新型上装保温仪的稳定性和精确度考查

潘 霞，王府梅，2

(1.东华大学纺织学院，上海201620;2.纺织面料技术教育部重点实验室，上海201210)

0 引言

服装热阻是评价服装隔热性能的重要指标［1］，着装情况下由身体产生的热和湿在传送到周围空气中之前，会在服装与人体之间的空气层内停留，并在皮肤与服装之间形成特殊的微气候，人就会感觉比较舒服［2］。服装的热湿传递性能主要取决于服装本身，同时受外界环境、人体状况和服装结构(如织物与服装开领高低)等因素影响［3－6］。通过服装散失的热量除受材料性质影响外，还受外界环境条件、服装结构和穿着方式等多种因素影响［7］。

服装热阻或保温性一直采用暖体假人或出汗假人测试，假人结构复杂，尺码单一，使用很不方便，而且仪器结构设计不能避免服装结构变化引起的误差，所以，至今没被广泛运用。东华大学和山东莱州电子仪器有限公司联合研制出LD-1型服装保温性能测试仪，是考虑服装三维空间结构和材料热阻测试条件的简化暖体假人，该测试仪器有效避免了开领高低、服装长短、下摆开叉等服装结构对热阻测试值的影响。

本文主要研究LD-1型服装保温仪稳定性或重现性(包括扩胸后测试结果稳定)、仪器的精确度。

1 新型上装保温仪

1.1 LD-1型服装保温性能测试仪

东华大学和山东莱州电子仪器有限公司于2014年联合研制成功LD-1型服装保温性能测试仪，参见图1，形体类似一个去掉四肢的模特，我们称其为“假体”或上装保温仪，假体“穿上”服装试样进行测试，参见图1的右图。该仪器的前后身为两台独立的曲面保温仪，前后身间的距离可调或可扩胸，从而能够在该测试仪器上测量不同尺码服装热阻。

图1 LD-1型服装保温性能测试仪

该测试仪器比传统“暖体假人”或“出汗假人”具有两大明显优势:(1)结构大幅度简化，因为保温性和冷感等热舒适性都在用单位面积试样的散热功率表示，而且绝大多数服装的身部和袖部的材料相同，只需测试代表性部位即可;(2)试样适应范围广，假体三围可缩放，假体被分为前身和后背两部分，参见上页图1的左图，每一部分相当于一个曲面形保温仪，两部分之间的间隔在0.5cm～5cm范围内可调，使得假体三围(胸围、臀围、腰围)可以增大1.0cm～10cm，以便测试不同尺寸的上装;(3)测试板和热护板的结构划分可剔除开领高低、开衩大小等服装结构对保温性的显而易见的影响，给出指标是前胸和后背的平均热阻(稳态传热时，单位温差条件下单位面积散失的平均热功率)。

LD-1型服装保温性能测试仪采用高精度测试元件、计算机控制测量。关于该仪器的稳定性、重现性及其与现有仪器的将在下面有所介绍。

1.2 测试原理

服装穿在人体上的最初阶段，表现为通过服装散失热量随时间变化的非稳态传热，逐渐过渡到稳态传热。LD-1型服装保温仪预热后维持假体表面温度在33±0.2℃范围，测量如下3物理量随时间的变化曲线:假体2试验板输出的总计热功率曲线、假体表面平均温度随时间的变化曲线、假体外围空气层平均温度随时间的变化曲线。使用稳态传热过程中(实验开始30分钟以后的10分钟)的各物理量由下式计算试样热阻R(m2·k/w):

其中H为测验板测的平均热功率(W);S为假体测试板的有效总面积(m2);t1为假体表面试验板的平均温度(℃)，t2为空气层4点平均温度的平均值(℃);R0为空体热阻值(m2·k/w，简称热欧姆)。

热阻R的习惯单位有clo和tog，二者与热欧姆(m2·k/w)的关系如下:

1.3 试样

为研究测试方法，本文选用两类保温性和形态风格差异很大的服装，均来自劲霸男装(上海)有限公司。一类为横机编织的合体针织衫，原料为36tex双股缆线(每根股线由1根粘胶长丝与3根棉纱并合加捻而成)，成分为38.2%粘胶和61.8%棉;另一类服装为短版羽绒服。每类服装选取XL和S号种型号进行测试，生产厂通过控制羽绒填充量保证了不同型号服装的热阻基本相等。试样信息见表1。

表1 试样信息

劲霸羽绒服有长度和含绒量不同的3种款式，包括薄版羽绒服、中版羽绒服、短版羽绒服。羽绒服的构成如图2所示，面料(面:100%棉;底:100%聚酯纤维)，里料为100%聚酯纤维(涂层除外)，防绒布为100%聚酯纤维，填充物为91.5%白鸭绒(小部分除外)。

图2 劲霸短版羽绒服结构图

考虑服装在使用和洗涤过程中可能会损失一些热阻，我们全部选用新的服装来测量服装热阻。欧洲 CEN标准［8］也要求使用新的服装来测试热阻。

2 仪器稳定性和精确度考查

2.1 仪器的重现性考查

每款服装总计作3轮测试，每一轮测试是连续测试2次试验(即第一次测试结束后，不从仪器上脱下再测一次)，每一轮测试完成后从仪器上脱下凉置30分钟后再作第二、三轮测试，测试结果见下页表2。

表2 薄版羽绒服内含针织衫测试结果的重现性验证

表3 中版羽绒服内着针织衫测试结果的重现性验证

从表3可以看出，经过多次反复测试，同款试样波动CV值最大在4.04%。可见该仪器重现性较好。

2.2 仪器的稳定性考查

为测试不同胸围的服装，该仪器需要“扩胸”，即调整硬件(前胸和后背)的相对位置。调整前后测试结果是否一致，关系到仪器的稳定性。表4列出3次调整前后的实验结果。

表4 稳定性验证(试样:薄款羽绒服内着针织衫)

同时我们通过针对一款服装，扩胸到一定量后连续测试两次，然后下次再重新调整到该尺寸测试，发现其波动较小，输出热功率的变异系数仅5.57%，可见仪器的稳定性较高。

2.3 与其它仪器的一致性

为了验证仪器的热阻测量结果准确性，我们通过与其他仪器测试结果对比，如表5。

表5 LD-1型服装保温仪与其他保温仪测试热阻结果对比(不举袖)

从表5，针对棉衣和毛衣在接近相同条件下测试可以发现，LD-1型服装保温仪与日本大荣平板保温仪热阻测试结果基本相同。针对同款羽绒服，LD-1型服装保温仪通过四次测试结果求平均得到的热阻值基本与3M公司暖体假人求得的相同。由上述可知LD-1型服装保温仪测试结果较为准确。

3 结论

(1)LD-1型服装保温仪的重现性和稳定性好，测试误差较小，与其它仪器有很高的一致性，测试结果准确可信。

(2)LD-1型服装保温仪具有结构简单，适用服装型号和款式范围广，可剔除开领高低、开衩大小等服装结构对保温性影响的优势。

［1］FAN J T，CHEN Y S.Measurement of clothing thermal insulation and moisture vapor resistance using a novel perspiring fabric thermal manikin［J］.Measurement Science and Technology，2002(13):1115－1123.

［2］周永凯，田永娟.服装款式特征与服装热阻的关系［J］.北京服装学院学报，2007，27(3):32－37.

［3］李当岐.服装学概论［M］.北京:高等教育出版社，1997:37－38.

［4］陈东生.服装卫生学［M］.北京:中国纺织出版社，2000:7－8.

［5］邬红芳，赵红斌.服装工效学初探［J］.人类工效学，1999，5(4):65－68.

［6］王府梅.服装织物的性能设计［M］.北京:中国纺织大学出版社，2000:86－139.

［7］阎林，夏一哉.服装隔热性能的研究［J］.棉纺织技术，1999，27(8):457－459.

［8］CEN Standard EN15251－2007.Indoor environmental input parameters for designand assessment of energy performance of buildings－addressing indoor airquality，thermal Environment，lighting and acoustics［S］.Brussels:Comite Europeen de Normalisation，2007.