了 Ia 项 , 使 热 阻值概念更接近服装特性而不受环境条件的影响 。192 测 试 数 据 处 理 及 分 析2 .

11、1 单 件 服 装 热 阻 值 与 组 合 服 装 热 阻 值 之 间 的关系在假人身上穿单件服装和套穿组合服装测定 的热阻值列于表 1 ,根据表 1 数据整理得到表 2 。表 1 服装热阻值的测定 ( 环境温度 20 )表 4 衬衫内穿羊毛衫对服装热阻值的影响在 相同的温 度 下 ,衬 衫 在 外 的 基 本 热 阻 值 大于 衬衫在内的 基 本 热 阻 值 ,这 是 因 为 羊 毛 衫 较 衬 衫 紧 身 ,羊 毛 衫 穿 在 衬 衫 外 ,由 于 羊 毛 衫 的 压 缩 , 使 衬衫与人体 间 空 气 层 的 厚 度 减 少 ,同 时 衬 衫 受羊 毛衫的 挤 压 产 生 折 皱 也 使

12、 它 们 之 间 空 气 层 变 薄 ,热阻值下 降 。 另 处 羊 毛 衫 表 面 毛 绒 与 外 界 空 气接触时 ,每根毛绒可看作一根圆柱体 ,热量从圆 柱体表面向外散发 ,增加了实际散热表面积 ,导致 散 热 量 增 加 , 热 阻 值 减 小 , 而 当 羊 毛 衫 穿 在 里 层时 ,使羊毛衫与 衬 衫 之 间 能 保 持 一 定 的 静 止 空 气 层 。 此外羊毛 衫 表 面 的 毛 绒 不 易 贴 近 皮 肤 ,接 触 传 导热量减少 ,并 且 与 皮 肤 之 间 也 能 保 持 一 定 的 空气层 ,所以热阻值增加 。 因此 ,不同的穿着方式表 2 单件服装热阻值与组合服装

13、热阻值的关系当 前研究结 果 认 为 ,空 气 层 热 阻 与 周 围 空 气的 温度无关 ,空 气 层 热 阻 为 试 验 测 定 的 裸 体 假 人 的热阻值 。测 试 服 装组合服装 的 Icl/ clo单件服装 的 Icl 总和 / clo组合服装热阻 值占单件服装 热阻值总和 的比率 / %衬衫外穿羊毛衫 衬衫内穿羊毛衫 三服套穿0. 5470. 5931. 1000. 6560. 6561. 606839068测试服装 It / clo Ia / clo f cl / % Icl / clo衬衫 羊毛衫 羽绒服衬衫外穿羊毛衫 衬衫内穿羊毛衫 三服套穿0. 69500. 78551.

14、 32050. 99650. 99011. 47130. 44460. 44460. 44460. 44460. 44460. 44461. 121. 041. 201. 041. 121. 200. 2980. 3580. 9500. 5470. 5931. 100测 试 项 目 1 2 3 4 5环境干球温度 / 平均显热损失 / WIt / clo Ia / clo Icl / clof cl / %20470. 99010. 44460. 5931. 1222400. 98420. 44460. 5871. 1224321. 01270. 44460. 6031. 1226241. 0

15、0910. 44460. 6121. 1228181. 99460. 44460. 5971. 12测 试 项 目 1 2 3 4 5环境干球温度 / 平均显热损失 / WIt / clo Ia / clo Icl / clof cl / %20460. 99650. 44460. 5471. 0422410. 95340. 44460. 5261. 0424321. 0040. 44460. 5341. 0426250. 98670. 44460. 5391. 04280. 93770. 44460. 5101. 04棉 纺 织 技 术1999 年 8 月 459 【 11 】将产生不同的服

16、装热阻值 。2 . 3 服装热阻值与温度间的关系影 响服装热 阻 值 的 外 界 环 境 因 素 很 多 ,其 温 度 对热阻值的影响测 试 结 果 列 于 表 5 。 当 环 境 温 度变化时 ,服装热阻值确有变化 ,但变化很小 。 例如 羽绒服 ,当环境温度升高 8 时 ,热阻值增加了1158 % ,即 01015 clo ,这 相 当 于 只 增 加 了 一 件 小 汗 衫背心的热阻 。 为了更清晰地说明温度对热阻值 的影 响 ,在 不 同 温 度 下 对 6 种 不 同 穿 着 方 式 的 服 装热阻值进 行 测 定 , 将 测 试 结 果 绘 制 成 图 1 。 同样 发现环境温度变 化 8 时 ,不 同 穿 着 方 式 的 服 装 热阻值变化 很 小 ,这 说 明 环 境 温 度 的 变 化 对 服 装 热阻值不会 带 来 较 大 的 影 响 ,在 实 际 应 用 时 完 全可以