（纺织工程专业论文）远足运动服装热舒适性研究.pdf

远足运动服装热舒适性的研究 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 硕上学位论文 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 附件二： 学位论文作者签名：猡智极 魄俐年乡月尹日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密叫在芝年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 独椒 嗍砌辟唧日 指剥嗽：稚叉 嗍w 钊月7 日 、 l i t ，f j 以1 一 远足运动服装热舒适件的研究硕：二学位论文 摘要 一直以来，关于服装热舒适性的研究一直是国内外学者研究的热点，尤其在 防护性服装用品方面，和暖通工程领域，都有显著的研究成果。法国迪卡侬集团 是法国和欧洲最大的运动用品专业生产商和销售商，并拥有法国第二大的产品开 发和设计中心( 仅次于雷诺汽车) ，公司有按成品运动种类分为1 2 个运动激情品 牌和按材料功能种类分为5 个面料开发品牌。其中很多运动品牌部门以及保暖面 料品牌部门希望能通过进行服装体系热舒适性的研究，给其下相应的服装产品推 荐一个适宜的使用环境温度范围，旨在为消费者在针对所需运动选择和购买品牌 服装时提供引导辅助，同时为品牌和面料开发部门提供一个针对特定运动保证消 费者舒适需要的产品研发模型。 本文从简单的以起绒衫为基础的远足服装体系出发，建立了一种室内模拟试 验模型。通过进行人体着装运动试验，能够准确地获得人体配置一定服装，在适 宜环境下( o 摄氏度到2 0 摄氏度内) ，进行中度运动( 小型登山、远足，新陈代谢 率低于2 4 0 w m 2 ) l 对，达到舒适性的条件：我们证明了所使用的两种实验方案的 可行性和有效性，发展了一套适合课题的主观评估方法，在客观测量数据和主观 评估数据的分析过程中结合了主成分分析法和多元回归理论。 本课题的研究是对人体服装环境能量交换与平衡在运动领域的新尝试，将 人体工程学和纺织服装物理性能结合，弥补了服装工程和纺织工程领域对服装在 运动条件下人体适应性的认识和不足，为进一步建立通过人体的生理学物理参数 来预测人体感知的模型作了前期的研究。本文的研究结果对于迪卡侬研发中心的 开发和企业战略的发展有着重要的启示作用，满足企业需要，并为服装工程和纺 织工程在体育领域的适用推上了一个新阶段。 关键词：热舒适性，服装体系，方法模型，感官评估 ， 此课题为法国迪卡侬公司研发保密级项目。 2 远足运动服装熟舒适性的研究 硕士学位论文 a b s t r a c t d e t e r m i n a t i o no ft h et h e r m a lc o m f o r tf o rag a r m e n t s y s t e m t h e r m a lt o m f o r ti s h a v i n gb e e na l li n t e m a t i o n a l h o tr e s e a r c ht o p i cs i n c es e v e r a l d e c a d e s ，e s p e c i a l l yi nt h ef i e l d so fp e r s o n a lp r o t e c t i o na n db u i l d i n ge n v i r o n m e n t t h e r ea r em a n yr e m a r k a b l er e s e a r c h s d e c a t h l o nh a s12 p a s s i o nb r a n d sa c c o r d i n g t ot h es p o r t st y p ea n d5m a t e r i a lb r a n d sa c c o r d i n gt ot h em a t e r i a lf u n c t i o n an u m b e r o ft h e s ep a s s i o nb r a n d sa n dt h ei s o l a t i o nc o m p o n e n tb r a n dw o u l dl i k et op r o p o s et o t 1 1 e i rg a r m e n t sat h e r m a l c o m f o r tt e m p e r a t u r ef o rt h er e a lu s a g e t h ea i m sa r e t o g u i d et h ec u s t o m e r si nc h o o s i n gt h e i ro w ng a r m e n tf o rt h eu s u a lp r a c t i c e ；t oh a v ea r e f e r e n c ew h i c hp e r m i tt h eb r a n d st od e v e l o pt h e i rp r o d u c ta d a p t i n gt ot h eu s a g e s t a r t i n gw i t has i m u l a t i o no ft h er e a lu s a g ef o rl i u l eh i k i n gi nt h ec l i m a t i cc h a m b e r , t h ep r e s e n tw o r kh a sr e a l i z e dam e t h o d o l o g yf o rd e t e r m i n ee x p e r i m e n t a l l yt h er a n g e o ft h e r m a lc o m f o r tf o rt h ev e s t i m e n t a r ys y s t e mo nt h eb a s eo fp o l a r , f o rt h ea c t i v i t yi n am o d e s te n v i r o n m e n t ( 0 0 c 2 0 0 c ) a n dw i t ham o d e s te f f o r t ( s h o r th i k i n g ；m e t a b o l i s m l e s st h a n2 4 0w m 2 ) ：w eh a v ep r o v e dt h ef u n c t i o no ft w ot y p e so ft e s t 。am e t h o di s d e v e l o p e df o rc o l l e c t i o nt h es e n s a t i o na n dt h em a t h e m a t i cm e t h o d sa r e ( p r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i s ，m u l t i p l er e g r e s s i o n ) a p p l i e dd u r i n gt h et r e a t m e n to fp h y s i c a l a n ds e n s o r yd a t a t h i sw o r ki sav a l u a b l ee f f o r tf o r a p p l i c a t i n g h e a tb a l a n c eb e t w e e n h u m a n - a p p a r e l - e n v i r o n m e n ti nt i l es p o r t sf i e l d ，w h i c ha tt h es a m et i m ec o m b i n et h e e r g o n o m i ca n dt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e bo fc l o t h i n g i tm a k e su pt h el a c ko fk n o w l e d g e o fh u m a na d a p t a t i o nt ot h es p o r t s c l o t h i n gd u r i n ga c t i v i t y i nf a s h i o na n dt e x t i l e e n g i n e e r i n g i ti sa ni m p o r t a n tf i r s ts t e pw o r kf o rp r e d i c t i n gt h eh u m a nt h e r m a l c o m f o r ts e n s o r yf r o mt h ep h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r s t h i st h e s i sa n dt h ep r o j e c th e l p r e s e a r c hw o r k sa n ds t r a t e g yi nd e c a t h l o n ，a n da l s oo p e nan e wp e r i o do ft h e t h e o r e t i c a ls t u d yi nl i n k i n gt h ef a s h i o na n dt e x t i l ee n g i n e e r i n gw i t ht h es p o r t su s e z h a n gw e i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y ：y uc h o n g w e n ( p r o f e s s o r ) ；r e d o r t i e r b e r n a r d ( r e s e a r c h e r ) k e yw o r d s ：t h e r m a lc o m f o r t ，t e m p e r a t u r er a t i n g ，s e n s o r ya n a l y s i s ，m o d e l t h i s p r o j e c ti sc l a s s i f i e di nc o n f i d e n t i a lr e s e a r c hi nd e c a t h l o n ( c a m p u s ) i n f r a n c e 3 远足运动服装热舒适性的研究硕l 二学位论文 目录 1 绪论2 1 1 服装穿着热湿舒适性评价方法的发展2 1 2 本课题的研究背景1 2 1 3 本课题的研究任务1 4 2 服装热舒适性评价的基础理论1 5 2 1 基于生理学的预测模型l5 2 2 基于感官评估的预测模型1 8 3 人体着装热舒适性实验2 2 3 1 实验宏观安排2 2 3 2 实验材料和准备2 3 4 感官评估方法和表达结果的统一化处理2 9 4 1 感官评估方法2 9 4 2 主观评价等级表2 9 4 3 统一化处理评估结果和重新赋值3 0 4 4 冷热感觉与舒适不舒适度的关系模拟p p d 关系曲线3 l 5 热舒适条件范围的实验分析3 3 5 1 实验方案1 的一次实验分析结果3 3 5 2 实验方案2 的一次实验分析结果3 7 5 3 舒适性试验条件范围分析的综合结论4 1 6 热舒适性范围的试验结果与整体预测模型的比较4 2 6 1 人体热平衡的计算方法和此课题中的假设前提4 2 6 2 整体性预测模型与试验结果比较的综合结论4 4 7 整体冷热感觉与人体参数的模型建立。4 5 7 1 统计方法的选择4 5 7 2 参数的分析4 5 7 3 人体整体冷热感觉预测模型小结5 3 8 人体整体局部温度变化试验测量值与动态预测模型比较5 4 0 远足运动服装体系热舒适性研究 硕1 ：学位论文 9 结论5 8 9 1 实现一种有效的试验研究方法5 8 9 2 两种现存理论的试验验证5 8 9 3 人体感官预测模型的建立5 9 参考文献。6 0 附录6 2 j 2 疋谢10 8 远足运动服装体系热舒适性研究 硕士学位论文 1 绪论 1 1 服装穿着热湿舒适性评价方法的发展 服装的热湿舒适性是环境、服装、人体之间生物热力学的综合平衡，能满足 人体生理状态的要求，同时，服装舒适性作为一种主观感觉，穿着舒适与否对人 们日常生活、工作影响很大。因此，服装的舒适性研究一直是现在纺织服装科技 领域的前沿课题。国内外学者在该领域已经取得了大量的研究成果，确定了多种 衡量服装热湿舒适性评价方法，主要研究内容主要集中在3 个方面：织物单纯 传热传湿和服装透气透湿的研究；着装人体生理学研究；着装人体心理学研 究。 a 对纺织材料的物理指标评价： 评价服装的热舒适性单项指标主要是保暖率、热传导率、热阻值。 对于单纯的热舒适性评价：主要表现为热阻值，即传递热量的能力 ( 1 1 1 2 k w 或c l o ) ； 对于综合的热湿性舒适性评价：人体相对静止时，织物静态指标评价为 热阻( m 2 、湿n ( m 2 、透湿指数和蒸发散热效能指数、吸收率、干 燥速率、液态扩散速率，有时可能还涉及到纤维的回潮率( ) 。 b 用微气候仪利测量单层和多层织物： 原田隆司等人指出了服装小气候概念n 一1 ，认为在环境一衣服一人体系统 中，把视点放在各种环境条件下实际生活中衣服的状态上，与此对应进行体 温、耗氧量、出汗量等生理学方面的研究，研究的重点使人体得调节功能。 在此基础上，通过测量织物与平板模拟皮肤间气候区的温度、湿度的变化过 程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，原f f j 等人提 出了高达3 3 项指标口1 。李栋高等人以皮肤温度、生理饱和压差、无感发汗量 及热阻值为测定服装内小气候状态参数，已形成热湿舒适性的描述和表征方 法，描述在非显汗状态下服装的热湿舒适性h 1 。 但是这种方法不能评价整套服装的隔热值，因为服装的款式设计和人体 2 远足运动服装体系热舒适件研究硕士学位论文 的穿着合适度、身体姿势和运动等影响服装的隔热特性。同时，难以根据某 层织物的隔热值正确计算多层织物组成的服装的隔热值。因此测量结果只是 初步评价。 c 在暖体假人上评价服装体系传热传湿性能。 暖体假人最早在美国发明，随后2 0 世纪4 0 年代起，加拿大、英国、前苏 联、日本都进行过暖体假人的研制。我国总后军需服装备研究所、东华大学 也成功研制出了暖体假人眵1 。假人本体形态、区段划分、关节活动、代谢产 热、体表温度分布、皮肤辐射系数等均符合人体解剖生理特点，可以控制对 其加热温度，测量人体身体散热量。可以从此获得服装体系的热性能值，如： 多层织物隔热性、空气层特性、内部热对流、服装开口处的通风性等等。 测得的数据用于程序计算机模型，可以用来预测人体穿着的耐受极限。 这种方法可以获得服装配套的整体热湿传递性能，可以比较服装整套间舒适 性的相对差异。但由于现在还没有一套完整的评价人体着装舒适性的模型， 所以这种方法还暂时不能确定服装穿着舒适性的程度。同时由于目前假人系 统还有待完善，所以要获得真实结果还需要真人穿着试验。 d 对着装受试者在人工气候仓内进行实际穿着实验。 即服装生理学评价方法，通过人体在特定的活动水平和环境下，以穿着 不同种类服装对生理参数的变化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、平均皮肤温度、代谢热量、热平衡差、热损失、 出汗量、心率、血压等，尽管人体得生理指标因人而异，但其变化是有规律 的1 。通过这些参数可以建立、验证或修改数学模型预测系统，同时在生理 测定基础上，对受试者对服装舒适感进行回答，即心理学评价。 e 现场穿着心理学实验。 这种主观感觉评分法，是对客观评价方法的补充，其方法是预先设计好 问卷调查表格，让受试者穿着规定服装，作规定的工作，所引起的心理变化 对服装的舒适感觉指标( 如闷热感、粘体感等) 进行舒适感觉评分，但指标的 确定和标尺的划分是心理学评价方法的一个重要环节，目前还没有一个很完 善或公认的方法。 远足运动服装体系热舒适件研究硕i ：学位论文 1 1 1 织物热湿传递性能和服装透气透湿研究 1 9 世纪末，r u b n e r 提出了克累戈( k r i e g e r ) 圆筒作为人体局部简化模型来 研究织物的含水量与环境相对湿度对其保暖性能的影响，随后在1 9 1 2 年美国科 学家已经开始使用热欧姆( t - q ) 作为隔热指标来评价服装的保暖性能。到了 1 9 4 0 年，气候学和生理学家赛泊尔( p s i p l e ) 等人到寒区考察，发表了关于“选评 寒冷气候服装的原则”的一篇论文。在这篇论文中，总结了当时从生物学和气候 学方面所得到的许多新知识，弄清了服装防寒隔热的原理，对服装的选材和设计 起了重要的指导作用口。1 9 4 1 年g a g g e 、b u r t o r 和b a z e t t 提出了综合人体生理 参数、心理感觉和环境条件三者的服装隔热保暖指标克罗( c l o ) ；1 9 4 6 年p e i r c e 和r e s s 提出了用以衡量织物或者织物层隔热性能的热阻单位t o g ；1 9 4 9 年至1 9 5 7 年期间的研究主要集中在防寒服装，定量评价指标也只有克罗值。六十年代，化 纤工业的发展使得合成纤维的应用越来越广泛；合成纤维的研制和发展给纺织服 装业带来了极大的发展。然后常规合成纤维制品的吸湿性差。这使得服装的湿闷 感成为被关注的现象。因此人们对织物的传湿性和热湿舒适性的研究也越来越 多。1 9 6 2 年，a h w o o d c o c k 提出了服装的透湿指数i m ：作为热环境条件下服装 舒适性的评价指标，这项指标的提出具有重要的意义，但其忽略了辐射热的影响。 实际上，由于辐射热的存在，透湿指数并不是无因次指数。1 9 6 5 年美国著名服 装生理学家r e g o l d m a n 将服装的热阻与热湿指数结合起来，提出了服装的蒸发 散热效能指数( i m ) 哺1 。 国内织物热湿舒适性的研究始于二十世纪六十年代，六十年代中期中国人民 解放军后勤部军需装备研究所开始设计研究暖体假人用于综合测试服装热阻。八 十年代以来，服装、织物的热湿舒适性得到了广泛的研究。1 9 8 2 年由陈秋水等 探讨了织物透湿性能及其测试方法；提出用透湿这一反映织物透湿性能的综合指 标来对服装热湿舒适性进行评价。王青华等研究了微气候区空气层厚度与热阻的 关系和起绒织物的保暖性问题，而且提出了接触热阻形成的一种观点。同时纺织 工程和服装工程的专家也在测试方法和测量仪器上有很多显著研究。单纯织物传 热传湿的测试方法有许多，施楣梧所作的全面总结阳一们，简单罗列如下： 单纯热传递测试方法 冷却法：实验仪器有圆筒保温仪和卡他温度计。测量温度下降t 、试样冷 4 远足运动服裟体系热舒适性研究硕上学位论文 却时间t ( t o ) 。 恒温法：实验仪器有恒温圆筒保温仪、恒温热板。测量时间t 内试样的散热 量q ( q 。) 。 平板仪法：实验仪器为平板型保温仪，测量热流量q 、试样两侧温差t 、 面积a 、厚度l 。 热脉冲法：实验仪器有j f y - b 1 ( 天津纺织工学院研制) ，测量加热后试样的 温度变化情况。 单纯湿传递测试方法 透湿杯法：实验方法有蒸发法( 包括倒杯法) 和吸收法。测量时间t 内透过 试样的水汽量g - 、试样面积a ；实验仪器为蒸发皿。 密度梯度法：实验方法有r 管法和平板法。测量试样两侧水气压差ap 或浓 度差c 、湿流密度j 、试样面积a 、织物厚度l 。 热湿综合传递测试方法 织物微气候仪法：测量试样两侧温度差和湿度差以及温湿度分布、显热流量q 、 潜热流量q 、总热流量q 。 出汗暖体假人法：测量试样两侧温度差和湿度差以及温湿度分布、显热流量q 、 潜热流量q 。总热流量q 。 1 1 2 生理学方法 五十年代，服装卫生学方面的研究进一步展开，根据被测者的温度感觉，按 照环境温度、湿度、气流的综合作用，求出人体的感觉温度，并依此制定了等感 温度指标。如有效温度t 。f f 等，进而又研究人体与环境之间的热交换现象，研究 的基础是人体处于安静条件下。 服装舒适性的生理学评价研究是通过测定人体体温( 皮肤温度、直肠温度) 、 氧气消耗量、出汗量等生理指标来定量预测人体的舒适程度，研究的重点是人体 的调节功能。 ( 1 ) 皮肤温度 体壳最表皮( 即皮肤) 的温度称为皮肤温度，它对环境温度最敏感。在研究人 体与环境的热交换中皮肤温度具有很重要的意义，首先它构成了身体核心温度与 环境温度进行热交换的中间站，其次它反映身体活动水平并直接受环境温度的影 远足运动服裟体系热舒适忡研究硕l ：学位论文 响，最后皮肤温度的高低又是决定热交换的数量和方向的基础。因此，国内和国 外的许多学者都把皮肽温度的测量作为研究人体与环境热交换的生理学基础的 一种主要手段。 当人体处于热中性条件下，人体不会出汗，皮肤温度处于令人舒适的3 4 ， 如果环境温度降低，人体皮肤血管收缩，减少皮肤导热系数，这会起到降低皮肤 温度的作用，从而防止热损失的增加；如果温度增加，则使人体血管扩张，更多 的血液就会输送到皮肤表面，使皮肤温度升高，当空气温度高于3 0 时人体就 开始出汗，从而提供了一种散发多余热量的非常有效的手段，从而有效地降低皮 肤温度。但是人体的代谢水平却对皮肤温度影响不大，在冷环境下环境温度对皮 肤温度的影响很大，对代谢水平不敏感。 皮肤温度一方面能反映人体热紧张度；另一方面可以判断人体通过服装与环 境间热交换的关系，即能综合反映热接触者的冷、热、舒适和灼痛的感觉以及环 境温度舒服范围。环境温度3 5 以下时，平均皮肤温度与温度感觉密切相关n 。 由于机体各部位存在着肌肉强度、皮下脂肪厚度、血液供应和表面的几何形 状等差别，机体各部位的皮肤温度相差很大，所以通常采用人体各部位皮肤温度 按各自所占人体表面积百分比的加权平均值，即加权平均皮肤温度。人体各部位 皮肤温度测量及其平均计算有许多方法，通常采用国际标准( i s o ) 所推荐的方法。 ( 2 ) 体核温度 人体是恒温体，对环境温度有很强的调节能力。温度调节的主要功能是将人 体的核心温度维持在一个适合于生存的较窄的温度范围内。试验证明，影响直肠 温度变化的最重要的因素是人体的活动水平，活动水平提高，直肠温度变高，说 明直肠温度的设定值取决于人体的代谢速率。当代谢水平确定以后，直肠温度可 以在很大的外界温度范围内保持恒定，直到环境温度高到完全湿润也不能充分散 热以保持平衡。可见直肠温度受代谢水平影响最大，受环境影响不大。 d m o r a n 等人的研究建立了利用直肠温度来预测人体适应外界环境的数 学模型，公式如下n 羽： l = 3 6 7 5 + 0 0 0 4 ( m 一、7 i ，二) + 0 0 0 1h 。+ 0 0 0 2 5 h ，- 0 0 21h l + 0 8 e o 0 0 4 7 ( t 2 r - e m i l x 式中：t r e 一直肠温度( ) ； 6 远足运动服装体系热舒适性研究硕l 学位论文 m 一人体代谢量( w ) ； h ，一太阳短波热辐射量( w ) ：h ，= 1 5 a 。x s 。0 6 i t ； h 。一人体长波热辐射量( w ) ：h 。= 0 0 4 7 x m 砌i t ； e ，一修正后的必要蒸发散热量( w ) ：e ，= ( m w 。n ) + h 。+ h ，一h 。； e 。一最大皮肤湿润率； a 。一人体表面积( m 2 ) w 。m 对外做功消耗能( w ) i t 一服装的隔热值 s i 一太阳辐射能( w m 2 ) m e t i i 波兹曼常数( s t e p h a n b o l t z m a n nc o n s t a n t ) ，m 。t h = 5 6 7 x 10 8 ( w m 2 k 4 ) 直肠温度是代谢水平的函数，而非环境温度的函数，皮肤温度则取决于环境温度， 而受工作速率的影响很小。 ( 3 ) 出汗量 出汗量包括通过服装体系蒸发掉的汗量、从皮肤表面流淌掉的汗量以及服装 体系吸汗量。出汗量等于开始裸体重减去最后裸体重：汗液蒸发量等于开始裸体 重与最后裸体重之差减去最后服装重与开始服装重之差。一般采用精密人体天平 称重法。 ( 4 ) 心跳频率 心率定义为单位时间内的动脉或心跳动次数，用b p m ( 每分钟心跳次数) 表 示。体核温度每升高1 0 c ，由于热紧张引起的心率分量平均增加3 3 b m p 。故有人 认为1 2 5 - 1 3 5 b m p 可作为热负荷的指标，1 3 5 b m p 以上是人体心血管系统对热调 节失调的一项指标。一个人在正常情况下的心率越小，说明他的心功能越好。在 运动的情况下要视运动量大小而定，在相同的运动量时，心率小可能标志着心功 能更好。 1 1 3 心理学方法 ( 1 ) 心理学标尺 人体着装的舒适程度是一种人体主观感觉，目前无法用物理量来直接表示。 7 远足运动服装体系热舒适性研究硕一l ：学位论文 为了能把主观感觉定量化，舒适性研究采用了心理学标尺，将人体主观感觉分级。 目前通用的心理学标尺主要有三点、五点、七点标尺嘲。 表t - i 心理学标尺 等级规定舒适性等级 h o u g h t o n 一占标尺 暖、舒适、凉 g o l d m a n 五点标尺热、暖、舒适、凉、冷 b e d f o r t 七点标尺过分暖和、太暖和、令人舒适的暖和、舒适、令人舒适的凉快、 太凉快、过分凉快 a s h r a e 七点标尺热、暖、稍暖、舒适、稍凉、凉、冷 m eg i n n i s1 3 点标尺 特别冷、冻僵、非常冷、冷、不舒服的冷、有些冷，无不舒适 感、不冷不热、比较舒适、有些热，无不舒适感、不舒适的热、 热、非常热、极热，能忍受、热得恶心，发晕 根据国际标准i s 0 1 0 5 5 1 所综述的主观评估热环境舒适性标准，有如下类别 和等级的标尺n 3 1 ： 表1 2 热环境评价标尺 判别种类 12345 感知性判断情感性判断热喜好性判断个人接受度判断个人忍耐度判断 判断内容个人的热状态热环境 等级内容问题：问题：问题：问题：问题： 您此时感觉如何?您觉得还行吗?请您指出此时您希您个人觉得此时的是否您? ( 在某一具体时间) 望的状态? 环境如何? 7 等级或9 等级，4 等级或5 等级。3 等级或7 等级，2 个种类，5 等级， 从“极度冷”到“极从“非常舒适”到从“更冷点”到“更“算能接受”和从“完全能忍受”到 度热”“非常不舒适”热点”“算不能接受”“完全不能忍受” 心理学标尺是将人体的舒适程度赋予相应的数值，从而使得定性评价的问题 得以定量描述。多于两等级的标尺可以以不连续的形式出现，即3 ，4 ，5 ，7 或 者9 等级的标尺都可以被分为等间距，人们的回答应该按照如实的判断相应地标 识在对应的等级中。心理学标尺的标度虽然可以使等间距的，但不能说反应为3 的感觉为反应为1 的3 倍。 我们也可以将标尺以连续的形式出现，即以包含3 ，4 ，5 ，7 或者9 个等级 一条直线或者曲线表示。人们的回答就不一定要正好处于对应的等级内，而是可 以任意标识一段任意的感觉强度来表示此时的判断，这就有可能表示的范围位于 等级之间，则此时的定量性赋值依据具体情况而定。 8 远足运动服装体系热舒适性研究硕：i ：学位论文 ( 2 ) 心理学评价模型 丹麦的f a n g e r 教授对人体舒适性做过深入研究，并建立了一套舒适性方程， 其目的是统一舒适性的生理学基础，然后由环境指标用数学方程预测不用活动时 的舒适性，其方程是根据下列两种条件下的试验得出的：1 、身体处于温度平衡， 只有体温调节的被动系统起作用时推导的热平衡方程( 所谓被动系统指不必启动 出汗来增加散热量等调节机能的体温调节系统) ，2 、人体处于舒适状态。f a n g e r 舒适方程如下n 钔： e m 一0 3 1 ( 5 7 4 0 0 7 e m p 。) 一0 4 2 ( e 。一5 8 ) 一0 0 0 1 7 e m ( 5 8 7 一p ：) 一0 0 0 1 4 ( 3 4 - t e ) = 3 9 1 0 8 f c i t c 。+ 2 7 3 ) 4 一( t r + 2 7 3 ) 4 ) + f c 。h 。( t c 。一t c ) 式中：d t = t r - 2 2 ；e 。即m ； 个一3 5 7 一o 0 2 7 5 e m + o 1 5 5 i 。l 。c l ( 4 1 3 ( 1 + 0 0 1 d t ) + h o t c )i = = _ _ _ - - _ - - 。 - _ _ _ - _ _ _ - d 1 + o 1 5 5 i 。l 。f c l ( 4 1 3 ( 1 + o 0 1 d t ) + h 。) 预测平均热反应p m v p m v 是一个评价热舒适性的指标，它表示对人体、服装和环境热感觉的预 测平均表决数。f a n g e r 教授从收集到的1 3 9 6 名美国和丹麦的受试者的表决票中 求得了p m v 口钔，并且结果和日本学者用日本本土受试者在相同环境中的结果相 符。 f ( m w ) 一3 0 5 x 1 0 一x 5 7 3 3 6 9 9 ( m w ) 一p 。卜0 4 2 x 1 p m v = ( o 3 0 3 e - o 0 3 6 m + o 0 2 8 ) ( m w ) 一5 8 1 5 - 1 7 1 0 一m ( 5 8 7 6 一p 。) 一o 0 0 1 4 m ( 3 4 一t 。) 【- 3 9 6 1 0 。8 f c i 【( t c l + 2 7 3 ) 4 一( f + 2 7 4 ) 4 】- f c i h 。( t c l _ t a ) j 其中：t 。如上； h c - 仨篆u 眈5 取此时值较加叶； f j 1 0 0 + 1 2 9 0 i c | ，当i d 0 0 7 8 m 2 。c w k 1 1 1 0 5 + 0 6 4 5 ic i 当i 。i 0 0 7 8 m 2 。c w p m v - 预测平均反应； i c l 一衣服热阻( c l o ) ； m 一新陈代谢产热量( w m 2 ) ； t 一环境空气温度( ) ： 9 远足运动服装体系热舒适性研究硕上学位论文 t r 一平均辐射温度( ) ； t 。一衣内温度( ) ： v 一相对空气流速( 州s ) ； p 。一环境水汽分压( 1 0 2 p a ) 。 从式中可以求得不同活动水平、不同着装和不同气候条件下的p m v 值。然后 采用七点标尺来评价热舒适程度：+ 3 ( 热) ；+ 2 ( 较热) ；+ 1 ( 微热) ；0 ( 热中性) ； 一1 ( 微凉) ；- 2 ( 较凉) ：一3 ( 冷) 。 由于体质强弱、个人热历史和耐热耐寒能力的不同，人们着装的温湿度偏爱 有明显的个体差异。为了说明这种差异，f a n g e r 教授又提出了p p d 指标，以预 测人对热环境的不满意百分数。f a n g e r 教授从试验观察统计中找到了p p d 与 p m v 之间的定量关系。两者之间的关系如一条正态分布曲线。在p m v = 0 处， p p d 为5 ，这意味着即使在着装和环境条件为最佳状态时，由于个体间的差异， 仍有5 的人感到不满意。 8 0 o 3 0 已 l o 8 6 5 1 1 4 综合评价的研究 p m v 图1 1p p d 与p m v 的关系曲线 服装穿着热舒适性的综合评价主要是指人体着装后的心理、心理参数和服装 微气候参数的综合考虑。在人体舒适性主观评价的研究先前主要是空调工程师为 研究人体感到舒适的环境条件而展开的，后来服装舒适性评价也越来越多采用人 体舒适性主观评价的方法了，因此便借鉴引用了许多空调专业的评价舒适性的指 标。 1 0 远足运动服装体系热舒适件研究硕士学位论文 在过去的八十年里，空气调节工程师、工业卫生学家和采暖工程师希望用人 体活动量、衣着状态和四个环境变量( 空气流速、空气温度、空气湿度、平均辐 射温度) 来预测人体的热舒适感( 和不舒适感) 。他们希望能够对人体舒适进行定 量预测，并提出了很多热舒适性指标。 范格( f a n g e r ) 认为能够确定人体舒适状态的物理参数是与人体有关，而不是 与环境有关。范格制定三个舒适条件，得出了热平衡方程中每一个量的表达式。 将热平衡方程与其他两个舒适条件组合起来，范格得出了著名的舒适方程。该方 程是舒适的必要条件而不是充分条件。后来范格又进一步发展了舒适方程，用公 式表示了一个可预测任何给定环境变量的组合所产生的热感的指标。这一指标被 称为平均预测反应( p m v ) 。 近年来，我国国内也在综合评价服装热湿舒适性上做了许多工作，中国纺织 大学张渭源等对着装下人体热湿舒适性进行了研究n 射。唐世君等人为了综合全面 地评价服装的热舒适性，对所测基本指标进行了主因子分析，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两个因子n 引：主因子1 中载 荷的指标有人体皮肤湿润率、衣内温度微气候区相对透湿速率、综合透汽速率以 及衣内水汽分压；主因子2 载荷的主要指标有人体皮肤温度、衣内温度、衣内基 本有效温度。因此主因子1 大，说明服装透湿性好，服装湿舒适性好，主因子2 小，说明衣内综合温度越高，服装热舒适性就越好。 尽管综合评价方法能全面比较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，所以它的应用受到一定的限制。 1 1 5 服装热舒适性评价的发展方向 从7 0 年代后期开始，世界范围内关于纺织品和服装穿着舒适性的研究进一 步活跃。这一时期人们已逐步认识到人体服装环境是一个不可分割的系统： 它与服装穿着热湿舒适性有着密切的关系。因此在大量地采用模拟假人、人工气 候仓等实验基础上，进一步采用了以精神分析、社会分析等综合评价方法来考虑 服装的热湿舒适性。目前，这方面的研究主要集中在以下几个方面：纺织品和服 装的热湿传递性能及其对舒适性的影响、织物动态是传递的研究及其新的实验方 法和装置的研究和服装穿着热湿舒适性的定量评价上。 服装热湿舒适性的研究是以人为基础的，是指人体在不同的气候环境中穿着 远足运动服装体系热舒适性研究 硕i ：学位论文 服装时，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 舒适满意的服用特性。因此此类研究就离不开人体在客观环境中的实际穿着，但 在某些方面假人的使用会使用研究的精度与广度得到提高。 “服装一人体一环境”是一个完整的系统，如果能找到人体主观感觉与服装固 有的物理性能以及人着装时的生理参数间的关系，就能建立一个在一定环境条件 下用服装物理指标和人体生理指标来表达服装穿着热湿舒适性的评价模型。利用 该模型对服装的热湿舒适性进行评价既准确又客观方便，从而保证服装的配备能 很好的满足舒适性的要求，该模型的建立和发展又可以为发展暖体出汗假人系统 来定量评价服装的热湿舒适程度提供理论依据和实际操作的量化关系。 1 2 本课题的研究背景 本课题在法国运动品牌公司迪卡侬( d e c a t h l o n ) 国际总部的研发部门内 进行。 迪卡侬公司内的运动激情品牌和保温隔热面料品牌s t r a t e r m i c 希望将出售的 服装体系都定义一个使用温度( a p ，穿着此服装在运动过程中能维持热舒适状态 的环境外部温度) 。 1 2 1 目的 1 建立一个可以依据所需要适应的温度来开发产品的理论基础： 2 提供给消费者在购买前用以选择适合用途的产品的标准指南； 3 提供给消费者在面对迪卡侬商店里同运动种类不同品牌产品( 迪卡侬品 牌及其竞争品牌) 的比较依据。 1 2 2 课题的复杂性 1 在研究人体舒适性与外界环境关系时，不能单单考虑到温度影响，还应 顾及其他气候因素，如湿度、风、阳光辐射； 2 实际所使用在的运动种类，还应考虑到不同的运动强度产生的舒适敏感 度是不一样的，以及所需配备的服装系统也应随之变化。 3 对冷热的敏感度也因人而异，甚至对于同一个人，在运动过程中也受影 1 2 远足运动服装体系热舒适性研究硕二i ：学位论文 响而变化，比如疲劳、饮食、生理状态、心理状态。 1 2 3 课题的创新性 现今很多涉及到服装热舒适性综合评价的研究课题，大多从不同织物或者多 种区别性服装的物理参数、人体生理参数、人体心理评估几个方面来作以比较， 而不是针对某类服装，进行舒适条件的深入研究。课题要做的是纵向单一服装的 研究，而不是横向多种服装的比较。进而达到建立模型，对特点显著的服装体系 进行舒适性预测。 事实上，现今两种预测人体舒适性的模型广为运用，但针对此课题的适用性 都有待印证。 ( 1 ) 模型一0 基于人体热平衡基础上的整体预测模型 最为显著的代表如国际标准i s 0 1 1 0 7 9 ( 适用于冷环境下) 和国际标准 i s 0 7 9 3 3 ( 适用于热环境下) 。很多欧洲学者都在研发项目中将之不断改进以提高 其准确性。但是此模型的适用领域至今还仅限于在工作环境下的人体热力学，所 以对于体育休闲领域的适用性还无从确定： 1 ) 工作环境下的使用考虑的是人们的承受能力，比如消防员的隔热服。而对于 公众消费者的使用则主要考虑其舒适性。 2 ) 此模型的研究背景为人处于静止条件下。而体育休闲所研究的则是一系列运 动静止活动的组合情况。 ( 2 ) 模型二：基于人体不同皮层的内部温度基础上的动态预测模型 此模型相对于整体模型来讲，更适用于在运动而后静止休息的体育活动的动 态研究中。但是也仍有其局限性： 1 ) 基于此模型上的所有研究，至今都有其相应的背景条件( 如，耐寒性研究、 耐热性研究) ，所以对于其他情况，都没有现成的结论。 2 ) 对于体育休闲情况，因为运动的强度相对要大、运动静止过渡过程人体的复 杂反应、以及运动环境的空间环境的不单一性、此模型还未有所研究和验证。 3 ) 此模型仅涉及到生理测量而没有将人体温度和感官评估结合什么情况 下人体是感到舒适的? 最后，无论基于以上任意一种模型来预测人体穿着服装下的热舒适性。服装 的热性能参数值及运动强度都是我们必须要清楚提供的。 远足运动服装体系热舒适性研究硕：l ：学位论文 1 3 本课题的研究任务 建立一套可行的试验方案和分析方法来进行人工气候仓内的综合评价实验， 用以预测人体达到热舒适状态时的温度条件。 检验整体预测模型在步行远足运动研究中的可适用性。 检验动态预测模型预测的人体温度变化情况与远足运动研究中人体舒适程 度的相关性：通过在实验中建立感官评估模型，将人体皮肤局部温度和局部感官 评估联系；将局部感官评估和整体舒适感官评估联系。 1 4 远足运动服装体系热舒适性研究硕上学位论文 2 服装热舒适性评价的基础理论 2 1 基于生理学的预测模型 人类作为恒温动物，一般情况下总是保持身体内部温度恒定在3 7 。这种 体温的恒定保持取决于人体内部生成的热量( 来源于物理运动产生的新陈代谢) ， 和周围环境的热交换( 皮肤表面与服装之间，呼吸作用) 之间的平衡。这个平衡体 温值有时候会因为人体内部生理调节或者外部行为调节而有所变动，即或者改变 热量产生或者改变热量交换。 行为调节：如，改变服装配备、改变姿势以减少暴露的体面积、改变运动强 度、改变通风性等环