多季节适用型环卫服的研发与性能评价

周倩雯 何佳臻 路紫荆 卢业虎

摘 要：为提升环卫服对季节变化和昼夜交替温差的适用性，通过优化环卫服的开口方式及内部结构，开发了一款多季节适用型的环卫服。在对多季节适用型环卫服工效性进行评价的基础之上，采用人工气候舱模拟高温（30℃）和低温（10℃）环境，通过人体着装实验对新型环卫服的舒适性进行评价。结果表明：相较普通环卫服而言，多季节适用型环卫服肩部和肘部的活动方便性显著提升;在高温环境下能显著降低局部皮肤温度和局部皮肤水汽压，热感、湿感和舒适感优势显著;在低温环境下能显著提高局部皮肤温度、保持适中的热感和舒适感，可以适应不同季节气候变化。

關键词：环卫服;工效性;舒适性;高温;低温

中图分类号：TS941.73

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2022）01-0185-09

Abstract： In order to improve the adaptability of sanitation suits for seasonal changes and temperature differences between day and night， a multi-seasonal sanitation suit was developed by optimizing its opening mode and internal structure. Based on an evaluation of the ergonomics of the multi-seasonal sanitation suit， this paper adopted an artificial climate chamber to simulate high temperature （30°C） and low temperature （10°C） environments. A human dress experiment was carried out to evaluate the comfort of this new type of sanitation suit. The research results showed that compared with ordinary sanitation suits， the mobility of shoulders and elbows of the proposed multi-seasonal sanitation suit were significantly improved. In a high temperature environment， it can significantly lower local skin temperature and local skin vapor pressure， and has significant advantages in terms of thermal sensation， moisture sensation and comfort. In a low temperature environment， it can significantly increase the local skin temperature， maintain moderate thermal sensation and comfort， and adapt to climate changes in different seasons.

Key words： sanitation suit; ergonomics; comfort; high temperature; low temperature

随着城市化建设的快速发展，城市环卫保洁作业量显著增加，环卫工人的数量也随之呈上升趋势。据统计，环卫工人具有女多男少、整体趋于老龄化、文化水平低的特征，因此有必要对这类较为弱势的群体给予关注。环卫工人的工作时间长、跨度大，工作量大[1]，四季气候和昼夜气温变化大，且工作过程中大多处于运动状态，不断产生热量，导致环卫工人冷热交替，影响了环卫工人的热湿舒适性。此外，他们的工作环境恶劣，多变的天气条件易使环卫工人出现感冒、中暑、冻伤等不适症状，易发生交通事故，存在安全隐患。环卫工人工作环境的复杂性要求其工作服需具备防护性、舒适性和安全警示性，并符合人体工效学，从而缓解恶劣工作环境给人体带来的不适。目前，中国环卫服品种单一、做工粗糙，没有统一的环卫服生产标准[2]，质量参差不一，其舒适性和工效性没有得到保障。

为了适应多变的工作环境，研究人员对环卫服的防护性、舒适性以及安全警示性进行了改良。张弦等[3]采用新型含氟拒水拒油整理剂及聚酯聚醚类非离子抗静电剂对环卫服面料进行防水、防油、防污的复合功能性整理，使环卫服具备优良的拒水、拒油、抗静电的性能，增强了环卫服的防护性。任祥放等[4]通过柔性非晶硅薄膜太阳能板和微型轻便风扇实现服装配件的发热和散热，增强其热湿舒适性。杨璨等[5]利用EL冷光线的特点，将电子变压整流器、电流互感器、锂电池板、继电器和控制开关等装置组装成一个发光电路系统，设计开发了EL发光环卫服，增强了环卫服的安全警示性。然而，环卫工人工作时间跨度较长，二十四小时均有人进行清扫作业，从凌晨至深夜气温经历着由冷到热再转冷的转变过程。针对这一问题，亟须开发新型的环卫服，使其适应昼夜温差和四季气候变化。

环卫服作为“环境-服装-人体”系统中连接环境与环卫工人的媒介，在人体与外界多变环境交互的过程中起到非常重要的作用。本文针对环卫工作中常见的季节变化和昼夜交替温差问题，开发一款多季节适用型环卫服，并对其热湿舒适性和工效性能进行评价。

1 多季节适用型环卫服的设计

1.1 面料选择

本次研发的环卫服为套装，包含外套和裤子，其面料选取聚酯纤维含量较高的涤棉混纺织物，与传统棉织物相比，人体穿着聚酯织物服装在温暖潮湿环境中进行高强度有氧运动，汗液蒸发透散效率高，在运动结束后皮肤温度能更快地恢复到运动前水平[6]。该面料同时具备轻薄柔软、吸汗透气、耐磨的特性。此外，为了满足环卫服的警示性，面料颜色采用亮橙色，并在服装关键部位（如前胸、大腿侧缝）附反光条。为了适应冬季寒冷气候，环卫服上衣中配置了橙色夹袄层，以增强保暖性。面料的具体信息见表1。

1.2 款式设计

所设计环衛服上衣和裤子款式分别如图1所示。采用立体剪裁进行夹克式外套设计，使其整体版型更有型，更具美观性。上衣领口采用翻领设计，贴合颈部曲线，防风性能更强;衣服胸前和两侧设大口袋，容量大，储物方便。袖子和下摆进行分割设计增大开口，环卫服的透气性即通风性更好，可使穿着者感觉凉爽[7]。相较于传统环卫服而言，所开发的多季节适用型环卫服具有以下特征：

a）可拆卸袖设计。研究表明，在温暖环境中可以暴露上肢以保持服装的热舒适性和人体生理功能[8]，因此对夹克式外套的袖子进行分割设计，分割线位置选择在上臂中部，以避开腋下和肘部以免影响舒适性，采用拉链将分割袖与衣身相连，并增加搭门将拉链覆盖，以增强其隐蔽性。

b）上衣侧缝下摆开口设计。增加服装的开口可以有效提升汗液蒸发速率，因此在上衣的下摆处采用了开口设计，其位置选择在侧缝部位，通过安装拉链及网纱以实现上衣下摆部分开口的增大。

c）可拆卸帽子设计。为了抵御风、雨、雪等恶劣的天气，多季节适用型环卫服配置由防水防风面料制成的可拆卸帽子，在对头部进行防护的同时可实现随时拆卸。

d）可拆卸夹袄层设计。为增强环卫服在较低温度下的适应性，通过增加夹袄层来实现保暖增强效果。本设计参考户外冲锋衣的设计方式，在服装后片各部位安装扣袢以便固定夹袄层，在夹袄层相应位置缝制纽扣实现夹袄层的可穿脱。此外，夹袄层的尺寸由环卫服外套尺寸决定，款型与环卫服外套后衣片相似。

e）脚口收紧设计。考虑到现有环卫服在日常穿着中裤口开口较大，在大风寒冷天气容易增加热量损失，同时裤口经常蹭到地面而造成磨损，故将裤子的下摆进行收口设计，并在裤子下摆内侧安装了魔术贴，裤子款式如图1（b）所示。

1.3 规格设计

环卫服研发设计参照中国服装号型，采取体型类别中的普通型 A和身高等级划分中的适中值 175cm作为设计的参考规格和尺寸，其主要部位的尺寸如表2所示。

1.4 不同季节的配置方式

所开发的环卫服可根据四季气候或早晚温差划分为夏季型配置和秋冬季型配置。夏季气温较高，因此夏季型配置中将两侧的手袖拆卸下来，同时拉开外套两侧的拉链增大开口，裤口放大，增加通风。

秋冬季室外温度较低且伴随强风，因此秋冬型配置中将可脱卸袖装上，并在原有的夹克外套的基础上配置帽子防风或防雨，同时在外套内侧增加夹袄层进行保暖。此外，利用魔术贴将裤子的下摆进行收口，以减少热量的损失。

2 性能评价

2.1 受试人员

健康的男性6名[9-10]，平均年龄（21±1）岁，身高（175±2）cm，体重（60±5）kg，实验前告知受试者实验的风险性，并对实验流程进行培训。受试者分别穿着夏季型配置、秋冬型配置环卫服进行实验。为评估所开发服装的有效性，同时选取市场上现有的普通环卫服作为对照服装，其面料与基本尺寸与所研发服装相同，款式为亮橙色长袖长裤。此外，受试者在实验过程中的内部着装需统一，夏季型配置着装状态下，贴身穿着短袖棉T恤，秋冬型配置着装状态下，贴身穿着保暖内衣裤。

2.2 评价方案

采用人体着装实验，对所开发服装的工效性与舒适性进行评价。

2.2.1 工效性评价

对环卫服的工效性评价主要采用主观评价法，让受试者针对所开发环卫服的夏季型配置和冬季型配置，依次完成穿上环卫服、手臂向前抬高至最大位置、手臂侧抬至最大位置、身体前倾至最低位置、肩部前后活动、手肘上下活动、脚前后抬至最高位置、下蹲和脱下环卫服的动作。在完成每个动作之后，采用7级评价标尺（如图2所示），让其对完成动作的方便性进行评价。对照服装（普通环卫服）的工效性评价实验场景如图3所示。

2.2.2 舒适性评价

为了评估所开发服装在不同气候条件下的适用性，采用人工气候室模拟高温和低温两种实验环境，其中高温环境温度为（30±0.3）℃，湿度为50%±2.5%，风速为（0.2±0.1）m/s;低温环境温度为（10±0.3）℃，湿度为30%±2.5%，风速为（2±0.1）m/s。测试前，受试者在准备室内（20℃，相对湿度65%）采用心率带（ProTrainer 5TMRS400sd，美国 Polar）测量心率及皮肤温湿度传感器（MSR145，瑞士MSR），其中心率传感器置于左前胸（心脏部位）;皮肤温湿度传感器置于左前胸与左侧肩胛骨附近。激活测量仪器之后，进入人工气候舱。气候舱内的实验流程如图4所示，分为休息期、运动期和恢复期。休息期持续时间为5 min，受试者保持静止休息，并在初始时刻和休息结束时分别对环卫服热感、湿感和舒适感进行主观评价，评价标尺如表3所示。休息期结束进入运动期，受试者在坡度为1°的跑步机上跑步15 min，为了防止运动损伤，运动开始和结束的速度均为4 km/h[11]，运动开始后2 min内速度逐渐提高到7 km/h，然后保持7 km/h的速度跑步，在第18 min开始逐渐减速至4 km/h的速度并结束运动，并再次填写主观评价表。运动期结束进入恢复期，恢复期持续时间为10 min，期间受试者保持静止休息并每隔5 min对舒适性进行主观评价。舒适性评价实验场景如图5所示。

2.3 数据处理及分析方法

对主客观评价数据的平均值及标准差进行统计。对于局部皮肤温湿度数据，除分析测量点（前胸、后背）的皮肤温度外，将采用测量点（前胸、后背）的水汽压对衣下皮肤表面的含湿情况进行表征[11]。水汽压的计算需要测量点的温度及湿度数据，将其输入软件Vaisala Humidity Calculator即可获得。采用SPSS软件（Version 26.0）对所多季节适用型环卫服和普通环卫服的操作方便性、热感、湿感、舒适感的评分结果进行差异显著性分析。此外，在舒适性客观评价中，局部皮肤温度、局部皮肤水汽压及心率均为连续性指标，为更为有效地检验多季节适用型环卫服与普通环卫服的差异显著性，选取休息期的 2个时刻点（0、5 min）、运动期内的 3个时刻点（10、15、20 min）以及恢复期内的2个时刻点（25、30 min），对所获得数据的差异显著性进行分析。

3 结果与分析

3.1 工效性

多季节适用型环卫服与普通环卫服的活动方便性主观评价结果如表 4所示。可以看出，所开发环卫服的两种配置方式（夏季型和秋冬型）其动作得分均为正值，且部分动作的得分超过1，而普通环卫服的得分基本为负值。单因素方差分析表明穿着多季节适用型环卫服夏季配置和穿着普通环卫服进行肩部前后活动和手肘上下活动的方便性具有显著差异，分别为P=0.019，P=0.031，穿着多季节适用型环卫服的活动方便性显著优于普通环卫服（P < 0.05），二者分别是穿着普通环卫服的3.8倍和2.6倍。结果表明多季节适用型环卫服上衣侧缝的开口设计及袖子部位的分割设计可以有效地提供着装者手臂的活动方便性、降低身体躯干的大幅度动作难度。穿着多季节适用型环卫服夏季配置做下蹲动作的活动方便性与穿着普通环卫服有显著差异（P < 0.05），可见裤脚口的开口与收口设计有利于活动方便。

此外，对比多季节适用型环卫服的两种配置方式发现，在肩部前后活动、身体前倾至最低位置和手肘活动中，夏季配置的活动方便性评分优于秋冬季配置，这可能是由于冬季配置中服装内侧增加的夹袄层对上肢活动造成了一定的影响，但是其他7种动作两种服装配置方式的操作方便性无显著性差异（P > 0.05），这说明多季节适用型环卫服中的内侧夹袄层总体上不会对受试者的肢体动作造成较大影响。

3.2 舒适性

3.2.1 客观评价

3.2.1.1 局部皮肤温度

图6描述了高温环境和低温环境下受试者分别穿着多季节适用型环卫服和普通环卫服的局部皮肤温度数据对比结果。在高温环境下，受试者进入高温环境舱后，受试者局部皮肤温度逐渐上升，运动过程中局部皮肤温度持续升高并在第25 min处达到最高值，随后开始下降。方差分析表明，在第15、20、25 min和30 min时，穿着多季节适用型环卫服的局部皮肤温度显著低于穿着普通环卫服（P < 0.05），第30 min差值达到最大值1.48℃，比同时段穿着普通环卫服时低4.42%。说明多季节适用型环卫服夏季配置增加开口和可拆卸手袖，可以加快衣下通风的对流散热，从而降低皮肤温度的升高，同时能在恢复期更快地将皮肤温度降至运动前水平。

在低温环境下，第0～10 min局部皮肤温度由于低温环境均先缓慢降低，随后运动产生热量而有所回升。在第15 min后二者局部皮肤温度变化趋势有所不同，无保温措施的普通环卫服穿着者由于环境低温和运动出汗的影响，局部皮肤温度开始迅速降低;而多季节适用型环卫服的局部皮肤温度在15～20 min保持上升趋势，进入恢复期后缓慢降低。在第20、25 min和第30 min后受试者穿着多季节适用型环卫服的局部皮肤温度显著高于穿着普通环卫服（P < 0.05），平均高1.01℃，二者最大差值为2.29℃。由此可以表明，多季节适用型服装在低温环境下更具保暖性。

3.2.1.2 局部皮肤水汽压

受试者在高温和低温环境下穿着多季节适用型环卫服和普通环卫服时测量点的局部皮肤水汽压数值的变化如图7所示。在高温环境下，第0 min二者的局部皮肤水汽压数值较为接近，整体呈上升趋势。在第25 min和第30 min多季节适用型环卫服和普通环卫服的局部皮肤水汽压有显著差异（P < 0.05），在第25 min恢复期时二者出现最大差异值，此时多季节适用型环卫服局部皮肤水汽压数值比对照服装的局部皮肤水汽压数值低11%。局部皮肤水汽压越低表示皮肤表面的含湿量越小，服装的散熱性能越好[12]，结果表明多季节适用型环卫服通过增大开口和袖子分割设计能有效增强散热性能。

在低温环境下，0～15 min由于低温和风速影响，两者的局部皮肤水汽压数值呈现下降趋势，10～20 min由于运动出汗，局部皮肤水汽压数值逐渐上升，到恢复期局部皮肤水汽压数值开始持续下降。整个试验过程中，穿着多季节适用型环卫服局部皮肤水汽压数平均值高于穿着普通环卫服 5.29 hPa，最大差值达10.48 hPa。穿着多季节适用型环卫服可以较好地保暖且不会带来闷热感，具有一定的舒适性。

3.2.1.3 心 率

高温和低温环境中受试者穿着测试环卫服的心率对比如图8所示。方差分析表明两种环境下，多季节适用型环卫服和普通环卫服均没有显著差异（P > 0.05）。但在高温环境下，多季节适用型环卫服心率均低于普通环卫服，在运动期中二者心率差异平均值达5.69 bpm，并且在恢复期内穿着多季节适用型环卫服心率更迅速地降到100 bpm 以下。心率越高表示人体的热应激程度越大，服装的散热性能越差，结果表明穿着多季节适用型环卫服可以在一定程度上降低高温环境服装给人带来的生理负荷。

在低温环境中，在第15 min时，两者心率数值分别为128.05 bpm和116.68 bpm，穿着多季节适用型环卫服受试者的心率比穿着普通环卫服低9%。可见多季节适用型环卫服虽然增加了夹袄层和帽子，但在运动过程中不会给人体带来更多的生理负荷，能够维持人体活动的舒适性。

3.2.2 主观评价

图9描述了高温环境和低温环境下受试者分别穿着多季节适用型环卫服和普通环卫服的热感评分变化。在高温环境中，受试者穿着两种环卫服的热感评分均在休息期逐渐下降，在运动期呈逐渐上升，停止运动后由于汗液蒸发吸热在恢复期20～25 min内急剧下降。单因素方差分析表明受试者穿着多季节适用型环卫服夏季配置的热感评分在第5 min、第20 min和第25 min显著低于穿着普通环卫服（P < 0.05），且处于适中与较热之间。在低温环境中，二者各个时刻的热感评分虽无统计学上的显著差异（P > 0.05），但穿着多季节适用型环卫服秋冬季配置的热感评分维持在0±0.2的范围内波动，始终高于穿着普通环卫服评分，保温性能较好。总体而言，穿着多季节适用型环卫服在高温和低温条件下均可以灵活地适应环境温度，维持人体的热舒适性。

受试者的湿感评分变化如图10所示。在高温环境下，整个实验期间穿着多季节适用型环卫服的湿感评分始终低于普通环卫服，其平均评分值比普通环卫服低80.72%，尤其在第0 min受试者刚进入气候舱时、恢复期的第25 min和第30 min，二者具有显著差异性（P<0.05）。结果表明，多季节适用型环卫服的通风设计可以加快水汽蒸发，有效缓解高温环境和运动出汗带来的潮湿粘腻感。在低温环境下，两种环卫服湿感在统计学上无显著差异（P>0.05），评分数值均在0值附近波动，在第30 min多季节适用型环卫服湿感评分比普通环卫服高0.4，表现出适中的感觉。这说明即使在运动状态下多季节适用型环卫服的夹袄层并不会对人体排汗造成明显制约。

图11为高温环境和低温环境下舒适感评价变化曲线。在高温环境中，在第20 min和第25 min，穿着多季节适用型环卫服的舒适感评分显著高于普通环卫服（P < 0.05），二者舒适感评分差值最大达到1.6。可见在高温环境中多季节适用型环卫服可以给人更好的舒适感。在低温条件下，穿着多季节适用型环卫服的舒适感评分在第30 min时显著高于普通环卫服（P < 0.05），比普通环卫服评分高达76.85%。这是由于普通环卫服的保温效果较差，在运动产热后并不能有效地储存能量，导致在休息一段时间后热量损失而感到寒冷，从而舒适感降低。综合三组数据，多季节适用型环卫服在高温和低温环境中的热感、湿感和舒适感均优于普通环卫服。

4 结论与展望

以环卫服作为研究对象，从多季节适用的角度对环卫服的结构进行设计，目的在于增强其对季节变化和昼夜交替温差变化的适用性。除对多季节适用型环卫服的工效性进行评价，还利用人工气候舱模拟高温（30℃，相对湿度50%）和低温（10℃，相对湿度30%）环境，对多季节适用型环卫服和普通环卫服（对照组）的舒适性进行对比评价。

在工效性评价中，与普通环卫服相比，多季节适用型环卫服的肩部前后活动、手肘上下活动和下蹲动作的方便性显著提高。结果表明多季节适用型环卫服上衣侧缝的开口设计、袖子部位的分割设计以及裤脚口的开口与收口可以有效地提供着装者手臂的活动方便性、降低身体躯干的大幅度动作难度。

在舒适性评价中，多季节适用型环卫服夏季配置在高温环境中能显著降低局部皮肤温度和局部皮肤水汽压，降低热感和湿感，保持舒适感。在低温环境中，秋冬季配置则能在一段时间内够维持人体温度，减少风带来的热量损失，提供较为舒适的感觉。在舒适性主观评价具有显著优势。

本文研发的多季节适用型环卫服能达到在高温环境中散热、低温环境中保暖的实际穿着效果，但此环卫服在前胸的散热和保暖效果上还需继续改进，可考虑将外套前胸的口袋设计成立体口袋，立体口袋底部使用网眼材料，使之在有风的条件下可被吹开，形成具有立体感的通风口，增加空气流通[10]。为提高前胸保温性能，可以在不改变夹袄层面料的基础上将夹袄层覆盖面积扩大，从一片式变为马甲，遮盖前胸增加保暖性。

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