服装湿阻测试方法出汗暖体假人法-编制说明

制定国家标准《服装湿阻测试方法 出汗暖体假人法》编制说明一、工作简况（一）任务来源根据国标委发[2018]68号文《国家标准委关于下达<纺织品短链氯化石蜡的测定>等182项国家标准制修订计划的通知》，对国家标准《服装湿阻测试方法出汗暖体假人法》进行制定，项目编号2016-0905T-FZ。（二）制订标准的意义服装热湿舒适性在职业安全、野外探险、工业化生产、运动、医疗、健康等各行各业的服装中具有广泛的应用， 是反映服装性能的重要参数。 服装湿阻是反映服装热湿舒适性的重要指标之一， 主要表征服装蒸发散热的能力。 服装的湿阻可用于确定人体在不同环境条件下的舒适性、 热应激和冷应激。在国内外的很多职业服装、户外服装、运动服装和特种服装相关的标准中均提及透湿指数或湿阻指标。鉴于服装湿阻的重要性，为了与国际接轨，国内建立了织物湿阻的测试方法。然而，一套服装的湿阻取决于服装的款式和各部分所用的材料、 服装对人体的覆盖率、服装的层数、合体性、散热表面积等因素。同时，环境、人体运动等因素都会对其测量结果造成影响。 在不同的人体部位，服装的湿阻也不同。而织物的湿阻测量并不考虑这些因素，它不能代表服装的局部湿阻与总湿阻。服装的湿阻可以在受试人体上进行直接测量，这种方法给出的数据真实可靠，但要求精密仪器设备、耗时长并且因人而异。出汗暖体假人不仅可以模拟人体与环境之间的热湿传递，而且测量结果客观准确、可重复。建立一套运用出汗暖体假人测量服装湿阻的标准方法，在评价服装热湿舒适性能、功能与防护服装设计、热生理学模型建立等方面具有重要意义。服装湿阻的测试方法能用来量化和比较不同服装系统的湿阻。服装湿阻的测量过程复杂且依赖于所使用的仪器和技术。在湿阻测试方法中，建立足以涵盖所有意外情况的详细资料是不实际的，但建立标准化的方法可以减少测试误差。（三）起草单位该计划项目由全国服装标准化技术委员会归口。标准起草小组由苏州大学、上海纺织集团检测标准有限公司等相关企业组成。（四）主要工作过程2014年7月-2014年12月，标准起草小组收集并分析了国内外相关资料，并在服装生产企业对服装的透湿性能和测试要求进行调研，确立了服装湿阻测试的测定方法标准建立的必要性，为标准制定工作打下了基础。2015年1-12月，标准起草小组研究了国外服装产品湿阻的测量方法，对服装湿阻的测量方法相关技术问题进行深入研究，建立了稳定的服装湿阻测评方法，并与美国标准进行校对比较，建立了相关关系。2016年1-12月，标准起草小组对比国外服装产品湿阻计算方法，设定不同的测定条件对服装湿阻测量进行大量的实验验证， 初步建立了服装湿阻的校准方法。2017年1-10月，标准起草小组对标准的服装湿阻的测定方法进行整理，完成了本标准草稿的撰写，并提交国家标准化委员会，申请标准研制立项。2017年11月-2018年12月，标准起草小组进一步设计进行服装湿阻测试实验验证。根据实验结果对标准的部分内容进行修改与补充， 形成工作讨论稿，对标准中关键技术问题进行研讨。2019年1-5月，标准起草小组认真考虑各方意见，编写标准编制说明和标准初稿。2019年9月，完成征求意见稿和编制说明，在行业内征求意见。二、编制原则和主要内容的确定（一）编制原则本标准按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》和GB/T20001.4—2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》的格式和架构进行编写。本标准合理地吸纳国际相关标准的内容，尽可能地与国际标准接轨。本标准研制过程中，起草小组参考了国外服装湿阻测量的相关标准，结合国外内关于服装湿阻测试的研究成果，确定了服装湿阻的测定方法。使标准内容合理并具有可操作性。本标准考虑了目前国内服装生产企业和消费者的实际需求，确定了服装湿阻的测定方法，便于服装生产企业和消费者根据湿测定值来判断服装产品的热湿舒适性能。本标准的修订是本着“技术先进，符合国情”为原则，在选择产品标准各项技术内容时，遵循目的性原则、性能特性原则和可检验性原则。（二）主要内容确定1、标准名称标准的名称与立项时一致。2、范围的确定本标准包括整套服装湿阻的测定。它描述了在一个相对平稳的环境里，利用出汗暖体假人测量服装湿阻的测试方法。本标准仅提供了利用直立的出汗暖体假人测量服装湿阻的测试方法，不包括人体姿势和运动对湿阻的影响。每个测试中所获得的湿阻值只适用于特定条件下被测的特定服装，特别是风速和出汗模拟条件。3、规范性引用文件依据我国相关技术标准，增加了“规范性引用文件”里的内容，修改了规范性引用文件的说明部分，将相关引用技术标准替换为我国同类技术标准。GB/T6529纺织品调湿和试验用标准大气GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T11048纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定（蒸发热板法）GB/T18398服装热阻测试方法 暖体假人法4、术语和定义术语和定义包括整套服装、服装面积因子、服装湿阻、服装总热阻、出汗暖体假人。5、测试方法（1）依据国内外使用的暖体假人规格和尺寸，将假人的尺寸范围设定在较为宽泛的范围，以保证更多的假人满足本测试标准。假人身高在1.5m～1.9m之间，体表面积在1.5m2～2.1m2之间。暖体假人的尺寸应与服装的标准尺寸相符，不合身的服装会影响测试结果。（2）在实验步骤中，假人表面温度、环境温度、水温均设定为34℃。该温度的设定主要考虑出汗时人体的平均皮肤温度为34℃。在很多相关研究文献中，均采用该温度测量服装的湿阻。（3）对等温环境下，对相对湿度的设定也做了规定，即相对湿度应为30±5%～70±5%。相对湿度的设定与假人各部位的散热量有关，应保证各部位散热量均大于20W/m2。这样可以减少测量误差。当假人穿着轻薄的服装时，如果相对湿度设定为40%，因水蒸气压差较大，所以假人出汗率应设置较大，否则皮肤表面很容易出现局部干燥情况，影响测试结果。如果在测试时没有注意该情况，很容易导致测试结果偏大。事实上，如果出汗率设置较大，测试的服装会吸收很多的水分，影响服装的穿着状态，对测试结果势必会产生影响。具体出汗率的影响如下。（4）针对出汗率设定，本标准也做了相应规定，即“在测试期间，整个假人表面必须有可供蒸发的足够的水分。 在服装湿阻测试时，应采用与校准过程相同的供水方式供给假人表面，以保证假人表面始终处于润湿状态。 假人的出汗率设定在400~1200ml/hr?m2之间，应该保证测试过程中假人全身各部位均为润湿状态，任何部位不能出现干燥现象”。为了验证出汗率对服装湿阻的影响，本标准选取了5件服装进行了相关实验验证。表1测试用服装信息服装编号构成Rt重量透湿指数(im)(clo)(g)Nude裸体0.50289.20.52En1棉内裤，针织棉短裤，涤纶运动0.68367.90.50短袖T恤En2棉内裤，棉长袖衬衫，涤纶长裤1.00605.20.43棉内裤，长袖内衣裤（84%涤纶En314%棉2%氨纶），连体服装（88%1.231615.80.28棉,12%尼龙）En4棉内裤，连体服装（88%棉,12%1.031173.20.26尼龙）En5棉内裤，棉长袖内衣裤，羽绒服，1.451464.20.44羽绒裤（90%鸭绒）表2出汗率设置测试条件所有区段400ml/hr?m2出汗率Sw_400Sw_800所有区段800ml/hr?m2Sw_1200所有区段1200ml/hr?m22胸部、腹部、腰、肩、背部：面和头：1200ml/hr?m;Sw_variable2上臂、大腿：2小臂和小腿：1000ml/hr?m;800ml/hr?m;22600ml/hr?m;手和脚：400ml/hr?m图1不同测试条件下的湿阻Tsk,f由图1可知，除了En3和En5之外，其他服装在不同的出汗率条件下测试的湿阻没有显著变化。对于EN3,出汗率为400ml/hr?m2时，测试的湿阻值明显大于其他测试条件，并且EN5在出汗率为400ml/hr?m2时测试的湿阻值明显大于1200ml/hr?m2。进一步分析原因，发现这两套服装在出汗率为400ml/hr?m2时某些部位因服装吸湿量较大，皮肤表面出现局部干燥现象，进一步证实了上述观点。只要皮肤表面没有（5）针对等温条件下采用散热法计算服装的湿阻进行了校正。在等温条件下使用暖体假人基于散热法测量服装湿阻时，暖体假人表面穿着了一层湿润的皮肤衣。由于当前的暖体假人仅能控制皮肤表面温度，而皮肤衣表面的温度不受控制，因水分蒸发降温作用导致皮肤衣表面的实际温度低于暖体假人表面的温度和环境温度，即织物皮肤表面温度 <空气温度Tair=暖体假人表面温度Tsk。由假人测得的因水分蒸发导致的能量损失小于实际情况，散热法测得的服装湿阻值大于蒸发法。因而，使用散热法计算服装湿阻前应对假人的蒸发散热量进行校准。假人表面、湿的皮肤衣到周围空气的热量交换过程如下图所示，包括传导、对流和辐射三种方式。在等温条件下，水分从皮肤衣蒸发不仅从假人表面吸收能量，而且会从环境中吸收能量，因此实际蒸发散热量需要进行修正。其次，皮肤衣表面的温度低于假人表面温度， 水分蒸发发生在皮肤衣表面， 因此饱和水蒸气压需要校准。假人表面 皮肤衣Tsk,f假人表面对流皮肤TskTair辐射传导图2等温条件下湿阻测试时传热示意图综合考虑上述因素，采用并联法计算服装的总湿阻如公式A.1所示。exp(18.9564030.184030.18pskTsk,f)RHskexp(18.956)RHapa235Tair235RetHeva/A(公式A.1)He/ARet服装总湿阻（kPa?m2/W）Psk假人出汗表面的水气压（kPa）Pa服装表面流动空气的环境水气压（kPa）A假人表面出汗的面积（m2）He假人出汗部位所耗的功率（W）Tsk假人表面温度（C）Tair服装表面流动空气的环境温度（C）Tsk,f织物皮肤表面温度（C）RHa环境湿度（％）RHsk织物皮肤湿度（％）Heva水分从皮肤表面蒸发吸收的能量（W）在等温条件下，水分蒸发消耗的能量为：HevaHeHenv(公式A.2)Henv假人从环境吸收的能量（W）假人从环境吸收的能量计算如下：HenvATairTsk,f(公式A.3)Rt,wRt,w服装吸湿后的总热阻（ C?m2/W）在湿阻测试过程中，服装通常会吸湿。服装湿态下的热阻会下降，其下降量Rt可计算为：Rt(%)

0.0000001wt3

0.00016 wt2

0.1004 wt

(公式

A.4)因此，湿态服装的热阻计算如下：Rt,w

Rt

(1

Rt/100)

(公式

A.5)Rt

服装热阻下降量（

C?m2/W）Rt服装总热阻（ C?m2/W）wt 服装测试过程中吸收的水分（ g）皮肤衣表面温度可根据公式 A.5估计Tsk,f

34.0 0.0132

He

/A

(公式

A.6)将公式

A.3–A.6

代入公式

A.2,

可知水分蒸发实际消耗的能量HevaHeA(Tair34)0.0132He(公式A.7)Rt(11109wt31.6106wt21.004103wt)在等温条件下，环境温度设定为34℃，因此公式A.7可简化为Heva10.0132He(公式A.8)(11109wt31.6106wt21.004103wt)Rt将公式A.8和A.6代入A.1即可计算校正后的服装总热阻为exp(18.9564030.18)100exp(18.9564030.18RHa2690.0132)RetHe/A269(公式A.9)0.0132He/A1Rt(11109wt31.6106wt21.004103wt)选取7种情况对上述校正的计算公式进行验证。表3验证用服装信息服装编成分Rt重量号(clo)(g)EN1棉内裤，针织棉短裤，涤纶运动短袖T恤0.81270.0EN2棉内裤，棉长袖衬衫，涤纶长裤1.13610.0棉内裤，长袖内衣裤（84%涤、14%棉、2%氨纶），长裤EN3（外层：51%羊毛、36%莫代尔、13%氨纶；内层：96.5%1.531788.9涤纶、3.5%氨纶），夹克（外层：涤纶；内层：棉）；军服（50%尼龙、50%棉）棉内裤，长袖内衣裤（84%涤、14%棉、2%氨纶），长裤（外层：51%羊毛、36%莫代尔、13%氨纶；内层：96.5%EN4涤纶、3.5%氨纶），棉夹克（87.5%涤纶、12.5%尼龙），2.502770.9运动鞋，棉袜，涤纶面罩棉内裤，长袖内衣裤（84%涤、14%棉、2%氨纶），长裤EN5（外层：51%羊毛、36%莫代尔、13%氨纶；内层：96.5%1.831835.4涤纶、3.5%氨纶），棉夹克（87.5%涤纶、12.5%尼龙）NUDE裸体，无风0.64289.21NUDE裸体,风速0.4m/s0.50289.22图3热量损失法校正前（Retheat）校正后(Retheat,Corr)和质量损失法（Retmass）计算的湿阻比较图由图3可知，热量校正后，散热法计算的湿阻均显著小于校正前，且校正后的散热法计算的湿阻和蒸发法计算的湿阻没有显著差异。上述结果表明，经过校正后的计算方法与蒸发法得出的结果具有一致性，该方法解决了国际上目前存在普遍规律，即散热法计算的湿阻大于蒸发法计算的湿阻，但蒸发法相对比较麻烦，对测试的熟练程度和要求较高。因此，采用本标准的计算方法可以解决上述问题，具有明显的先进性。三、涉及国内外专利及处置情况本标准的制定均为标准起草单位的技术，不涉及国内外相关专利技术。四、预期达到的社会效益等情况本标准将建立一套运用出汗暖体假人测量服装湿阻的方法， 可量化和比较不同服装系统的湿阻，用于评价服装热湿舒适性能和建立热生理学模型， 促进功能与防护服装设计与研发。通过本标准建立的标准化的测试方法可以有效减少测试误差，促进行业的发展。本标准的建立将有助于提升我国相关服装产品的质量和性能，满足国际产品标准中对服装湿阻参数的要求， 增加产品的国际竞争力，对我国服装行业的发展有着不可估量的作用。此外，通过本标准的制定和实施，作为面料湿阻检测标准的升级版，将进一步推动检测行业和检测设备的发展，不再局限于通过测试面料湿阻预估服装湿阻，评价服