服装结构设计三第六章-服装与人体生理重点

1 第六章第六章服装与人体生理服装与人体生理 第一节第一节 人体生理人体生理 一 体温与能量代谢 1 体温 1 两个概念 体温 机体内进行生物化学反应的温度 临界体温 高等动物和人能维持生存的极限体温 4 人体散热 人体在不显汗的状态下 总散热量的 97 为传导散热 对流散热 辐射散 热和蒸发散热 其余 3 的散热量随呼吸 排泄等生理过程散失 传导散热 conduction 对流散热 convection 辐射散热 radiation 蒸发散热 evaporation 传导散热传导散热 传导散热是指传热物质不发生移动 而热量由高温物体向低温物体传递的 一种接触传热方式 如图 6 4 所示 人体向与之接触的椅面散热即属于传导散 热 特点 传导物质不发生移动 接触传热 热量从高温物体向低温物体传 递 几个相关概念 温度相等的各个面 称为等温面等温面 2 图 2 1 是包裹有两层织物的圆柱体的示意图 横截面 t1 t2 t3分别表示 圆柱体 第一层服装 第二层服装共 3 个等温面 用等温面集合起来表征物体 温度的分布状况 称为温度场温度场 在一个温度场内 若各等温面之间有温差 就会发生传导散热 如图 2 1 中 当 t1 t2 t3时 就有传导散热产生 t1 t2 t1 t2 t3 t2 t1 t2 叫做温度差 单位距离的温度差称为温度梯度温度梯度 温度梯度是一个矢量 方 向指向温度高的方面 它与热传递的方向相反 导热量的大小主要取决于温度梯度 物体厚度 导热系数 导热系数导热系数 是指厚度为 1 米的材料上下两表面间温度差为 1 时 1 秒钟内 通过 1 平方米表面积所传导的热量瓦数 W m 值越小 表示材料的导热性越差 保暖性越好 常见物质材料的导热系 数 见 P21 表 2 2 所示 对流散热对流散热 对流散热是指随液体或气体的移动而传递热量的一种接触散热方式 可以 分为自然对流和强迫对流 见图 6 5 特点 接触传热 传热物质发生移动 分类 A 自然对流 因流体温度不均而造成流体移动 从而传递热量的方式 人体与服装表面边界层内的空气就存在自然对流 B 强迫对流 由外在其他原因造成流体移动进行热量传递的方式 人体 在静止空气中活动时 因身体位移而产生的相对风速也属于强迫对流 在环境空气自然对流的情况下 风速小于 0 1m s 人体从脚部开始形成 包绕人体的一层空气薄膜 这层黏附在皮肤表面或服装表面的空气接近于静止 不动 称为边界层 边界层内部的空气分子位移居于自然对流 辐射散热辐射散热 辐射散热是一种以电磁波的形式传递热量的非接触散热方式 特点 非接触传热 电磁波形式传递热能 所有的物体都向周围辐射散热 其辐射散热量的大小只决定于它的表面温 度和性状 比周围物体温度高的人体皮肤表面或服装也向外界辐射散热 同时 身体或服装也接受周围温度更高的物体的辐射热 如人在房间里向周围的墙壁 天花板散热就属于辐射散热 表面粗糙的物体辐射本领大 而反射率却低 蒸发散热蒸发散热 3 蒸发散热是液体表面汽化带走热量 分类 不感知蒸发 不感知蒸发称为非显汗 非显性蒸发 不感知蒸发通过组织间液体直接透 出皮肤和肺泡表面进行汽化面实现 是一种被动的物理弥散现象 不感知蒸发量与人体代谢水平 环境温温度的变化有关 其中 30 从内呼 吸道蒸发 70 从皮肤表面蒸发 一个体重 50kg 体表面积 1 6m2的成人 一 天的不感知蒸发放热量 与降温 12 3 的散热量相当 因此 不感知蒸发对于 人体散热的意义不可低估 感知蒸发 出汗 当人体的平均皮肤温度达到出汗的临界温度 产生反射性出汗活动 即主 动的生理调节 二 皮肤生理 1 出汗 分类 温热性出汗 皮肤温度超过出汗的临界温度 精神性出汗 精神紧张 情绪激动 突然受惊吓 味觉性出汗 食用酸辣食物 有效汗量 能够有效蒸发的汗量叫有效汗量 附着在皮肤上的汗量称为附着汗量流下 来汗量叫做流淌汗量 只有有效汗量有助于体热的散失 附着汗量和流淌汗量 只会造成服装的汗渍污染 4 平均皮肤温度 平均皮肤温度 平均皮肤温度是指分布于全身的基于若干点的皮肤温度的平均值 即为体 表不同部位的皮肤温度与该部位占体表面积百分比的加权平均值 公式为 s1t1 s2t2 sntn s t 其中为平均皮肤温度 s1 s2 sn为加权系数 即该部位占体表面积的百分比 s t t1 t2 tn为体表不同部位的温度值 通常用四点法 七点法和十二点法来测量皮肤温度 5 平均体温 人体平均温度 概念 体内温度 ter 和体表温度 ts 的加权平均值 第二节第二节 人体与服装微气候人体与服装微气候 一 服装微气候 所谓微气候微气候 皮肤与服装及各层服装之间形成的不同于外界环境的空气层 气候 广义 皮肤与最外层衣服表面之间所形成的空气层气候 4 狭义 皮肤与衣服最内层之间的空气层气候 它包括温度 湿度与气流 实验表明 皮肤和最内层衣服之间空气层的最适条件 即服装最佳微气候服装最佳微气候 为 气温为 32 1 湿度为 50 10 气流为 25 5 cm s 服装气候的一般性质服装气候的一般性质 身体躯干部位最里层的空气层 接近于最适标准气候 而越是外层的衣 服 衣服内空气层的气温越低 湿度越大 衣服内空气层的湿度随外界湿度的变化而变化 且外层变化大于内层变 化 当外界温度变化为 20 时 最里层湿度的变化大约为 5 最外层衣服内 湿度变化可达 10 当外界气温低于 25 时 服装各层间的温度 湿度变化较小 当外界气 温上升至 30 时 衣服内气温就超过 33 人体开始出汗 导致衣服内的湿 度急剧上升 甚至超过 80 人就会感到不适 由于运动等原因而产热量增加时 衣服内的气温 湿度也会增加 据测定 人体躯干中 背部和腹部温度较高 湿度最低 胸部温度低 而湿度受外界影响很不稳定 人体的最高温 高湿部位大多在腋窝 通常衣服内气流几乎处于静止状态 流速大约为 25 15 cm s 3 克罗值 克罗是目前国际上的一个通用指标 它与其他单纯的物理指标相比 还考 虑了人体的生理参数 心理感受和环境温湿度及风速等条件 且通俗易懂被非 专业人员所接受 1 克罗值的定义 在气温 21 湿度 50 以下 风速 0 1m s 的室 内 安静坐着或从事轻度脑力劳动的成年男子感觉舒适 能将皮肤平均温度维 持在 33 4 服装与服装气候的关系 温度影响因素 服装层中固温度梯度而产生的热流阻力 称为热阻 热阻表征了服装及其材料具有的隔热保暖能力 有时也称隔热值或保暖量 覆盖面积覆盖面积 覆盖面积是指着装人体被服装所覆盖的体表面积 通常用其占总体面积的百分比表示 日常服装的覆盖面积介于 65 97 之间 A 服装热阻随着被覆盖面积的增加而增大 存在正相关关系 B 服装的覆盖面积相同 热阻也会因所覆盖的人体部位 形状的不同而有 变化 衣下空气层衣下空气层 衣下保持的静止空气层越厚 对服装表面热流的阻碍作用越明显 服装的 热阻越大 有两种情况 5 A 衣下空气层四周未封闭状态下的结果 在空气层四周未封闭时 随着空气层的增大 织物保暖率随之升高 当空 气层再进一步增大时 织物保暖率反而下降 由图 2 17 左可知 随空气层的变 化 织物保暖率存在一个极大值 对应织物保暖效果最好时的空气层厚度 称 为最佳空气层厚度值 在极大值前初期 保暖率的升高 缘于隔热效果良好的静止空气层厚度的增大 在极大值以后保暖率的下降 是因为衣下空气层过大而产生对流的缘故 B 衣下空气层四周密闭时 对流难以发生 对应一个较大厚度变化范围 衣下空气层都保持着保暖率的极大值 见图 2 17 右 同样 对于服装的开口部位设计 开口部位关闭 服装内不易产生对流 能很好发挥空气层的保暖作用 空气层因着装者体型与服装之间的尺寸差而存在 宽松量大的服装 衣下 空气层较厚 若将人体视为圆柱体 衣下空气层的平均厚度为 d 则宽松量为 2 d 衣下空气层厚度取决于服装的宽松量 根据最佳空气层厚度推算 宽松量 最佳取值为 0 6 1 3cm 为充分利用衣下空气层的保暖效果 在难于保持空气层的部位可以利用抽褶 衣领等不易因自重而下垂的细部结构设计 服装的开口服装的开口 领口 袖口 下摆 门襟等衣下空气层的进出口 称为服装的开口 服装 开口的大小和形状 决定了服装内热 湿空气的移动 服装的开口大体上可以分为上开口 水平开口 下开口等形式 多层重叠着装多层重叠着装 层数多 保暖性好 热阻大 但层数过多 保暖性反而会减弱 热阻降 层数多 增加了衣服内空气层的厚度 使热阻增大 但层数过多 最下层 衣服受到上层衣服的压迫 反而会使隔热值下降 服装重量服装重量 热阻随重量增大而增大 内穿衣服发挥的保暖作用比外衣类服装大 风速风速 风速大则风压大 风压可以使大量空气透入衣服内 扰乱了衣下空气层和 衣料纱线之间的静止空气 使其对流增强 因此热阻减小 人体动作和姿势人体动作和姿势 1 坐姿时服装的基本热阻会下降 15 原因在于坐姿时衣下空气层减小 导致热阻减小 2 运动时 风 相对风速 衣下空气层鼓风作用 热阻显著减小 湿度 出汗 使衣料中间水分增加 热阻减小 衣服脏污衣服脏污 皮肤分泌物 外界灰尘 污垢 微生物会脏污服装的内外层 1 堵塞衣料纱线之间的空隙 减少衣料中和衣下空气层的静止空气 2 固体物质导热性比空气大 所以热阻减小 6 湿度影响因素 透湿指数 Im实际上是一个比值 伍德科克以湿球温度计的湿球作为表面完全湿润并无附加服装蒸发阻力的 实体 伍德科克将透湿指数定义为实际的蒸发散热量与相当于总隔热阻的湿球 的蒸发散热量之比 风风对透湿指数的影响 风速大 Im增 风速大 有利于汗液蒸发 实际蒸发散热量大 则 Im大 反之 风速小 则就小 在气温较高的环境中 蒸发散热量大于非蒸发散热量 在这种情况下 风 速与透湿指数成正比 人体运动人体运动对透湿指数的影响 运动 Im增 人体运动对 Im的影响相当于衣服内空气流动速度增加对 Im的影响 相对风速 运动产生 衣下空气层对流形成鼓风作用 空气流动速度增加 蒸发散热量增加 Im增 Rh减 Im Rh增 有效风速是相对风速与环境风速的代数和 例如 人在室内行走时 室内 风速是 0 3m s 相对风速是 1 5m s 则实际的有效风速是 0 3 1 5 1 8m s 环境湿度环境湿度对透湿指数的影响 湿度大