CN117538370A - 模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，将待测服装悬挂或平摊在规定温湿度的气候室中预调湿；将标准样衣穿着在暖体假人身上，对暖体假人进行预热；将标准样衣从暖体假人身上脱下，并换上待测服装，开始进行保暖性和冷暖感测试，控制系统维持暖体假人体表单位面积的散热功率为标准人散热功率，暖体假人—服装试样—环境系统的传热经过非稳态传热进入稳态传热后，再维持10分钟测试结束；测试过程中记录假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线；最后进行服装保暖性和冷暖感分析。本发明使用恒定加热功率的暖体假人测试评价服装保暖性、冷暖感以及体表温度不均匀分布，测试结果更加符合人体的实际感受。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法。
背景技术
保暖性能是服用纺织品的一项重要指标，代表了热流从人体通过服用纺织品向外界环境传递的难易程度，通常以热阻作为指标来度量。不同的外界环境下需选择合适热阻的服装，以保证人体生理机能的正常运作和提高热舒适性。在炎热的环境中常选用热阻较小的服用纺织品来减少热流通过的阻力，以增加人体向环境的散热量，避免体温过高；在寒冷环境中则需提高服用纺织品的热阻来减小人体和外界环境的热交换速率，以维持人体正常活动的必要体温。因此科学、准确地测试服用纺织品的保暖性能显得尤为重要。
平面型纺织品的保暖性能一般使用平板式保暖仪进行测试，所依据的测试方法和标准主要有：ISO 5085-1/2:1990《纺织品热阻的测定(分低热阻、高热阻两部分)》、ISO11092:2014《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)》、ASTM D7024-2004《纺织材料稳态和动态热性能标准测试方法》、ASTMD1518-14《棉絮体系热阻测试方法(热板法)》、ASTM F1868-2014《服装材料热阻和湿阻的试验方法-蒸发热板法》、JIS L1096：2010《机织物和针织物测试方法8.27保温性A法(恒温法)》、FZ/T 01029-93《纺织品稳态条件下热阻和湿阻的测定》、GB/T 11048-2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》等等。使用上述仪器和方法测试纺织品的保暖性时，需要将纺织品裁剪成规定尺寸的标准样品后才能进行测试，因此这些仪器和方法比较适合测试织物等薄型平面状纺织品，而不适合由一种或者数种材料组合制成的曲面状服装。因为裁剪会改变服装蓬松度或厚度、表面形态等结构参数，破坏原有的传热通道，使测得的样品保暖性无法等同于服装原有保暖性。
服装往往由面料、里料、辅料和填充材料等缝制而成，其保暖性和舒适性不但与各种原材料性能有关，还与组合方式高度相关，所以需要直接测试考核成品服装的保暖性。目前国内外主要使用暖体假人和出汗假人来模拟人体和环境之间的热传递和热湿耦合传递，可直接测试服装的保暖性和热湿舒适性，所依据的标准和方法主要包括：ASTM F 2732-2011《确定寒冷天气防护服温度额定值的标准操作规程》、ANSI/ISEA201-2012《冷环境下保暖服装分级》、BS EN ISO 15831:2004《服饰生理效应用热的人体模型法测量隔热性》、DINEN 342:2004《防护服套装和服装的防冷》、CN104865290A《模拟人体形状的立式成衣保温性能测试仪》等。
纺织品的冷暖感对人体热舒适性也至关重要，尤其在纺织品与人体接触初期，由于温差而引起的热量传递相对于稳态时更为剧烈，温度刺激会在人的大脑中形成关于纺织品冷暖的判断。对于夏用纺织品，人们希望与其接触时具有凉爽感；对于冬季纺织品，人们不仅希望其防寒保暖，更希望在接触初期具有温暖感或冷感比较低。目前常用KES公司生产的Thermo Labo II热性能测试系统测试织物与人体接触瞬间的最大热流量Qmax来表征织物的冷暖感。Qmax值大，代表接触瞬间织物从人体吸收的热量多，冷感强；反之则代表织物从人体吸收的热量少，冷感弱。此外，Lubos Hes曾提出使用纺织品的热吸收能力b来代表纺织品的冷暖感。热吸收能力b是一个与导热系数、密度和比热有关的物理量，由于其无法直接测量，因此在实际表征冷暖感时并不常用。申请号为CN201210587792.8、CN201410531445.2和CN201710093428.9的发明专利都从热功率的角度出发，以最大瞬态热流量、冷感时间、冷感时段总散热量等指标来表征纺织品的冷暖感，但这些专利中测试的预处理环境、测试板功率控制逻辑和指标计算方法等方面有所不同。
使用上述仪器和方法虽然可以较为准确地测得薄型平面状织物和曲面状服装的保暖性能和冷暖感，但是也存在以下缺陷：
(1)测试保暖性时，都以温度传感器和加热装置来监测并控制测试区域的温度，使测试区域温度维持在某个恒定值，即当外界环境温度较低或者服装保暖性较低时，仪器会迅速增加供热功率以维持温度恒定；当外界环境温度较高或者服装保暖性较高时，仪器又会迅速降低供热功率，甚至停止供热以避免测试板温度过高。然而不同环境下，人体实际散热功率通常维持在一个较为稳定的值，因此通过这种大幅度改变供热功率以维持测试板温度恒定的温控方式测得的服装保暖性并不能很好地表征人体实际着装时服装产品真实的保暖情况。
(2)当服装各部位保温性能有差异时，仪器通常采取改变各部位所对应测试区域的加热功率的方式来维持整体温度的一致性，因此无法体现当服装保暖性不均匀时人体表面的温度不均匀分布，也无法给出纺织品保暖性的离散性。
(3)仪器测试板和服装纺织品接触初期，由于两者温差较大，供热功率会明显上升，当达到最大值后缓慢下降并最终趋于稳定，因此通常使用热功率的变化率或者变化量等指标来表征服装的冷暖感。然而实际人体与服装接触时，人体散热功率的变化较小，服装的冷暖感主要体现在服装对人体体温的影响程度，因此只有从温度的角度出发，才能更好的分析冷暖感。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法。所谓标准人是指该人体体表单位面积向环境的散热功率等于众多消费者在体感舒适情况下的平均散热功率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：试样温湿度平衡；
将待测服装悬挂或平摊在规定温湿度的气候室中预调湿24小时以上；
第二步：仪器预热；
将标准样衣穿着在暖体假人身上，对暖体假人进行预热；
第三步：测试；
将标准样衣从暖体假人身上脱下，并换上待测服装，开始进行保暖性和冷暖感测试，控制系统维持暖体假人体表单位面积的散热功率为标准人散热功率，暖体假人—服装试样—环境系统的传热经过非稳态传热进入稳态传热后，再维持10分钟测试结束；测试过程中记录假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线；
第四步：服装冷暖感分析；
测试时，在暖体假人脱下标准样衣并换上待测服装的初始阶段，由于两者存在较大温差，热量从暖体假人迅速向服装传递，使得假人体表温度下降，初始阶段暖体假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线用来计算服装的冷暖感指标。以初始阶段暖体假人体表平均温度下降的最大变化率TCmax、体表最低平均温度Tmin、冷感持续时间Tt作为指标组合表征服装冷暖感；
所述初始阶段是指暖体假人穿上待测服装后非稳态传热的阶段；
第五步：服装保暖性分析；
采用体表温度彩图和热阻二类指标表征试样的保温性。
优选地，所述第一步中，根据服装使用环境设置假人所在气候室的温湿度和风速，以模拟服装在实际穿着时的散热情况。
优选地，所述第二步中，暖体假人开始预热后，加热装置的功率控制单元将控制暖体假人各部位以标准人的散热功率55w/m2向外散热。
优选地，所述第二步中，标准样衣的作用为保证暖体假人在所处的温湿度和风速环境下以标准人的散热功率向外散热时，且暖体假人的体表各部位温度维持在33.5±0.5℃范围内。
优选地，所述第二步和第三步中，所选标准样衣、待测服装的尺码需与暖体假人尺寸相配套，两者合体性控制在GB/T1335.1-2008《服装号型男子》或者GB/T1335.2-2008《服装号型女子》的规定允差范围。
优选地，所述第三步中，稳态传热阶段暖体假人体表平均温度式中n为暖体假人体表各部位所分布的温度传感器个数；Ti为第i个传感器所对应的温度；Ai为第i个传感器所对应的暖体假人体表面积。
优选地，所述第三步中，暖体假人正前方放置有红外温度传感器，可实时记录测试过程中服装表面的温度分布和平均值。
优选地，所述第四步中，体表平均温度的最大变化率式中，t为时间，T(t)为测试开始t时间后暖体假人体表的平均温度，TCmax值越大表明温度下降速率越快，冷感越剧烈。
优选地，所述第四步中，体表最低平均温度Tmin为测试初始阶段，由于服装冷感而导致暖体假人体表达到的最低温度，Tmin值越小表明服装对体表平均温度影响程度越高，人体感到的极限冷感越强。
优选地，所述第四步中，冷感持续时间Tt为暖体假人穿上待测服装后非稳态传热所持续的时长，Tt值越大表明人体感到的冷感越久。
优选地，所述第五步包括如下步骤：
步骤5.1：体表温度彩图制作，根据暖体假人身体各部位所分布的多个温度传感器的数据，在电脑上生成暖体假人体表前后身的温度分布彩图以及平均温度，用以形象地表征服装局部和整体的保暖性。
步骤5.2：依据稳态传热阶段暖体假人的散热功率W、体表平均温度Ts、服装表面平均温度Tf和环境温度Ta，用公式(1)和(2)计算服装与其表面附着空气层的总热阻RT和服装自身热阻RC：
相比现有技术，本发明提供的模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法具有如下有益效果：
(1)暖体假人以控制恒定散热功率的方式，模拟标准人在不同环境温湿度和风速条件下通过服装向外散热的过程，并以暖体假人体表温度为指标，可更加直观通俗地表征服装的保暖性；
(2)当暖体假人体温低于某一安全温度时，表明在此环境下该服装提供的保暖性不够，需穿着更保暖的服装才可保证生命安全，对极寒环境下的着装具有重要指导作用；
(3)可在更加接近人体实际体感的情况下测试服装的热阻，避免了暖体假人体表和真人体表温差造成的测试误差；
(4)可给出暖体假人体表的温度分布，表征服装各部位不同的保暖性能；
(5)使用暖体假人体表平均温度的最大变化率、体表最低平均温度、冷感持续时间作为指标组合表征服装冷感的剧烈程度、极限冷感和持续时间，测试结果更加符合人体的实际感受。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步阐述。
本发明提供了一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，包括如下步骤：
第一步：试样温湿度平衡；
将待测服装悬挂或平摊在规定温湿度的气候室中预调湿24小时以上。
根据服装使用环境设置假人所在气候室的温湿度和风速，以模拟服装在实际穿着时的散热情况。
第二步：仪器预热；
将标准样衣穿着在暖体假人身上，对暖体假人进行预热。
暖体假人开始预热后，加热装置的功率控制单元将控制暖体假人各部位以标准人的散热功率向外散热。根据国际标准ISO 11079-2007公布的数据，标准人散热功率约为65w/m2，而我们测试的华裔标准人散热功率稍低，约为55w/m2。
标准样衣的作用为保证暖体假人在所处的温湿度和风速环境下以标准人的散热功率向外散热时，且暖体假人的体表各部位温度维持在33.5±0.5℃范围内。
所选标准样衣的尺码需与暖体假人尺寸相配套，两者合体性控制在GB/T1335.1-2008《服装号型男子》或者GB/T1335.2-2008《服装号型女子》的规定允差范围。
第三步：测试；
将标准样衣从暖体假人身上脱下，并迅速换上待测服装，开始进行保暖性和冷暖感测试，控制系统维持暖体假人体表单位面积的散热功率为标准人散热功率，暖体假人—服装试样—环境系统的传热经过非稳态传热进入稳态传热后，再维持10分钟测试结束；测试过程中记录假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线；
所选待测服装的尺码需与暖体假人尺寸相配套，两者合体性控制在GB/T1335.1-2008《服装号型男子》或者GB/T1335.2-2008《服装号型女子》的规定允差范围。
暖体假人正前方放置有红外温度传感器，可实时记录测试过程中服装表面的温度分布和平均值。
稳态传热阶段暖体假人体表平均温度式中n为暖体假人体表各部位所分布的温度传感器个数；Ti为第i个传感器所对应的温度；Ai为第i个传感器所对应的暖体假人体表面积。
第四步：服装冷暖感分析；
测试时，在暖体假人脱下标准样衣并换上待测服装的初始阶段，由于两者存在较大温差，热量从暖体假人迅速向服装传递，使得暖体假人体表温度下降，初始阶段假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线用来计算服装的冷暖感指标。以初始阶段暖体假人体表平均温度下降的最大变化率TCmax、体表最低平均温度Tmin、冷感持续时间Tt作为指标组合表征服装冷暖感；
所述初始阶段是指暖体假人穿上待测服装后非稳态传热的阶段。
体表平均温度的最大变化率式中t为时间，T(t)为测试开始t时间后暖体假人体表的平均温度，TCmax值越大表明温度下降速率越快，冷感越剧烈。
体表最低平均温度Tmin为测试初始阶段，由于服装冷感而导致暖体假人体表达到的最低温度，Tmin值越小表明服装对体表平均温度影响程度越高，人体感到的极限冷感越强。
冷感持续时间Tt为暖体假人穿上待测服装后非稳态传热所持续的时长，Tt值越大表明人体感到的冷感越久。
第五步：服装保暖性分析；
采用体表温度彩图和热阻二类指标表征试样的保温性，前者通俗直观更加接近实际使用情况，后者是目前检测和研究领域的常用指标。具体包括如下步骤：
步骤5.1：体表温度彩图制作，根据暖体假人身体各部位所分布的多个温度传感器的数据，在电脑上生成暖体假人体表前后身的温度分布彩图以及平均温度，用以形象地表征服装局部和整体的保暖性。
步骤5.2：依据稳态传热阶段暖体假人的散热功率W(J/s)、体表平均温度Ts(℃)、服装表面平均温度Tf(℃)和环境温度Ta(℃)，用公式(1)和(2)计算服装与其表面附着空气层的总热阻RT(m2×℃/w)和服装自身热阻RC(m2×℃/w)；
本实施例中，使用恒定加热功率的暖体假人测试评价服装保暖性、冷暖感以及体表温度不均匀分布，可更加直观通俗地表征服装的保暖性，可在更加接近人体实际体感的情况下测试服装的热阻，避免了暖体假人体表和真人体表温差造成的测试误差，实验表明，本实施例方法的测试结果更加符合人体的实际感受。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：试样温湿度平衡；
将待测服装悬挂或平摊在规定温湿度的气候室中预调湿24小时以上；
第二步：仪器预热；
将标准样衣穿着在暖体假人身上，对暖体假人进行预热；
第三步：测试；
将标准样衣从暖体假人身上脱下，并换上待测服装，开始进行保暖性和冷暖感测试，控制系统维持暖体假人体表单位面积的散热功率为标准人散热功率，暖体假人—服装试样—环境系统的传热经过非稳态传热进入稳态传热后，再维持10分钟测试结束；测试过程中记录假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线；
第四步：服装冷暖感分析；
测试时，在暖体假人脱下标准样衣并换上待测服装的初始阶段，由于两者存在较大温差，热量从暖体假人迅速向服装传递，使得假人体表温度下降，初始阶段假人体表各部位平均温度随时间变化的曲线用来计算服装的冷暖感指标；以初始阶段暖体假人体表平均温度下降的最大变化率TCmax、体表最低平均温度Tmin、冷感持续时间Tt作为指标组合表征服装冷暖感；
所述初始阶段是指暖体假人穿上待测服装后非稳态传热的阶段；
第五步：服装保暖性分析；
采用体表温度彩图和热阻二类指标表征试样的保温性。
2.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第一步中，根据服装使用环境设置假人所在气候室的温湿度和风速，以模拟服装在实际穿着时的散热情况。
3.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第二步中，暖体假人开始预热后，加热装置的功率控制单元将控制暖体假人各部位以标准人的散热功率55w/m2向外散热。
4.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第二步中，标准样衣的作用为保证暖体假人在所处的温湿度和风速环境下以标准人的散热功率向外散热时，暖体假人的体表各部位温度维持在33.5±0.5℃范围内。
5.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第二步、第三步中，所选标准样衣、待测服装的尺码需与暖体假人尺寸相配套，两者合体性控制在GB/T1335.1-2008《服装号型男子》或者GB/T1335.2-2008《服装号型女子》的规定允差范围。
6.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第三步中，稳态传热阶段暖体假人体表平均温度式中，n为暖体假人体表各部位所分布的温度传感器个数；Ti为第i个传感器所对应的温度；Ai为第i个传感器所对应的暖体假人体表面积。
7.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第三步中，暖体假人正前方放置有红外温度传感器，所述红外温度传感器实时记录测试过程中服装表面的温度分布和平均值。
8.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第四步中，体表平均温度下降的最大变化率式中t为时间，T(t)为测试开始了t时间后暖体假人体表的平均温度，TCmax值越大表明温度下降速率越快，冷感越剧烈。
9.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于：所述第四步中，冷感持续时间Tt为暖体假人穿上待测服装后非稳态传热所持续的时长，Tt值越大表明人体感到的冷感越久。
10.如权利要求1所述的一种模拟标准人体感的服装保暖性和冷暖感的检测方法，其特征在于，所述第五步包括如下步骤：
步骤5.1：体表温度彩图制作，根据暖体假人身体各部位所分布的多个温度传感器的数据，在电脑上生成暖体假人体表前后身的温度分布彩图以及平均温度，用以形象地表征服装局部和整体的保暖性；
步骤5.2：依据稳态传热阶段暖体假人的散热功率W、体表平均温度Ts、服装表面平均温度Tf和环境温度Ta，用公式(1)和(2)分别计算服装与其表面附着空气层的总热阻RT和服装自身热阻RC；
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