（服装设计与工程专业论文）运动装通风设计对其热湿微环境的影响.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文口 论文作者签名：丑垒鱼至 日期： 丝 ! ；! z 2 导师签名：日期：至! ! ：! ：坐 运动装通风设计对其热湿微环境的影响中文摘要 运动装通风设计对其热湿微环境的影响 中文摘要 随着体育运动的发展，运动服装开始广受欢迎。除了注重功能的比赛运动服之外， 休闲运动服也开始流行并作为大众日常休闲生活中主要穿着的服装。人体在运动时， 产热量加大并会以出汗的形式散发热量，此时运动装微环境内为高热高湿的状态，如 果不能将多余的热量和水汽有效的散发至外界，人体就会感到极度的不舒适。因此运 动装要求具有良好的散热散湿性能。 本文首先回顾了服装热湿舒适性的研究现状，阐述了服装的热湿传递、通风设计 及其对热湿微环境的影响，并以散热散湿性能要求较高的运动装为例，研究了通风设 计对其热湿微环境的影响。实验选择三位健康的男青年为受试者，选用具有不同纤维 材料和不同通风设计的t 恤与夹克为试样，对t 恤面料进行了物理性能测试( 透湿 性、透气性、热阻、湿阻) ，并在恒温恒湿实验室内进行一定运动条件下的着装实验， 同时对服装内温度、湿度、皮肤温和主观热湿感觉进行了动态测量和调查。 分析实验结果发现面料的透湿性越好，服装散湿的效果越好；具有网眼孔洞结构 的面料透气性较大，能够影响服装内的通风对流，有利于服装散热散湿；在人体出汗 量大的部位( 比如前胸、后背) 进行开口或组合网眼面料设计，能够加强运动装内的 通风效应( 风箱效应等) ，有助于服装散热散湿并维持一个舒适的热湿微环境。本文 的研究成果是为运动装的面料选用和开口设计提供科学帮助。 关键词：热湿舒适性服装微环境运动装通风设计 作者：孔令好 指导教师：戴晓群 c l o t h i n ga n di t si n f l u e n c eo nt h em i c r oc l i m a t eo fc l o t h i n gw e r ei n t r o d u c e d t oi n v e s t i g a t e t h ee f f e c to fv e n t i l a t i o nd e s i g no ns p o r t s w e a rm i c r o e n v i r o n m e n t ，f o u rt - s h i r t sm a d eo f d i f f e r e n tf a b r i cm a t e r i a l sa n do n ej a c k e t 晰t hv e n td e s i g no nt h ec h e s t ，b a c ka n du n d e r a r m w e r ec h o s e nf o rs t u d y t h ea i rp e r m e a b i l i t y , w a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y , t h e r m a lr e s i s t a n c e a n dw a t e r - v a p o u rr e s i s t a n c eo ft h em a t e r i a l so ft - s h i r t sw e r em e a s u r e d w e a rt r i a l su n d e ra c e r t a i ne x e r c i s ec o n d i t i o nw e r ec o n d u c t e di na ne n v i r o n m e n to fc o n s t a n tt e m p e r a t u r ea n d h u m i d i t y , t h ev o l u n t e e r s s k i nt e m p e r a t u r ea n dt h et e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t yo f t h e m i c r o c l i m a t eu n d e rt h et - s h i r t sa n dj a c k e tw e r er e c o r d e d ，a n dt h e i rs u b j e c t i v et h e r m a l f e e l i n gw a sa l s or e p o r t e d b yl i n k i n gt h ef a b r i cm a t e r i a l sp r o p e r t i e s 谢t 1 1w e a rt r i a l s r e s u l t s ，i tw a sc l e a rt h a tt h e w a t e r v a p o rp e r m e a b i l i t y h a sd i r e c ti n f l u e n c eo nt h e h u m i d i t y o f c l o t h i n g m i c r o e n v i r o n m e n t ，a n dt h ev e n t i l a t i o nt h r o u g hf a b r i cw i l le n h a n c eh e a ta n dm o i s t u r e d i s s i p a t i o na n dt h u sr e d u c ei nt h et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yo fm i c r o e n v i r o n m e n t t h e v e n t sa tc h e s ta n db a c kc o u l dp r o m o t et h ee f f e c to f b e l l o w sv e n t i l a t i o n w h i c ha c c e l e r a t e s t h et r a n s m i s s i o no fh e a ta n dm o i s t u r ea n dh e l pt h ec l o t h i n gs u s t a i nac o m f o r t a b l e m i c r o e n v i r o n m e n t t h ea c h i e v e m e n ti nt h i ss t u d yw i l lp r o v i d eap h y s i o l o g i c a lb a s i sf o rt h e s p o r t s w e a rd e s i g ni nt e r m so f f a b r i cu s ea n dv e n td e s i g n k e yw o r d s ：t h e r m a lc o m f o r t ，c l o t h i n gm i c r o e n v i r o n m e n t ，s p o r t s w e a r , v e n t i l a t i o n d e s i g n w r i t t e n b y ：k o n gl i n g h a o s u p e r v i s e db y ：d a i x i a o q u n l i 目录 第一章绪论1 1 1 热湿舒适性及其影响因素1 1 1 1 热湿舒适性1 1 1 2 影响热湿舒适性的因素2 1 2 热湿舒适性的研究方法。3 1 3 研究目的与意义6 1 4 主要研究内容与框架6 第二章着装系统的热湿传递与通风设计8 2 1 着装系统8 2 1 1 人体、服装和环境8 2 1 2 人体热生理9 2 1 3 服装微气候舒适条件1 2 2 2 服装的热湿传递1 2 2 2 1 热传递。1 2 2 2 2 湿传递。1 3 2 3 通风设计15 2 3 1 通风的定义与设计形式1 5 2 3 2 运动装通风设计16 2 4 通风设计对热湿环境的影响18 第三章研究方案1 9 3 1 实验准备1 9 3 1 1 实验条件19 3 1 2 实验仪器19 3 1 3 实验材料2 0 3 1 4 受试者2 l 3 2 实验方案2 2 3 2 1 着装实验2 2 3 2 2 面料物理性能与热湿传递性能实验2 4 3 2 3 主观评价。2 5 面料测试结果与讨论2 6 面料的物理性能结果2 6 4 1 1 透气性2 6 4 1 2 透湿性2 6 4 1 3 透气性与透湿性的比较2 7 面料的热湿性能结果2 8 4 2 1 热阻2 8 4 2 2 湿阻：1 8 面料物理性能与热湿性能结果讨论2 9 4 3 1 透气性与热阻2 9 4 3 2 透湿性与湿阻3 0 着装实验结果与讨论3 2 微环境内温湿度变化3 2 5 1 1 穿着t 恤时微环境内温湿度变化3 2 5 1 2 穿着夹克时微环境内温湿度变化。3 3 平均皮肤温结果3 5 5 2 1 穿着体恤时的平均皮肤温结果。3 5 5 2 2 穿着夹克时t 恤时的平均皮肤温结果对比3 6 主观热湿感觉的评价3 6 5 3 1 穿着t 恤时的主观热湿感觉评价3 7 5 3 2 穿着夹克时和t 恤时的主观热湿感觉评价对比3 8 运动装通风设计对其微环境的影响3 9 穿着不同t 恤时体表温湿度变化3 9 6 1 1 四件t 恤的微环境内湿度变化对比3 9 6 1 2 四件t 恤的微环境内温度变化对比4 1 7 1 1 运动装内温湿度的变化5l 7 1 2 面料物理性能对运动t 恤微环境内温湿度的影响。5 l 7 1 3 运动装通风设计对微环境内温湿度的影响5 l 7 2 有待进一步开展的工作5 2 参考文献5 3 攻读学位期间公开发表的论文5 7 附录5 8 致谢5 9 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第一章绪论 第一章绪论弟一早 三百了匕 本章回顾国内外关于服装舒适性的相关研究现状，引出本文的运动装热湿微环境 研究方向，简述本课题的研究目的和意义，并列出主要研究内容。 1 1 热湿舒适性及其影响因素 1 1 1 热湿舒适性 舒适性是一个很难下定义的复杂而模糊的概念。目前被广泛接受的舒适性定义 为：人与环境间物理、心理及生理协调的一种愉悦状态。服装舒适性取决于人体一服 装一环境系统。在该系统中，物理过程、心理过程和生理过程交互发生作用，决定了 穿着者的舒适状态。物理过程是指外界环境对人体的影响和作用，包括自然环境和社 会环境；心理过程是指自身的生活方式、经验和习惯形成的主观感觉和偏好；生理过 程是指人体自身的生理机能活动和感觉，如人体热平衡及体温调节和服装与环境之间 的动态相互作用。物理过程是客观存在的，随环境变化而变化；心理过程最为复杂， 认知最少。现阶段，国内外的服装舒适性研究主要集中在生理舒适性领域。生理舒适 性主要包括神经生理舒适性和热湿生理舒适性，其中神经生理舒适性又包括热接触舒 适性、机械接触舒适性( 触觉、服装压等) 等方面；热湿生理舒适性包括温度舒适性 ( 隔热保暖、传热散热) 、透湿透气性等方面。 生理舒适性中的热湿生理舒适性是服装舒适性中最基本的内容，即服装的热湿舒 适性。服装热湿舒适性是指人体在不同的气候环境中穿着服装，人体与环境间不断进 行能量交换，在这种能量交换达到平衡时，人体感到舒适满意的服装性能。或者说服 装在能量交换中起调节作用。随着服装调节的进行，经过物理、生理、心理因素的相 互复杂作用，使人体处于感到舒适满意的热湿平衡中。 热湿舒适性领域的研究一直受到许多学者的重视，国外学者在2 0 世纪4 0 年代初就 开始从生理学和气候学的角度对服装穿着热湿舒适性进行研究。7 0 年代以后，关于服 绪论运动装通风设计对其热湿微环境的影响 舒适性的研究进一步活跃，研究者以仪器模拟实验方法、生理方法和人体穿着 法对服装热湿舒适性进行大量研究。 影响热湿舒适性的因素 量服装热湿舒适性的相关研究表明影响人体穿着服装热湿舒适与否的因素主 三个方面羽： 一是人的生理和心理因素，如人的存在状态( 包括生理状态和当前所处的心理状 态) 、人的身体情况、人的历史的或者现在的体力活动水平、个体的经验、生活习惯 等。比如人体在运动状态时，产热量加大并以出汗的方式释放热量；当人体处于精神 紧张的状态时，会精神性发汗，人体热湿舒适度都会改变。在这方面国内外学者进行 了很多的研究，如t a n a k a b l 等研究了在不同温度环境中人体体温的差异；李俊h 1 等通 过测量相同的冷刺激条件下的人体主要部位温度的动态变化来评价服装的热湿舒适 性。 二是环境条件，包括温度、湿度、气流、气压、光、辐射等自然环境，以及以人 文为特色的社会环境。在不同的环境下，人体对于热湿舒适的需求是不同的。这方面 的研究主要是调查人体舒适环境气候参数，为改善人们的生活环境舒适度提供参考。 如f a t o 晦3 等通过调查室内气候参数和问卷形式的心理舒适评价得出一种适用调查区域 的舒适气候算法。j i 6 等对上海地区没有空调的建筑室内气候的热湿舒适性进行调查， 以研究环境条件对人体热湿舒适的影响。 三是服装本身口1 ，与服装系统热湿传递性能相关的因素主要包括纤维特性、织物 结构和服装系统三个方面。纤维特性方面的因素主要指结晶度、纤维吸湿性能及后整 理等。其中纤维的后整理直接影响到织物的吸湿性能，在湿传递的同时引起热量的大 量散失。比如异形截面纤维的运用大大提高了面料的吸湿透湿性能。织物结构方面的 因素主要指织物密度、纱线捻度、织物结构、质量等。许多研究者随叫就这些因素具 体地研究了不同结构参数的面料的热湿传递性差异。服装系统方面的因素则是指服装 的层数、层间厚度以及服装的开口等。穿着的服装层数越多，开口越少，服装的保暖 性能就越好。而服装的开口方式和大小影响服装的通风性能，即对流传热。一般来说， 2 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第一章绪论 开口越大，服装越宽松，服装的对流传热就越好。目前关于服装系统的不同而引起的 舒适性差异的量化研究还不多见，且大多是综述性理论研究。 活动水平 生理状态 图1 1 影响人体热湿舒适性的因素 溢度 漫度 风建 辐射等 图1 1 表示影响人体热湿舒适性的诸多因素。在这些影响人体热湿舒适性的相关 因素中，服装面料的透气、透湿性以及服装的结构设计都直接影响到人体的热湿舒适 度。因此，面料的热湿传递性能以及服装结构设计是直接关系到服装微环境内热湿舒 适性的重要因素。 1 2 热湿舒适性的研究方法 目前，研究服装热湿舒适性的方法主要有微气候参数评价法、暖体假人法、生理 学评价法、心理学评价法和综合评价法。 1 微气候参数评价法 原田隆司等人提出了服装微气候概念，把研究的重点放在人体的生理调节功能 上。完整的微气候测量装置可以通过模拟外界环境的变化，模拟并检测皮肤与试样间 微气候情况及热湿传递情况。模拟外界环境的变化可以通过使用人工气候箱或人工气 候室来实现。有的学者通过测量织物与模拟皮肤间气候区温度、湿度的变化来反映织 物对人体舒适感的影响，并提出了一系列评价指标n n 2 1 ；有的学者则是通过模拟皮肤 热损失来反映人体的舒适感，如张怀珠口3 1 以非显性蒸发的生理条件作为分析基础，设 通风设计对其热湿微环境的影响 响。 2 暖体假人法 从2 0 世纪4 0 年代起，各国开始进行暖体假人的研制。暖体假人的身材大小和普通 成年人相似，由头、胸、背部等人体部位解剖段组成，其本体由铜、铝或玻璃钢制作 而成。它能在设定的环境下模拟人体、服装和环境之间的热交换过程，科学的评价服 装整体的热学性能，可接受任何试验条件并按需要进行连续试验和多次重复试验 1 5 , - 1 8 o 第一代研制的暖体假人为单段假人系统，不能反应人体体温分布，只能用于服装 热阻的一般测试。第二代研制的暖体假人可单独控制分段的体表温度和加热系统并模 拟人体不同姿势。但是这两代暖体假人只能在非蒸发散热范围内模拟人体的生理反 应。为了对服装的热湿传递性能做出综合评价，又开发出了出汗暖体假人，可以同时 测得服装的热阻和湿阻。 但是由于暖体假人没有感情，不能反映真实的心理因素，而且各种暖体假人的结 构和特点也影响到对真人的模拟程度( 如出汗量大小、出汗量的区域分布等) 。因此， 要全面地、综合地评价和预测服装整体的热湿传递性能对人体舒适性的影响，必须进 行实际穿着试验。 3 生理学评价法 服装生理学评价方法是服装工效学的主要手段之一。它是指通过人体在特定的活 动水平和环境下，穿着服装时测得不同的生理参数来评价服装舒适性的一种客观方 法。服装生理学评价指标有：体核温度( 一般使用直肠温度作为体核温度) 、平均皮 肤温度、代谢热量、热平衡差、热损失、出汗量、心率和血压等n 钔。中国航天医学工 程研究所以实验数据为基础，提出人体舒适状态下有关生理指标大致范围，其中代谢 产热量为8 1 10 4 w ，不显汗蒸发水分量；为4 5 - - 6 5 9 h ，直肠温度为3 7 c ，平均皮肤温度 4 变化较小、体核温度和心率无明显变化，该服装的舒适性较好。但是由于个体具有差 异，需要多名受试者来穿着同一件服装测试其热湿性能，实验周期较长，并且无法得 知受试者穿着该服装时的心理感受。因此需要对受试者进行心理学评价。 4 心理学评价法 心理学评价方法是指在受试者穿着服装时，调查其穿着服装时的热湿舒适的主观 感觉。其方法是预先设计好问卷或调查表格，让受试者通过穿着试验，根据自己个人 的主观感觉对穿着服装的热湿舒适感觉指标( 如闷热感、粘体感等) 进行评分。评分 标尺一般分为三点标尺、五点标尺和七点标尺。综合受试者的评分结果后，可得到服 装的热湿舒适感觉指标的主观感觉评分值，然后再用适当的数学统计方法进行处理， 即可评出各种服装的综合热湿舒适指标的优劣性啪吨。但是由于受试者在评价服装时 个体间存在一定的感觉差异，其对于服装舒适性的评价会有一定影响。因此，心理学 评价法是对客观评价方法的补充及检验。 5 热湿舒适性的综合评价 服装穿着热湿舒适性的综合评价主要是指对人体着装后的生理、心理参数和服装 微气候参数的综合考虑。其评价方法是对所测的基本指标进行主因子分析，并采用方 差最大的正交旋转法旋转，从而获得具有明显独特物理意义的因子，然后根据与每个 因子正相关和负相关的主要指标大小来判断服装的舒适性口1 。尽管综合评价方法能全 面评价服装的热湿舒适性能，但由于操作复杂、手续繁多、所耗人力、物力较大，因 此它的应用受到一定的限制。 服装热湿舒适性的几种研究方法各有优缺点，目前国内的研究主要倾向于服装面 料的热湿性能测试、模拟以及开发上，生理、心理学评价法的运用相对较少。为了更 好的研究服装整体的热湿传递性能，需要将客观的数据与人体主观感受结合起来，广 泛运用服装热湿舒适性的生理学、心理学评价方法。 通风设计对其热湿微环境的影响 上，比如高吸湿性纤维的开发和运用等，而近年来运动装不仅仅要求在面料上做出改 变以达到舒适的要求，还要求在服装结构上有所改变，比如开口设计。 现阶段市场上的国内运动品牌多沿袭和仿效国外运动品牌产品设计，自主研发的 运动装很少。当大众面对市场上种类繁多的运动装时，人们的选择和消费需要量化的 理论来进行引导；厂家的面料开发、服装设计以及市场的拓展更需要理论研究来指导。 本课题旨在调查运动装的通风设计( 面料选择、特殊开口设计) 对其微环境热湿传递 的影响，提升运动装设计开发性能和品牌创新点，增加产品科技附加值，为运动装的 通风设计的进一步研究提供科学依据并为其特殊化设计提供参考。 1 4 主要研究内容与框架 本文选取几件不同纤维材料与通风设计的运动t 恤与夹克为试样，一方面通过客 观实验进行面料热湿传递性能的调查，另一方面通过穿着实验和主观问卷调查运动t 恤与夹克的穿着热湿舒适性，初步探索了面料热湿性能之间的关系，进一步分析运动 装面料热湿性能与通风设计对其微环境气候的影响。研究框架如图1 2 所示。 6 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第一章绪论 厂k 弋 厚热湿透透 度阻阻湿气 、 性性 组 织 结 构 模拟运动状态，进行服装穿着实验 客观测量 厂l 不同部位的皮肤 温度、微环境内 温度、湿度 主观评价 厂l 弋 闷潮缠 热 湿 身 感感程 度 _ 、一 医磋藁戮摹通7 万谭囊豪慕潼磷豸霉甬爱逦委二二j 图1 2 研究框架 执 及验 能实 性能 剐幽土 物递料传面湿 热湿微环境的影响 相关研究和分 足发冷而产生 节机制是受限 制的，人必须根据气候的变化适当着装，保证在各式各样的气候条件下舒适生活。当 人体穿着服装后，皮肤与贴身服装之间形成了一个微小气候。服装内气候作为温冷感、 湿润感被人感知，受人体机能( 发汗、体温调节的等) 、面料热湿传递性能、服装开 1 3 大小以及其它因素的影响心3 。2 钔。人体、服装和外环境系统如图2 1 所示。 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第二章着装系统的热湿传递与通风设计 2 1 2 人体热生理 1 体温 外界的气温随时都在变化，但人体是一个复杂的系统，必须保持恒定的体温才能 生存。体温是机体内进行生物化学反应的温度，简单的说体温就是人体内部的温度。 在研究人体体温时，把人体分为核心与外壳两个层次，前者的温度称为人体深部温度 ( c o r et e m p e r a t u r e ) ，后者的温度称为表层温度( s h e l lt e m p e r a t u r e ) 口5 1 。深部温度是 相对稳定的，身体各部位之间的温度差异很小；表层温度则不稳定，各部位之间的差 异也较大。机体表层的最外层温度就是皮肤温度，容易受环境温度和衣着的影响，各 部位温度变化幅度差异很大。而不同的性别、年龄的人体温的差别也很大，特别是女 性的体温会随着生理周期的变化而变化。 皮肤温度的高低主要取决于传热的血流量及皮肤、服装、环境之间热交换的速度， 它可以反映出体内到体表之间的热流量和着装状态下皮肤表面的散热量和得热量之 间的动态平衡关系。由于人体各个部位存在着不同的肌肉结构、皮下脂肪厚度、血流 循环结构和皮肤比表面积，所以各个部位的皮肤温度相差很大。在生理卫生学研究上， 通常可采用平均皮肤温度( m e a ns k i nt e m p e r a t u r e ，m s t ) 来表示整体皮肤温度。平 均皮肤温度是在不同部位测得的皮肤温度乘以该部位占体表面积的百分比之后再相 加的结果。根据划分测试部位的数目，目前主要有1 4 点法、1 0 点法、8 点法、7 点 法、6 点法、4 点法和3 点法等。人体温度可以保持相对稳定，是由于体内不断产生 热量的同时又向外散发热量，且产热与散热保持平衡的缘故。 2 产热与散热 ( 1 ) 产热 人体产生的热量主要通过摄取食物获得。食物具有的化学能通过体内氧化而转换 为热、电、化学、机械能量的过程称为能量代谢( m e t a b o l i s m ) ，或称为产热过程。 能量代谢的大部分作用是用于维持体温恒定。人体代谢又分为基础代谢和活动时的代 谢两种状态。基础代谢是指在不冷不热的舒适条件下，空腹仰卧非睡眠状态下所测的 代谢量。此时的代谢量为仅仅维持心脏跳动、呼吸和保持体温所需的量，与工作和运 动无关。基础代谢按年龄、性别、体格有所不同：老年人量较小；1 m 2 体表面积，1 h 9 蒸发散热指通过蒸发水分而带走热量的散热方式。正常条件下，1 9 水蒸发可使 机体散失2 4 2 7 j 的热量，所以体表的水分蒸发是一种很有效的散热途径。蒸发又分 为无感蒸发( 不显汗) 和有感蒸发( 出汗) 两种。无感蒸发是指体液中水分直接渗出 皮肤和呼吸道黏膜表面，在未聚成明显水滴之前被蒸发的一种散热方式，它是任何时 候都在持续进行的，并不被人察觉，与汗腺活动无关乜5 j 。有感蒸发是汗腺分泌汗液的 过程，是可以察觉到的。当环境温度高于皮肤温度或人体在进行运动时，出汗是机体 有效的散热途径。出汗又分为温热性出汗和精神性( 味觉性) 出汗两种形式。在炎热 的环境中，由温热刺激引起的发汗称为温热性出汗。它是人体在高温环境中一种有效 的散热手段。当环境温度超过2 9 ，由于辐射、传导、对流散热急剧减少，由蒸发 带走的热量开始增加，当温度超过3 6 时，所有的散热量都由蒸发完成。当温度低 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第二章着装系统的热湿传递与通风设计 汗膝数 数c m 2 】 o1 0 0 z o o 3 0 04 0 0 图2 2 人体部分区域汗腺数量示意口刀 出汗量和出汗速度受劳动强度、环境温度、环境湿度、代谢率、风速、大气压力、 服装等因素的影响。劳动强度大，人体代谢增加，产热量多，全身出汗量就会显著增 加。在一定的条件下，环境温度越高，汗液蒸发速度也越快。空气的湿度越大，汗液 越不易蒸发，体热不易散失，因而大量的汗液会积聚在皮肤上，人体会感到很闷热。 风速大可使扩散速度加快，有利于皮肤上汗液的蒸发，蒸发散热增加，导致皮肤温的 下降，出汗量减少；反之，风速较小时出汗量增加。此外，服装也是影响汗液蒸发的 重要因素之一，其影响程度取决于服装的透湿和隔热性能。透气性和透湿性好的服装 对汗液蒸发的影响较小。服装被汗水浸湿后，水分子占据了衣料纱线间的空隙，降低 了面料的透气性能，因此汗液蒸发速度减缓。 3 体温调节 人体的体温调节是指人体产热和散热以及r 杉, l - 热交换的过程。体温调节不仅与人 体内部各个环节紧密相关，还与外界环境以及人体活动水平有关。人体体温的调节分 为自主性调节和行为性调节两种，二者相互配合维持体温的相对稳定。自主性调节又 称生理性调节，指在体温调节中枢控制下，通过发汗、寒战、增减皮肤血流量等生理 反应，维持体温的基本恒定。行为性调节指通过一定的行为来维持体温相对稳定，最 简单的行为性调节是姿态改变和场所迁移。服装是人类行为性温度调节的重要工具。 在不同的环境条件下，增减衣着、创建人工气候环境、增减运动均可达到体温调节的 目的。由于着装是人们调节体温的最主要的方式，因此服装面料的热湿传递性能以及 服装的结构直接关系到人体的舒适感。 境的影响 图2 3 舒适的微气候温湿度分布 部气候 候呈现 冷状态 感到最 就会感 当人体处于运动状态时，人体代谢量增大，此时人体会以出汗的方式来释放多余 的热量，因此服装微环境内是一个高温高湿的状态。为了维持舒适的服装微环境，服 装系统的散热散湿就显得尤为重要。 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第二章着装系统的热湿传递与通风设计 以传导、辐射和对流的方式向外释放热量。传导主要发生在服装及界于其间的空气层 中，传导的传热量取决于温差大小、服装面料的导热系数及空气层。不同服装面料的 导热系数相差不大，对热量传递的影响不显著。当人体表面与环境存在温差时，将会 发生辐射传热，即身体表面温度高于环境温度，热量由人体通过服装向环境散失；在 相反的情况下服装则吸收环境的热量。服装对辐射散热的影响不大。对流发生在皮肤 表面及服装外层表面。对流传热的媒介是空气，空气的流动方式和速度决定传热量的 大小，而体温与环境温度的高低对比决定热量的走向。对流有两种：自然对流和强迫 对流。自然对流是指人体或者服装表面空气温度冷热不均导致的空气流动；强制对流 是指外环境的风动或人体运动时引起的服装内外表面的空气流动。另一种为潜热，即 当人体皮肤表面汗液蒸发时，汽化潜热离开人体向外释放热量，即蒸发散热。对流散 热越大，潜热散失也越大，这是由于空气流动带动了汗液的蒸发。 影响服装热传递的因素有面料的热传导系数、结构以及服装造型等。通常面料热 传递取决于织物的所含空气量，这是由于各种纤维的热传导率相差无几，而空气的热 传导率比纤维的热传导率要小的多。构成面料的纱与纱之间的气孔越多，其含气量也 越大；交织点越少的织物组织，其含气量就越大。含气量越大的织物，保暖性越好。 因此对织物的热传递性能来说，织物的结构要比纤维材料更重要。但是织物的孔洞过 大，结构过于疏松却有利于对流散热，即空气的透过和流通，同时带走热量，此时保 温性能会下降。 服装的开口、结构设计也会影响服装整体的热传递。这是由于服装的开口会影响 其对流散热：开口越大，空气越易流通，即服装内的热量越易通过对流散热的方式散 发出去。同时服装的开口也会影响蒸发散热，开口越大，服装内部的湿气越易通过服 装开口随空气对流传递至外界带走热量。 2 2 2 湿传递 人体由于运动而产热量增加时，人体体温会上升，当体温上升到一定程度时，人 体就会出汗，同时服装内的温度和湿度增加。汗液通过服装传导到外环境时会带走大 量的热使体温下降。人体通过服装这一媒介与外界环境进行水汽的交换。而服装的湿 着装系统的热湿传递与通风设计 运动装通风设计对其热湿微环境的影响 一个复杂的过程。人体发汗分为无感发汗和有感发汗。皮肤表面无感出汗时， 汗腺孔附近甚至在汗腺孔内即蒸发成水汽，整个皮肤表面上看不到汗液，此时 装的湿传导的初始状态是水汽；皮肤表面有感出汗时，汗液分布在皮肤表面上， 过服装的湿传导的初始状态的是液态水。这两种出汗方式通过面料和服装的湿 道不完全相同。如图2 4 所示，人体皮肤出汗由面料和服装传导至外界空间的 方式主要有三种类型： 一类是无感出汗的水汽由于服装内外的水蒸汽压通过面料内纱线间、纤维间的 外扩散，或者直接通过服装的开口随着空气对流向外散发。 二类是液态水和面料直接接触并以液态水形式进入织物内，通过织物中纱线 间、纤维间的缝隙孔洞运输到织物外表面，再蒸发成水汽，扩散转移到外空间。 第三类是液态水在微气候区蒸发成水汽后，气态水在织物内表面纤维孔洞和纤维 表面凝结成液态水，经纤维内孔洞或纤维间空隙毛细运输到织物外表面，再重新蒸发 成水汽扩散到外空间删。此外还有来不及被服装面料吸收的多余汗液，残留在皮肤 表面或者坠落。 无感发汗 发汗， 皮肤 服装 图2 4 人体一服装一环境系统中水分传递示意图 影响服装散湿的因素主要有面料的透湿性能、吸水性能、结构以及服装的开口结 构设计。面料的透湿性能主要受其内孔隙量影响，特别是在空气流动的状态下，拥有 1 4 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第二章着装系统的热湿传递与通风设计 较多直通孔洞的面料的透湿性较大。这是由于空气的流动带动了水汽的传递。同理， 服装的开口也有利于水汽由服装内部随空气流动传递至外界口4 门副。 由服装热湿传递的方式可以看出，对流散热对于服装的热湿传递影响较大。尤其 是在运动的状态下，由于人体的运动加强了强迫对流，服装微环境内的空气流动会将 多余的热量和水汽交换至外界，因此有利于服装对流的结构设计尤为重要，比如面料 结构的改变、服装开口设计等。空气透过面料或服装开口向外传递热量和湿气的方式 属于服装的通风设计。为了维持良好的热湿微环境，特别是在运动状态下，服装的通 风设计有助于将服装内多余的热量和湿气散发至外界中。 2 3 通风设计 2 3 1 通风的定义与设计形式 气流 ( a ) 烟囱效应 气流 ( b ) 台灯效应 ( c ) 风箱效应 图2 5 不同的通风效应 流 2 3 2 运动装通风设计 徐 一 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第二章着装系统的热湿传递与通风设计 作为运动时贴身穿着的服装，t 恤应具有良好的散热透湿性能。传统的运动t 恤 在热湿性能的改良上主要是选择透湿透气性能好的面料，而近年来随着运动服市场需 要以及时尚化的发展，散热散湿性能的改善主要集中在t 恤面料组织结构的变化以及 特殊网眼面料的运用。例如整体运用提花、烂花面料以及网眼结构的变化形成立体、 多孔的面料，有利于空气的流动，从而带动热湿的传递。特殊网眼面料的运用指在人 体出汗量大的部位，如前胸、后背、腋下等将网眼面料组合进去，形成特殊的结构设 计。不同的运动t 恤的通风设计如图2 - 6 所示。 2 运动休闲夹克 图2 7 夹克的特殊通风设计 运动休闲夹克多为户外运动时所穿着，主要性能要求为防风甚至防水。因此目前 户外类运动装夹克多用高密度的面料，为了防水还采用涂层类面料，而这些面料的透 气性能相对较差。为了在防风防水的同时将服装微环境内多余的热量和湿气散发到外 界，需要进行通风设计。而通风设计形式主要是为了加强对流，因此这就需要在服装 结构上进行设计以达到既防风又散湿的目的。如图2 7 所示，为防风、减少对流散热， 夹克的领口、袖口和下摆多采用收紧式设计：为散湿，在前胸、后背、腋下高湿等部 位开小的透气口，或者采用拉链开口，可以随时开闭以调节散热散湿。此外还有单独 拉链设计、拉链与网状面料结合的设计。运动装拉链设计原理是为改变服装宽松量从 而达到增加服装通风量的效果，多见于服装侧面；拉链与网状面料的运用则是为了防 风防雨而特别设计的。通常服装开口越大、网状结构越大，服装的通风效果越好，但 是目前没有定量的研究来确定网状结构的最佳面积和位置。市面上看到的服装很多是 运动装通风设计对其热湿微环境的影响 进行设计的。 影响 当外界环境风速增加时，一服装的保温性急剧下降。即外界环境风速增大加速了微 环境内空气对流和热量交换。而当服装具有通风设计时，这种对流效果更加明显。服 装微环境内的热空气会沿着服装上升，当衣服上部有开口时，上升的热气流就会顺着 开口部位直接逸出，即服装的通风设计有利于服装内的热量传递至外界。而服装的开 口部位、大小也会影响服装散热：领口开口不大，但放热量很大；下摆尽管开口很大， 但放热量很小。服装的通风设计同时也会有利于服装内水汽的传递，这是由于通风设 计影响了织物组织结构和微环境内的空气对流，使水汽透过织物或直接随服装的开口 向外逸出。 目前，国外对运动服装热湿舒适性做的研究一般比较集中于研究开发新型高性能 服装面料，如c o o l m a x ，c l i m ac o o l 透气技术等汹哪3 。对服装通风性能的研究主要局 限在工作服、潜水服、防护服这类功能性服装1 。国外的b o u s k i l l 和h a v e n i t h 等人研究 了服装通风对热阻和湿阻影响，发现当人体运动速度和环境风速增加时，服装内通风 换气量增大，其热阻和湿阻则相应的减小蝴3 。h o 和f a n 等人研究了开口和网眼面料 的位置的不同对运动t 恤的热湿舒适性的影响，发现两侧具有开口设计的t 恤可以更 快的使服装内部的热量和湿气散发到外界环境中，使人体感到舒适h 。r u c k m a n 和 m u r r a y 等人则研究了不同面料和不同开口设计的夹克对散热散湿的影响，发现在安静 状态下，具有高透湿性能的面料制成的夹克比涂层类面料夹克能更快将人体产生的湿 气散发到外环境中去；在运动状态下，腋下和袖子内侧开口有助于维持一个良好的热 湿环境h 刳。对于运动装的开口通风设计对热湿舒适性的影响的系统性研究则相对较 少。 1 8 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第三章研究方案 第三章研究方案弟二早研艽力杀 本章根据服装热湿微环境的影响因素和热湿舒适性的评价方法，从面料热湿传递 性能、人体着装后的体表温湿度及心理学评价三个方面考虑进行实验设计。 3 1 实验准备 3 1 1 实验条件 为了模拟运动环境，着装实验在恒温恒湿室进行。恒温恒湿室内环境温度为 2 0 - a ：2 c ，相对湿度为4 0 _ - 1 ：1 0 ，风速 o 1 m s 。面料物理性能和热湿传递性能实验在 标准大气压环境室与恒温恒湿室内进行。 3 1 2 实验仪器 进行着装实验时，服装微环境温湿度和皮肤温的测量采用人体着装舒适性生理量 测量仪器系统a m 8 0 6 1 k ，温湿度传感器和皮肤温传感器如图3 1 所示。 ( a ) 测试系统( b ) 传感器 图3 1 温湿度测量仪器 1 9 研究方案运动装通风设计对其热湿微环境的影响 实验材料 ( a ) 运动体恤 ( b ) 运动夹克 图3 2 试验服装 为了研究不同通风设计对运动装热湿微环境的影响，选取四件具有相同规格、款 式、不同面料结构、开口设计的运动t 恤以及一件1 0 0 涤纶面料制成的在前胸、腋 下和后背具有开口设计的夹克为穿着实验服装，同时t 恤面料进行热湿传递性能实 运动装通风设计对其热湿微环境的影响第三章研究方案 验。具体实验服装如图3 2 所示。四件t 恤的面料均为针织物，其中一件为1 0 0 棉 纤维材料，其余三件为1 0 0 涤纶材料。体恤编号分别为死( 面料a 制成) 、死( 面料 b 制成) 、疋( 面料c 制成) 和t a ( 面料d ，西和出制成) 。t 恤面料具体参数如表3 1 所示。t 恤乃以面料d 为基础面料，面料西组合在前胸部位，面料必组合在后背部 位。 实验夹克在前胸、后背和腋下具有通风设计，在实验时分别将夹克的前胸、后背 和腋下的开口封闭或者全封闭，编号分别为j a ( 开口全封闭) 、i b ( 前胸开口开放其 它部位封闭) 、以( 后背开口开放其它部位封闭) 和以( 腋下开口开放其它部位封闭) 。 四件实验t 恤规格均为1 7 0 9 2 a ，实验夹克规格为1 7 5 9 6 a 。 表3 1 面料规格 a 1 0 0 棉 o 5 58 51 8 0 纬平针 b 1 0 0 涤纶 o 6 49 71 1 6 罗纹组织 c 1 0 0 涤纶 0 59 91 9 5提花组织 d 1 0 0 涤纶 o 4 17 4 1 1 7 纬平针 西1 0 0 涤纶 o 3 9 d 2 1 0 0 涤纶 0 5 5 7 4 6 1 1 1 7 9 7 5 行3 列六边 形孔洞 提花组织 3 1 4 受试者 由第二章所知，考虑到年龄、体重和性别等因素对体温变化带来的影响，选择受 试者为3 名青年男性，年龄为2 3 士2 岁，体重为6 0 - - 2 ：5k g ，身高为1 6 8 士5 e m ，编号分 别为研、& 和岛。受试者在实验前2 4 小时内无剧烈运动，1 7 小时内不食用辛辣或含 酒精、咖啡因的食品5 1 。其详细信息如表3 2 所示。 2 l 研究方案运动装通风设计对其热湿微环境的影响 表3 2 受试者信息 3 2 实验方案 3 2 1 着装实验 实验前所有的服装都被清洗干净并在恒温恒湿室平衡1 2 小时以上，同一受试者 在每天的同一个时间来进行实验。实验分为两个部分，第一个部分受试者上身穿着图 3 2 中的t 恤，下身穿着短裤；第二个部分受试者上身内部穿着普通1 0 0 涤纶t 恤 ( t 恤乃) ，外部穿着图3 2 中的实验夹克，下身穿着短裤。图3 3 表示受试者在进 行实验