（纺织工程专业论文）不同舒适状态下衣内微气候温度分布研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 随着生活水平的提高，人们对纺织品的功能性和舒适性提出了更高的要求，如 果服装生产企业能够生产出既有定功能性又有一定舒适性的产品，那么必将为企 业在国内国际市场上赢得一定的竞争优势，因此作为影响服装舒适性一个重要方面 的衣内微小气候越来越受到人们的关注。衣内微小气候包括温度、湿度、空气流速 等要素，其中温度对影响人体的热舒适性起着至关重要的作用，因此研究其分布规 律也就显得尤为重要。 本课题从人体本身的产热、散热机理及热平衡原理出发，结合人体达到热舒适 时所必需满足的人体热平衡方程式，对影响着装人体衣内微气候热感觉热舒适的内 外部环境条件进行了简述，并分析指出保持人体热平衡对衣内微气候温度分布及规 律有着重要的影响。 采用理论与实验相结合的方法，本课题研究了着装人体在不同舒适状态下的衣 内微气候温度影响因素，找出了年龄、性别、季节、内衣面料、人体不同行为方式 及其它几个重要影响因素。根据这几个影响因素设计出合理的试验方案，来逐一研 究各自对衣内微气候温度的影响程度大小。 为保证着装人体衣内微小气候的客观一致性，本课题确定了具有代表性的测试 部位；同时对与人体皮肤直接接触的三种内衣面料进行各性能指标的测试，并根据 各面料性能的测试结果，运用b o r d a 数法基本原理进行分析，确定了两种试验用面料， 以比较由于内衣面料特性的差异，而造成的对着装人体衣内微气候主观舒适感觉以 及所产生的衣内微气候舒适感温度范围的不同。 最后，采用不同的测试方案，在不同条件下对着装人体进行主客观测试，从而 获得了不同舒适状态下的衣内微小气候温度的客观数据和主观评价。 另外，为了从理论上验证本课题所选择的各影响因素的合理性，本课题运用模 糊数学原理的单层综合决策理论，对影响着装人体衣内微气候温度分布的诸多因素 建立起模糊关系，并利用此方法进行运算，找出了各影响因素的权重大小。从而肯 定了所选择影响因素的全面性和试验的准确度。 本课题通过客观试验和主观评价相结合，明确了着装人体不同舒适状态下衣内 微气候温度分布及规律。在主观评价中，主要采用m c n a u 等人的9 级温度感觉和热 舒适感觉标尺进行评价；在客观试验中，主要是通过获得试验服的各种参数和面料 的基本性能，以及运用准确度及精确高的固态数据记录仪对着装人体的瞬时温度进 行采集，最后对所有试验结果运用数理统计学和模糊数学两种方法选择出合理的衣 内微气候温度分布范围，从而为设计人员开发出满足各种特殊环境中的智能( 相变) l 河北科技大学硕士学位论文 调温纺织品开发过程中的温度设计与温度控制提供了重要的基础数据，具有一定的 利用价值和科学意义。 关键词衣内微气候；热平衡原理；性能测试；影响因素；模糊数学 i l a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e l i v i n gs t a n d a r d ，p e o p l ep u tf o r w a r dh i g h e rr e q u e s t f o rt h ef u n c t i o na n dc o m f o r to ft h et e x t i l e p r o d u c t i ft h ec o r p o r a t i o nc a np r o d u c et h e p r o d u c t i o nh a v i n gf u n c t i o na n dc o n f o r t ，i tc a nw i nac e r t a i nc o m p e t i t i v ea d v a n t a g eo nt h e d o m e s t i ca n di n t e r m a t i o n a lm a r k e t s ot h ei n n e rc l o t h i n gm i c r o c l i m a t ea sai m p o r t a n t a s p e c ti nc l o t h i n gc o m f o r ti sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n e db yt h ep e o p l e t h ei n n e rc l o t h i n g m i c r o c l i m a t ei n c l u d es o m ei m p o r t a n tf a c t o r s ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，h u m i d i t ya n da i rc u r r e n t v e l o c i t ye t c ，a m o n gt h e mt e m p e r a t u r eh a v ea ni m p o r t a n te f f e c t ，w h i c hi n f l u e n c et h eh o t c o m f o r t s or e s e a r c h i n gi t sd i s t r i b u t i o nr u l es e e m st ob ev e r yi m p o r t a n t t h et o p i cs t a r t sf r o mt h e b o d yh e a t ，s c a t t e rt h e o r ya n dh o tb a l a n c et h e o r y , a n d c o m b i n e st h eh o tb a l a n c ef o r m u l aw h e nt h eh u m a nb o d yr e a c h e st h e c o m f o r t a n d d i s c u s s e st h ei n s i d ea n de x t e r i o re n v i r o n m e n t sc o n d i t i o nw h i c hi n f l u e n c e st h eh o t f e e l i n g a n dh o tc o m f o r to fi n n e r c l o t h i n gm i c r o c l i m a t e ，t h e na n a l y z e sa n dp o i n t so u tt h a tk e e p i n g h u m a nb o d yh o tb a l a n c eh a sa ni m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h ed i s t r i b u t i o na n dr u l eo fi n n e r c l o t h i n gm i c r o c l i m a t et e m p e r a t u r e a d o p t i n gt h e o r i e sa n de x p e r i m e n tc o m b i n a t i o no fm e t h o d ，t h et o p i cr e s e a r c h e st h e e f f e c t i v ef a c t o r so fi n n e rc l o t h i n gm i c r o c l i m a t eo nd i f f e r e n tc o m f o r ts t a t e ，t h e nf o u n d 0 u t a g e ，s e x ，s e a s o n ，u n d e r w e a r n o o d l e s ，h u m a nb o d yd i s s i m i l a r i t yb e h a v i o rw a ya n do t h e r s e v e r a li m p o r t a n c ee f f e c t i v ef a c t o r s f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h e s es e v e r a le f f e c t i v ef a c t o r st 0 d e s l g nr e a s o n a b l ee x p e r i m e n tp r o j e c t ，t or e s e a r c ht h e i ri n f l u e n c et ot h ei n n e rc l o t h i n g m i c r o c l i m a t er e s p e c t i v e l yo n eb yo n e i no r d e rt oa s s u r et h eo b j e c t i v ec o n s i s t e n c yo fi n n e r c l o t h i n gm i c r o c l i m a t e t h et o p i c a s s u r e st h er e p r e s e n t a t i v et e s tp a r t ；a tt h es a m et i m e ，t ot e s tt h et h r e eu n d e r w e a rn o o d l e so f p e r f o r m a n c ew h i c hi sc o n t a c t e dw i t hh u m a nb o d ys k i n ，a c c o r d i n gt ot h e s et e s tr e s u i t s u s i n gt h eb o r d ab a s i cp r i n c i p l et oc a r r yo na n a l y s i sa n dc h o o s et h et w oe x p e r i m e n t n o o d l l e s ，s oa st oc o m p a r et h ed i f f e r e n c eo ft h eh u m a nb o d yo b j e c t i v ec o m f o r tb e c a u s eo f t h en o o d l e sp e r f o r m a n c e d i s s i m i l a r i t y , a n d i tr e s u l t st oc o m f o r tt e m p e r a t u r er a i l 2 e d i s s i m i l a r i t y f i n a l l y , a d o p t i n gd i f f e r e n tt e s tp r o j e c t ，t oc a r r yo ns u b j e c t i v ea n do b j e c t i v et e s tu n d e r d i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，s oa c q u i r e dt h eo b j e c t i v ed a t aa n ds u b j e c t i v ee v a l u a t i o no ft h ei n n c r c l o t h i n gm i c r o c l i m a t et e m p e r a t u r eo nd i f f e r e n tc o m f o r ts t a t e m o r e o v e r , f o rt h es a k eo ft e s t i n ge a c hi m p a c tf a c t o r sr e a s o n a b l eo n t h e o r y , t h i st o p i c h l u s e s f u z z l em a t h e m a t i c sp r i n c i p l eo fl i s t l a y e rc o m p r e h e n s i v ed e c i s i o nt h e o r i e s ，t o c o n s t r u c tt h ef u z z l er e l a t i o n sb e t w e e nt h es e v e r a le f f e c t i v ef a c t o r s ，a n du s e st h i sm e t h o dt o f i n do u te a c he f f e c t i v ef a c t o r o fp o w e rg r a v e n e s sb i go rs m a l l s oa s s u r e st h e c o m p r e h e n s i v eo fc h o o s i n ge f f e c t i v ef a c t o r sa n da c c u r a t ed e g r e eo fe x p e r i m e n t b yc o n t a c t i n go b j e c t i v ee x p e r i m e n ta n ds u b j e c t i v ee v a l u a t i o n ，t h et o p i cf o u n do u tt h e t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n dr e g u l a t i o no fi n n e rc l o t h i n gm i c r o c l i m a t eu n d e rd i f f e r e n t c o m f o r tc o n d i t i o n s i nt h es u b j e c t i v ee x p e r i m e n t ，t h et e x tu s e sm c n a l lf i n es t a n d a r dt o e v a l u a t e ；i nt h eo b j e c t i v ee x p e r i m e n t ，m a i n l yp a s s e st oa c q u i r et h eb a s i cp e r f o r m a n c ea n d v a r i o u sp a r a m e t e r sb yu s i n gt h eh i g h l ya c c u r a t ea n dp r e c i s i v es o l i dd a t ar e c o r dt h e i n s t r u m e n tt oc o l l e c tt h eh u m a n b o d y s t e m p e r a t u r e ，f i n a l l y t oc h o o s er e a s o n a b l e t e m p e r a t u r er a n g eo fi n n e rc l o t h i n gm i r c r o c l i m a t e ，b yu s i n gm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s m e t h o da n du s i n gf u z z ym a t h e m a t i c s ，t h e nt o p r o v i d ei m p o r t a n tb a s i cd a t af o rd e s i g n p e r s o n n e lt od e s i g nt h ei n t e l l i g e n c e ( m u t u a l l yc h a n g e ) t e x t i l eo ft e m p e r a t u r ed e s i g na n d t e m p e r a t u r ec o n t r o li nt h es p e c i a le n v i r o n m e n t ，s oi th a sc e r t a i nu s i n gv a l u ea n ds c i e n c e m e a n i n g k e yw o r d si n n e rc l o t h i n gm i c r o c l i m a t e ；h o tb a l a n c ep r i n c i p l e ；p e r f o r m a n c et e s t ； e f f e c t i v ef a c t o r ；f u z z ym a t h e m a t i c s i v 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：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。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：各象及 琊年j 2 月多日 指导教师签名：吊，? ，汝 一酶夕同 ；- - i j l 科技大学学位论文版权使用授权书 本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，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检 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。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 曲不保密。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：碰覆 矽8 年卢月9 日 指导教师签名：，了龊 如妊。夕同 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 学术背景与实际意义 随着时代的发展，人们对服装的舒适性和功能性提出了更高的要求，人体穿着 舒适性就是其中重要的一项。由于衣内微小气候的温度对影响人体的热感觉热舒适 起着至关重要的作用，因此作为舒适性一个重要方面的衣内微小气候温度分布越来 越受到人们的关注。 1 1 1 学术背景 服装的基本功能是保持人体在热环境中的热平衡和热舒适。在生物进化过程中， 人体已经失去了许多控制热量损失、保持热平衡的能力。因此，着装可以在皮肤和 服装之间形成舒适的微气候，来保护人体免受气候变化影响，并在各种综合环境条 件和体力活动下，使人体保持正常热平衡，并在皮肤表面创造个舒适的微气候1 1 】。 即衣内微气候能够使人体即使处于较大环境变化和剧烈的体育运动中，仍能保持体 温处于正常范围。 通常状况下，人体都能保持稳定的体温，体温过高、过低都会引起人体机能的 失衡。日常生活中，人体有8 0 一8 5 热量的损失是通过皮肤进行的，因此如果能够 设计出一种调温纺织品来调节服装与皮肤间微小空间的温湿度，即衣内微气候温湿 度，那么必将使人体皮肤表面温度和衣内微气候温度达到稳定，人体感觉舒适。众 多研究发现：人体感到舒适的衣内微气候温度是( 3 2 1 ) ，相对湿度是( 5 0 1 0 ) ，风 速是( 2 5 - , q 5 ) c m - s 2 1 。 在人体、服装、环境系统下，人体产热与散热平衡与否对衣内微气候温湿度分 布及变化起着重要的作用，主要表现在：当人体处于冷环境中即外界气温较低时， 人体主观感觉表现为冷不舒适，为保持舒适，人体就会通过自身运动、战栗等方式 产生热量，并由衣下微气候一服装向周围以辐射、传导、对流形式散热，气温越低， 散热越多，此时与人体皮肤直接接触的衣内微气候温度、湿度也就相对降低；而当 人体处在热环境中时即外界环境气温较高时，人体主观感觉表现为热不舒适，为保 持舒适，人体就会通过毛细血管扩张、出汗蒸发等方式散发热量，并由衣内微气候 一服装以辐射、传导、对流和蒸发这四种方式由向周围散发热量，此时与人体皮肤 直接接触的衣内微气候温湿度也就相对升高。在通常状况下，当外界环境温度接近 或超过人体温度时，人体皮肤只有依靠出汗蒸发并通过衣内微气候一服装来向外界 散热。因此可见：衣内微气候温湿度在人体通过服装与外界环境进行热交换时，它 的升降对人体主观舒适感和维持人体热平衡起着重要的作用。 l 河北科技大学硕士学位论文 1 1 2 实际意义 人体、服装、环境是一个复杂的热交换系统，而人体的热舒适感觉则是该系统 的核心。由于人体着装后在衣内形成的微气候温度是影响人体热舒适热感觉的直接 因素，而其又受环境、性别、服装和人体等各因素的综合影响。因此本文在主观评 价过程中，以m c n a l l 等人的热感觉和热舒适为指标，来评价着装人体的舒适感， 并最终通过多人的着装人体试验确定出衣内微气候温度参数组合的最佳范围；同时 本文针对不同的自然环境和人体活动状态，以人体热平衡理论为依据，找出温度变 化的总体规律，此结论必将为人类设计各种调温服装提供一定的基础数据，因而具 有一定的科学价值。 但是，目前国内外对全方位确定人体不同舒适状态下的衣下各躯干部位具体的 温度范围尚无确切结论。因此，本课题试验研究的结果必将为开发具有调温性能的 新型智能纺织品提供一定的数据依据，同时着装人体不同舒适感下的温度分布规律 也对指导科学穿衣有着重要的实用价值。 1 2 国内外文献综述 近年来国内外众多学者对着装人体舒适性和着装人体衣内微气候温度范围进行 了很多研究。首先研究人体舒适性方面主要包括人体热舒适、热感觉，人体热感觉 预测模型以及人体感到舒适时的热舒适方程式；对衣内微气候方面的研究主要表现 在：衣内微气候理论研究、衣内微气候理论与人体热舒适、热感觉的关系、衣内微 气候的总体舒适范围及测试衣内微气候指标的微气候仪的研制等。最近许多学者又 开始深入地研究人体对热环境反应的规律，并制定各种指标来预测和评估着装人体 在一定环境下的衣内舒适程度。 1 2 1 热舒适、热感觉的研究 热舒适、热感觉是属于多种学科交叉问题，它牵扯的问题相当复杂、广泛，其 基础理论不仅涉及到物理学，还涉及到了生理学、心理学范畴。着装人体的热舒适 和热感觉不能视为同一概念，“热舒适 是指人体对热环境的主观热反应；而热感 觉主要是指皮肤感受器在热刺激下的反应1 3 】，它在人体舒适感中具有举足轻重的地 位，而且热感觉取决于人体的温度即取决于人体热量平衡与环境因素。 1 2 1 1 热舒适的研究 热舒适指的是温度舒适，即不感到热、也不感到凉的状态；或者，按照美国采 暖、制冷和空调工程师学会( a s h r a e ) 的定义，热舒适是人在心理上感到满足时 的状态，即热舒适是对热环境表示满意的意识状态1 4 1 。研究者在研究着装人体热舒 适感时发现【5 】：在热的不舒适的状态里，如果降低不舒适环境里的任何热应力，在这 2 第1 章绪论 个变化过程中人就会感到愉快，并由此而定义了在一定环境中的着装人体热舒适方 程式。 人体的热舒适性依赖于服装、环境气候和体力活动等。y a g l o u 和m i l l e r l 6 】曾提出 “有效温度”指标，用以表示人体在各种温度、湿度和流动空气中的暖感指数；g a g g e 等人f 7 】研究了短暂处于1 2 - 4 8 c 的稳定环境中裸体坐者的感官舒适性和热感觉，并得 出了人体热舒适感觉与被测试者的生理指标存在着某种关系。h e n s e l l 8 1 、c a r t e r e t e 和 f r i e d m u n 9 , 1 0 】研究了热舒适性的生理基础，并指出了热舒适和温度之间的不同，温度 主要源于皮肤热感受器，其被用于物体或环境热状态的评价，而热的舒适或不舒适 感则反映了热调节系统的总体状态，它取决于皮肤表面及体内深处热感受器信号的 综合。对于从人体着装试验出发，来研究人体不同舒适条件下衣下微气候温度范围 的分布情况，国内外许多学者以热生理和热舒适性为出发点，着重研究着装人体感 觉舒适的热平衡方程式、热舒适方程式和热感觉指数，并找出了衣内微气候的温湿 度与穿着舒适感的一些关系。 在丹麦科学家范格( f a n g e r ) 早期( 1 9 6 7 年) 的研究中，他对美国男女大学生 进行了在稳定状态着装条件下的测试，并在热平衡方程式的基础上得到了通用的人 体热舒适方程式【1 1 】： 丢) - 0 3 5 4 3 - 0 0 6 1 x 丢心以4 2 m - - 丝- ( 1 卅- 5 0 】 - o 0 0 2 3 等( 4 4 一只) 一0 0 0 1 4 等( 3 4 一t a ) ( 1 - 1 ) d l d h ；3 4 x 1 0 碣c t ( t d + 2 7 3 ) 4 一( t m r t + 2 7 3 ) 4 】+ 弦睨( 乞一乞) 此方程式对于任何类型的服装、任何类型的活动都能计算出所有合理的舒适气 温、空气湿度、平均辐射温度和相对风速，从而创建了人体在稳定条件下的热舒适 范围，但是它对于变量极端值的舒适方程式的可靠性有待于进一步研究。此外f a n g e r 还客观地表明了人体的热舒适感觉与人体的平均皮肤温度瓦有关。在此基础上他又 提出了预告平均指数( p m h 2 1 ，而温斯洛则认为舒适感与皮肤湿度线性相关，并通 过实验研究得出了人体不舒服皮肤湿度指数( d i s c ) 【1 3 】，b e l d i n g 则提出了热压指 数的概念1 1 4 1 ，所有这些热感觉指数都是以人体热平衡公式为基础来定量描述皮肤表 面热交换的全过程。 吴兑对多种人体舒适度预报公式的讨论得出，对人体感觉舒适影响最大的为环 境温度：当周围环境气温在3 1 7 0 c 左右时，全裸人体感觉舒适；单衣时，人体感觉舒 适的气温大体上在2 8 c 左右。 1 2 1 2 热感觉的研究 热感觉是产生于热感受器对恒定温度的反应和皮肤上放置织物后从皮肤冷过程 3 河北科技大学硕士学位论文 或到皮肤热过程的动态热传递过程。按照人体神经生理学的观点，人体皮肤与周围 环境接触所获得的触觉以及冷暖感觉，决定于人体皮肤表皮下面的感觉感受器以及 与其相连的神经纤维，它们是脑部从外界获取情报的唯一途径。其中自由神经末梢 是对温度的感受器。温度感受器有两种：冷感受器与热感受器。皮肤温度在1 3 3 3 。c 波动时，由冷感受器做出反应；皮肤温度在3 3 4 5 内波动时，热感受器发挥作用； 当皮肤温度低于1 3 或高于4 5 时，由于皮肤内的温度信息传递和痛感传递神经相 同，所以冷感或热感就被痛感所代替，从而引起痛感1 2 1 。 此外，g a g g e 等a j l 5 】还研究了在各种气候温度条件下运动中的人体舒适性、热感 觉和生理指标之间的关系。结果表明：在进行3 0 - 4 0 m i n 恒定强度运动后，人体温度 感觉从“冷 变为“热 ，主要与皮肤温度和气候温度有关系，且不舒服的热感觉主 要与皮肤的出汁率和热传导率相关。当环境温度为2 8 3 0 之问时，人体会感觉到温 度适宜且舒适，不需要进行生理温度调节；当环境温度较低时，人体皮肤平均温度 降低；而当环境温度较高时，会使人产生不舒适的感觉。对此，m c n a l l 等【1 6 】人则使 用了两个分别独立的9 级标尺来研究温度感觉和热舒适感觉。 1 2 2 衣内微气候研究 衣内微气候又称衣服微气候或服装气候。它通常是指为了适应外界大气环境， 人在穿着适当的服装时，人体与服装之间就形成了一种与外界气候不同的特殊局部 气候即衣内微气候。广义上，它是指人体皮肤与最外层服装表面之间所形成的空气 层，包括空气层的空气温度、湿度和气流分布，甚至包括微小空间内空气的成分等。 狭义上，它是指人体皮肤与最内层服装之间的空气层，包括该空气层所包含的空气 状态，如空气温度、空气相对湿度、气流速度等。衣内微气候的作用在于它能够保 护人体免受外界气候变化影响，在各种综合环境条件和体力活动下，使人体保持正 常的热平衡，并在皮肤表面形成一个舒适的微气候环境。 日本的原团博士通过对人体穿着的实验研究，最后用图示的方法将衣内微气候 的温湿度与穿着舒适感之间的关系表示出来。铃木幸夫通过测定不同季节着装人体 不同部位的试验得出：在普通气温和低气温下，空气相对湿度中等时，身体躯干衣 内微气候的温度在3 2 左右，湿度稳定在诎一6 0 ，被检者感觉比较舒适。若外界 气温上升到3 0 左右时，微气候的温度就上升到3 3 以上，人就会出显汗，服装微 气候区空气湿度明显上升，猛升到8 0 以上，导致被检者感到不舒适。 国内工学博士陈东生教授研究发现：在身体躯干的各个部位中，背部和腹部温 度较高，特别是腋窝处于高温状态，而胸部温度低，四肢的温度相对于躯干部较低。 所以，必须根据外界环境、人体活动状态的不同相应地调节着装，使服装内气候保 持在人体感到舒适的范围内。另外，衣下微气候温度随季节的变化是：腋窝、肋部、 4 第1 章绪论 腰部等受外界气温的变化影响较小，年内的变化仅为5 左右。胸、背、背和四肢 受外界气温变化的影响明显，越近身体末端，其服装最内层的温度变化越大。小臂、 大腿的变化为5 - 1 0 c ，小腿为1 0 - 1 5 c 1 2 。 张昌教授则研究了冬季人体着装时，服装微气候与人体冷热感之间的关系，找 出了人体在静止状态下，服装微气候在不同舒适感下的温湿度范围。 此外，东华大学的李俊、张渭源和王云仪教授从对人体着装部位问皮肤冷感受 之差异性研究中得出了在置信水平为口= 1 的条件下，身体部位受到冷刺激时呈现 的皮肤温度变化规律；以及人体各部位在受到同样强度的冷刺激时，其皮肤温度的 变化规律不尽相同，不同部位间存在差异性；在身体不同部位受到冷刺激时冷感受 性的敏感秩位方面，躯干部最为敏感，其次为下肢上部、上肢部、下肢下部【1 8 , 1 9 1 。 1 2 3 影响因素研究 由于皮肤与衣内微气候温度直接接触，所以皮肤温度( 体温) 与衣内微气候温 度关系极为密切，成线性关系。而不同舒适状态下衣内微气候温度感是受各种因素 综合作用的结果，所以在评价衣内微气候温度时，不应以某一单一指标来衡量着装 人体衣内微气候温度感，应综合运用多种影响因素来进行研究。对此许多学者进行 了众多研究。 ( 1 ) 研究人员发现空气温度直接影响人体与外界的热交换和人体自身的热平 衡，它对人体舒适度的影响很大，是衡量热舒适性的一项主要指标。空气湿度可以 直接或间接地从多个方面影响人体的舒适感。实验结果表明：当人体处于非静止状 态时，湿度将从一定程度上影响人体热感觉和皮肤的润湿度等；由于存在不对称的 辐射区( 比如寒冷的窗户、加热器) 、局部的对流冷却、与较冷或较热的地板接触或 人体头和脚之间存在垂直温度差等因素引起的局部性人体不舒适区，会对人体的热 舒适度造成很大的影响。 ( 2 ) 年龄因素由于不同年龄段人体体温调节机制功能的强弱和基础代谢率的 不同，使得不同的人随年龄的增大，体温有趋于下降的势头。如幼年时的体温比成 年的略高，到了老年，体温趋于降低【2 0 l 。 ( 3 ) 性别因素女性体内脂肪较男性为多，且人体的脂肪是不良导热体，因此， 肥胖者和女性通过表层的传导散热较一般人为少，使得女性体温比男性平均高0 3 c ， 据调查，清晨醒卧时的基础体温男子约为3 6 4 c ，女子约为3 6 7 c 1 2 0 。对于以上结 果的调查研究，2 0 0 7 年日本和韩国的科学家通过着装人体前后共2 5 个部位的主客观 实验，得出了男性人体皮肤温度比女性皮肤温度略低0 1 o 4 个百分点；同时也得出 男女性人体右侧部位温度低于左侧部位温度【2 1 1 ，这主要是由于人体的产热器官主要 集中在身体左侧所造成。 5 河北科技大学硕十学位论文 另外，2 0 0 6 年土耳其的科学家l b r a h i ma t m a c a 等人【2 2 】也进行了人体实验，得 出与日本科学家相同的结论，同时他们也指出人体胸部温度高于左背温度，又高于 后腰部温度。 ( 4 ) 季节因素对于季节变化而造成的人体感觉舒适的不同，英国的t o m o n o f i s a k o i 等人曾运用5 0 0 0 组数据对欧洲五个国家的人体进行测试，得出了男女不同性别 的人群在不同风速、不同外界温度、相同d o 值水平的条件下，着装人体的平均热舒 适感的异同【2 3 】。因此不同的季节，随着外界环境温度、湿度、太阳辐射、风速等变 化的不同，人体感觉舒适的衣内微气温度范围也就不同。 ( 5 ) 行为方式当人处于静止时，由于人体的主要产热器官是内脏和脑，骨骼 肌产热仅占全身的2 0 ，故散热较少，衣内温湿度也就较低。而当人处于运动状态 时，尤其是进行剧烈而持久的运动时，因代谢增强，产热量大增，暂时超过所能散 发的热量，可使体温暂时超过正常水平【2 0 1 。另外，正常人在高温环境中劳动时，体 温也可有暂时升高的现象。 ( 6 ) 面料不同纤维材料的内衣，由于其回潮率、吸湿性和放湿性、c l o 值等 的不同，导致着装人体感觉舒适的程度不同。如纯棉的吸湿性好，回潮率高，而涤 纶则反之，故穿涤纶内衣的温湿度感偏高。另外，服装面料的纱线结构、宽裕量及 弹性等也影响着人体主观感觉的舒适性【2 4 1 。 仞其它因素东华大学的吴海燕等人在人工气候室内进行的在着装人体环 境不变的情况下，研究环境噪音及环境色彩对着装温度舒适性的影响，发现噪音对 受试者的主观温度舒适性有显著影响，随着噪音的增大舒适感下降，暖感增加【冽； 红光使受试者的暖感增加；蓝光使受试者的凉感增加，且影响人体舒适性与否的主 要因素为温度感觉( 即热感觉) i 凋。 此外如情绪激动、精神紧张、体型和进食等情况对体温和衣内微小气候温度都 会有一些影响。 1 2 4 测量仪器研究 ( 1 ) 暖体假人早在2 0 世纪4 0 年代美国纳蒂克军需装备工程中心、德国霍恩 斯泰服装生理所及丹麦技术大学等，很早就开始了暖体假人的研究及应用，发表并 使用暖体铜人( h c a t c dm a n i m n s ) 来测定衣内气候的温湿度，并以此来找出符合人体 穿着舒适性的要求。日本文化女子大学田中研究室所研制的暖体假人采用1 3 分割部 位法来测得衣服内气候的温湿度。 ( 2 ) 微气候仪国外有许多科学家先后研制了许多不同种类的微气候仪，具体 有h a r d y 、b e h m a n n 、m e c h e d s 、w o o d c o d e 、尾崎、诸风、川端、丹羽、松本、若野 等人，国内有李毅、施楣梧等人研制的微气候仪i 型和i i 型来对微小气候进行研究； 6 第1 章绪论 林秀壁等人制作的简单出汗简体、崔慧杰等人模仿德国u m b a c h 博士的仪器研制了织 物动态热湿舒适性能汽相缓冲作用测试仪，以及2 0 0 0 年由中国人民解放军总后勤部 军需装备研究所的唐世君、谌玉红等人研制出的一种实用新型的衣内微气候测量装 置，该装置可用于测量微小气候区的平均参数【2 7 1 。 ( 3 )固态数据记录仪浙江杭州泽大仪器厂生产的z d r - m 2 0 固态数据记录仪，是 一种测量范围广、测量精度高、分辨率高、记录容量大的温湿度记录仪，它可用于 记录实验室、精密电子等环境中的温湿度参数变化测试。 1 3 相关领域的研究现状及本课题任务 1 3 1 研究进展、成果及不足 通过上一节的总结，我们可以看出：目前国内外学者对着装人体热舒适、热感 觉、热舒适方程式及衣内微气候的温度范围场做了一些研究，同时也对着装人体舒 适性的影响因素进行了一些探讨，并研制出了一些测量衣内微气候温湿度的仪器。 但是，仍然存在许多不足之处： 1 ) 在研究着装人体衣内微气候温度分布方面，只是对人体感觉舒适的衣内微气 候温度有一个总的评价范围，而没有达到对人体各躯干部位的衣内温度分布研究。 2 ) 在考虑衣内微气候影响因素方面，只是从一两个影响因素出发，缺乏对综合 影响因素的分析研究。 3 ) 缺乏对着装人体在不同季节下冷暖点确定的研究。 4 ) 没有详细指出着装人体不同舒适感下的各躯干部位的温度范围。 5 ) 缺乏对衣内微气候影响因素权重大小的综合评判。 因此，本课题正是针对以上情况，在前人研究的基础上，来对着装人体不同舒 适状态下各躯干部位的温度范围作更进一步的、更全面的、更深入的实验研究。 1 3 2 本课题的研究任务 衣内微气候温度分布受多种因素的影响，同时也影响着人体的热舒适感觉。研 究着装人体不同舒适状态下衣内微气候温度分布规律，必须从影响着装人体衣内微 气候温度的各种因素出发，设计出不同的试验方案，进行客观测试和主观评价，其 结论必将为不同领域的服装设计人员提供一定的科学数据。因此，对着装人体衣内 微气候不同舒适状态下温度分布规律的研究和设计将是本课题的主要任务。 1 4 课题主要研究内容 着装人体衣内微气候的温度是影响人体热舒适、热感觉的直接因素。本课题的 研究将从人体产热、散热机理出发，来研究着装人体不同舒适感下的衣内微气候温 度分布。并根据人体产热、散热机理，确定影响衣下微气候温度变化的各种因素， 7 河北科技大学硕士学位论文 研究其对温度影响的权重大小。最后根据客观测试结果和人体主观感受评价，对测 出的温度参数进行组合和优化，找出不同舒适状态时的最佳温度范围。 1 4 1 人体产热散热及热平衡理论 人体的产热、散热机理主要是由于人体在新陈代谢过程中要向外界散热。因此 人体体内就必须有两个控制体温的机理，即产热与散热。一方面为使体内的新陈代 谢过程中所产生的能量增加或减少；另一方面是通过改变皮肤表面的血液循环，控 制人体散热。而人体之所以能够保持恒定，就是因为体内产生的热量与散发的热量 保持平衡的缘故，即有一个令人满意的热平衡方程式，此时人体感觉舒适。 1 4 2内衣面料性能研究 由于内衣面料与人体皮肤直接接触，它的各项物理特性对衣内微气候温湿度的 变化及人体的主观舒适感会产生较大的影响，因此本文将在第4 章对预选用内衣面 料的性能进行测试并择优选择，以保证测试过程中不会因为内衣面料性能差异较大， 而引起衣内微气候湿度发生较大变化，从而在客观上影响对衣内微气候舒适度的评 价。 1 4 3 衣内微气候温度影响因素研究 着装人体衣内微气候温度感觉受多种因素的综合影响，它除受个体心理及生理 上的影响外，还受到年龄、性别、季节( 空气温度、相对湿度和太阳辐射等) 、地理位 置、人类活动水平、内衣面料性能、体型、噪音变化、环境色彩及其它因素的影响【删。 本文将着重研究年龄、性别、季节、人体行为方式及内衣面料等对衣内微气候温度 变化的影响。 1 4 4 确定研究部位 研究中主要根据医学生理学上人体产热、散热的关键部位主要集中在躯干部位 这一事实；东华大学的李俊博士等人【1 8 , 1 9 】在人体着装部位间皮肤冷感受之差异性研 究中发现：由于人体各部位冷感受敏感秩位不同，从而使得人体躯干部位高于四肢， 且人体躯干部位对冷刺激也较为敏感；并根据“i s o ( i n t c m a t i o no r g a n i z a t i o nf o r s t a n d i z a t i o n ) 1 2 9 】选取测量点数的原则，确定具有代表性的几个典型测试部位。 1 4 s 试验方案确定 1 ) 改变受试者行为方式，研究着装人体不舒适感时的衣内微气候温度分布规 律。 从性别、年龄、季节三方面研究受试者对主观舒适性感受的差异。 3 ) 研究几个典型测试部位对主观舒适性感受的差异。 8 第1 章绪论 4 ) 选择不同内衣面料引起的着装人体主观舒适性感受的差异。 1 4 6 客观试验和主观评价 ( 1 ) 客观试验主要是通过灵敏度高、准确度高的固态数据记录仪对人体各躯 干部位衣内微气候温度依次进行测定。 ( 2 ) 主观评价人体不同舒适状态下的主观评价：采用m c n a l l 热舒适和热感觉 的9 级标尺来进行评价。 1 4 7 对测试结果研究分析 主要是采用数理统计学的区间估计法和模糊数学的直观方法，对各个试验方案 的数据进行准确选择。 9 河北科技大学硕士学位论文 第2 章人体产热散热及热平衡理论 本课题在研究着装人体衣内微气候温度分布之前，需对人体产热、散热及热平 衡理论进行探讨，这是由于人体产热量的增加会使衣内微小气候温度随之升高；而 散热量的增加会使衣内微小气候温度随之降低的缘故。 人作为有机生命体，与其它物体或周围环境的能量交换比较复杂。人摄入食物 经氧化转化为能量，二部分用于人体各器官的运动和对外作功，另一部分转化为维 持一定体温所需的热量，如果有多余的热量还要释放到周围环境中【3 0 l 。人体的这种 产热量与散热量平衡的原理主要是取决于人体本身代谢水平的高低。这是由于人体 在新陈代谢过程中要向外界散热。因此人体体内就必须有两个控制体温的机理，即 产热与散热。一方面为使体内的新陈代谢过程产生的能量有所增加或减少；另一方 面是通过改变皮肤表面的血液循环控制人体散热。 2 1 人体产热机理分析 人体的产热机理主要取决于代谢水平的高低。- 人体在正常代谢过程中，各组织 器官都要产生一定的热，其中骨骼肌是人体最重要的产热器官。安静时，人体的主 要产热器官是内脏器官，尤其是肝脏的代谢最旺，产热量最多，其次是肾，此时骨 骼肌产热仅占全身的2 0 ；人体运动时，这个比例便大幅度上升；剧烈运动时，骨 骼肌产热可高达人体总产热量9 0 以上。 而人体正常体温的恒定，是由于机体所产生的热量与所散的热量两者之间保持 动态平衡的结果，也称体热平衡。这种体热平衡是通过人体皮肤一衣内微小气候一 服装一环境来实现的。当人体产热量多于散热量时，人体体温升高，衣内微气候也 就随之升高，此时人体就需要通过皮肤将多余的热量散发出去，否则人体的各种生 理机能就会受到损害；反之，当人体散热量超过产热量时，人体体温降低，衣内微 气候温度也会随之降低，此时人体就需要通过多种方式来促使人体产热以维持人体 的体热平衡。人体的产热方式主要有以下几种。 2 1 1 基础代谢产热 基础代谢是指人体从外界摄取食物，通过消化吸收把食物的化学能转交成热能 和机