气候舒适度与产品测试

B.Kurz，C.Russ

1.慕尼黑应用科学大学(德国) 2.Inside Climate公司(德国)

除了服装和身体支撑系统产品(如工装和工作服、运动装)的生物力学和功能性的特点外，人们对座椅和铺设设备(如床垫)的热湿性能管理也越来越感兴趣。这就需要考虑各种影响因素，除了用户的个体差异外，变化的周围气候条件、不同的能量消耗及可能存在的精神心理因素也会存在。物理分析进一步区分了热舒适性和湿舒适性，以及它们对全身或局部身体部位的影响，所有这些都与局部身体状况和温度变化趋势有关，从而使客观地获得舒适性参数变得复杂。图1显示了足部在各种微气候条件下的舒适度变化和舒适度评价。

图1 足部受微气候影响的不同感知舒适度

实用的总体热舒适度评估方法可从各种科学文献中找到，这些方法所针对的气候条件是非极端气候以及适度的风速和热辐射等可被人们广泛接受的温度范围。用有效温度以及低于连续工作容量(约250 W)的能耗来说明，这些温度范围设定如下。

——最佳范围：31.5～35.5 ℃

——向温暖过渡：35.5～37.0 ℃

——向凉爽过渡：29.0～31.5 ℃

——温暖舒适度阈值：高于37.0 ℃(37.5 ℃)

——凉爽舒适度阈值：低于29.0 ℃

关于湿度感知的说法并不一致，较常见的认知是“越干越好”。这主要是由于人体缺乏水分感受器官，因此只能通过冷却或皮肤润湿性才能间接产生相应的感知。

1 舒适度评价

由于干燥的微气候总是比潮湿的微气候更加舒适，因此作为第二个独立的目标常数——湿度的量化，必须更加受到关注。更重要的是，它加深了人体对微气候的热感知，如感觉更热(汗液发出热量释放信号)或感觉更冷(冷凝或潮湿衣服)。因此，“低湿度”规则始终有效，并可作为阈值指标。

许多公认科学家的大量调查都证实了在标准化测试程序中从舒适到不适变化拐点的绝对湿度基准值。为了保证鞋内穿着的舒适性，将拐点的基准温度设定为35 ℃，相对湿度为70%，即代表绝对湿度约为25 g/kg(0.032 Kg/m3)。高于这个值，脚会出更多汗，低于此值，脚具有足够的能力来吸收多余热量，而不会明显地通过蒸发汗液散热。温度值在29 ℃以下时，之前鞋内的空气会因凝结的湿气而达到饱和状态，使绝对湿度不可能再达到25 g/kg，从而不会产生不适感。根据对汽车座椅或用户床垫的类似调查，可以确定有几乎相同的湿度阙值。

结合温度和湿度的舒适范围，可以修改以下舒适相关阶段。

——阶段1：温度适中区域(舒适区)

温度在31.5～35.5 ℃之间，相对湿度在85%至70%之间，以达到25 g/kg绝对湿度基准。低于此标准，热状态不会改变，但是获得蒸发散热损失热量的能力依然存在。人体处于热平衡状态。

——阶段2：凉爽区域

向过于凉爽过渡的温度区域为29～31.5 ℃，相对湿度至少需要达到85%才可达到25 g/kg的绝对湿度基准值。通过体温改变湿度是不可能的，因为散热需求减少，排汗量相应减少。湿度过高则会凝结水份并产生潮湿感，从舒适的角度来看，无论如何都会令人感到不适。

——阶段3：过热区域

温度在35.5 ℃以上，因汗液而产生的湿气必须散去，以避免热量和汗液在散发时对舒适度产生负面影响。气候舒适度主要由热驱动引起，然而将绝对湿度保持在25 g/kg以下仍然可以达到降温效果。所讨论的舒适性基准无一例外都来自于对人体的测试。然而，对人体测试需要一定的决定因素、选择过程和最小的统计范围，因此被认为费时且费力。

按逻辑推论，可使用释放热量和湿度的测试系统，以测量和计算物理参数，如热传导和蒸汽传输情况。或者通过以下方式与测试对象一起创建特定的微气候，如模拟人体热量和湿度释放(热调节)，以确保能可靠地预测气候舒适度。但是，许多使用中的仿真系统很复杂，或者只能应用于织物试样。对成品(如夹克、衬衫、座椅和床等)等有关产品的评估和产品质量的有效测试是很有必要的。Sweator技术(图2)可满足这些需求，通过使用带有特殊水蒸气渗透膜涂层的充满水的热控制空心体，模拟人体各部分(如足部、头部或躯干)对产品进行测试。该测试试验在气候明确的室内条件下进行，其热量产生和出汗率都可调整为人体生理值。根据使用情况，额外的对流能够改变样品表面或最终产品的测试结果。因此，Sweator技术能够实现模拟逼真的测试条件和无损测试，并可获得可靠的热阻Rct、水蒸气渗透阻力Ret、湿蒸汽透气率MVTR及蒸发容量等测试结果。

图2 Sweater测试元件

2 微气候产品测试

Sweator模拟的重点主要在于热湿传输的路径分析，尤其可生成反应实际的微气候并对产品进行直接的舒适度评估。一方面，要求在区域微气候条件(座位、床、夹克等)和用户舒适度之间建立安全的映射关系；另一方面，需要为模拟系统选择合适的参数。为此，可以对座椅系统、鞋类和服装部件的舒适度相进行不同研究，以使其与舒适区域相关联。在对评定表进行评估和微调后，确定达到35.5 ℃或25 g/kg的不舒适感之前的拐点温度和湿度。作为示例，图3显示了在各种测试模式下，座椅系统在真人测试和Sweator模拟测试与舒适性评估相关性的试验结果。

图3 先验者的舒适关系和各种模式座椅测试的模拟结果

通过真人测试与Sweater模拟结果的比较，验证了两种情况下所产生的微气候的良好一致性。因此，未来可选择仅基于模拟即可得到的可靠舒适性预测结果。此外，正如预期的那样，尽管3种试验模式的实际湿度值波动很大，但测试结果中的湿度感知一致。相反，令人印象深刻的是，在非饱和湿度水平下，热舒适范围内的绝对湿度决定性地表达了热舒适性。湿度高(出汗)时表示需要释放热量，而湿度低时释放热量的需求也很低。因此，热量可以蒸发，而释放热量的需求也会降低。