服装通风机制及策略的研究进展

服装通风策略是改善人体热湿舒适性的重要技术手段。为不同高温作业服装提供有效的通风降温策略,文章介绍了服装通风效率的测评指标及相应的两种测量方法及其特点,回顾了织物通风模型、局部通风模型、动态通风模型、被动通风服模型及主动通风服模型的发展历程,从织物透气性、服装开口、内嵌通风设备三方面阐述了现有服装通风策略对于人体热散失的影响机制。基于此研究现状提出两点展望,即建立耦合人体热生理反应的动态三维服装通风模型,开发多种换热方式相耦合的主动通风服。

服装通风研究现状及进展

服装通风是服装设计和评价中的重要因素,直接影响人体热湿舒适性。通过对国内外相关研究成果的回顾,介绍了服装通风测量方法及系统、通风影响因素以及服装通风与热湿舒适性的关系,重点阐述服装整体和局部通风表征系统及其在热湿舒适性领域的应用。在现有研究方法和成果的基础上,总结了服装通风的发展趋势:建立服装通风与人体热生理反应数值关系模型,采用计算流体力学方法模拟服装通风过程,探究服装通风机制,将服装通风应用到环境污染领域,为人体防御污染物提供服装选择方面的建议。

服装通风对主观热湿舒适感的影响

服装通风性能是影响人体热湿舒适性的重要因素。利用开发的服装通风测评系统,以工装为研究对象,探究了服装通风性能对主观热湿舒适感的影响。实验结果表明:在同一运动状态下,服装通风值与热感具有显著的负相关关系;步行时,人体湿感最强而服装通风值最大;服装通风值与舒适感之间没有显著的线性相关关系。研究成果可以为服装设计和开发,特别是功能服装结构设计和面料选择提供相关理论参考和依据。

服装通风设计手段的研究进展

为探索有效的服装通风设计手段来提高着装人体的热湿舒适性,以服装热湿传递机制和通风散热原理为基础,分别从透气性面料的配置、服装开口的设计、可穿戴式通风装备3个层面解析常用的通风设计手段,并对比不同设计手段之间的作用效应。结果显示:有效的通风设计手段应在全面分析着装环境、人体活动和生理特征的基础上,满足服装局部设计差异性和不同设计手段间匹配性的原则。利用计算流体动力学技术明确服装衣下空间空气流动规律,量化表征服装局部的"有效通风",平衡各种设计手段之间的关系以达到最优通风效果将成为服装通风设计手段的发展方向。

服装整体及其局部的通风测量方法

在分析国内外服装通风测量方法的基础上,提出一种服装局部通风测量方法及装置。该装置在稳态法的基础上,基于质量守恒定律,选用N2作为示踪气体进行服装通风值的测量。该装置能同时测量服装前胸、后背、左臂以及右臂4个部位的局部通风值,还可根据测量的服装局部通风数值计算服装整体通风值。采用强制通风的方法对系统有效性进行验证,证实了该方法的可行性。利用该装置测量了多种日常上装以及功能服装(狩猎装、消防服、狩猎马甲)的通风值。实验结果表明该方法具有较广泛的适用范围。

通风服装对人体热舒适的影响

为研究高温环境中降温服装对人体热舒适的影响,通过出汗暖体假人实验和真人着装实验分别研究了通风服的热湿性能以及对人体热舒适的影响。研究发现:当通风量为0.012 m3/s时,通风系统的引进使服装的湿阻减小58%。男性受试者穿着通风服在25℃、相对湿度50%的环境条件下运动,其局部皮肤温度、平均皮肤温度均比风扇未打开时低;其中,胸部和腿部皮肤温度降低幅度最为明显;打开与关闭风扇两种实验条件下,受试者的局部皮肤温度以及平均皮肤温度有显著性差异。运动20 min和休息20 min后,风扇打开时的平均皮肤温度比未打开时分别低2.4、0.9℃;研究表明该通风服装可用来作为改善人体热舒适的服装雏形。

室外高温环境下通风服装的传热模型与实验研究

为提高夏季室外高温日晒环境下作业人员的热舒适性,对人体、服装与环境之间传热过程进行分析,以此作为针对性降温方式的理论基础建立了通风服装在室外高温日晒环境下的传热模型,并采用真人实验的方法验证了该传热模型;分析了送风后衣下空间空气参数及人体主观反映的改变。结果表明:采用该模型计算得到的人体得热量与失热量误差仅为9.1%,人体表面温度在10 min左右趋于稳定;给衣下空间送入处理后的冷空气时,衣下空间内空气温湿度均比未通风时低,强迫对流的存在大大地提高了体表汗液蒸发速率,人体主观热感觉与皮肤湿润感得到明显改善。

辐射制冷服装对户外热舒适性的改善研究

为了改善夏季高温日晒环境下作业人员的热舒适性,对普通工装和辐射制冷服装在通风与不通风条件下的热舒适性进行了实验研究。由14名身体健康的大学生在晴朗夏季室外高温环境下进行真人实验,观察受试者在3种WBGT下前胸温度、后背温度,并采用问卷调查方式收集受试者的热舒适投票(TCV)、热感觉投票(TSV)。结果表明:在3种WBGT下,未通风时人体着装普通工装与辐射制冷服装的热舒适性都很差。但采用通风装置后,热舒适性都得到改善,辐射制冷服装的改善效果显著,皮肤表面温度下降0.8~1.1℃,TCV和TSV都降低到了0~1之间。

运动着装人体热生理仿真系统设计

有效量化运动中着装人体的热生理状态,并提前预测着装的热舒适性,对于健康监测、分析和预防事故具有重要意义.本文从“运动”特征出发,定义服装通风因子量化通风效应,再将服装通风效应与着装人体的热生理模型结合,构建考虑服装通风效应的运动着装人体热生理数学模型.本文以该模型为基础,综合考虑行业应用的便捷性和复杂数学模型的多个参数的可计算性,提出着装人体热生理仿真系统框架,设计并实现了运动着装人体的热生理仿真系统,预测运动过程中人体着装时的不同生理状态,规避可能出现温度失衡的风险.