新型上裝保溫儀的穩(wěn)定性和精確度考查

潘 霞，王府梅，2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620;2.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201210)

0 引言

服裝熱阻是評(píng)價(jià)服裝隔熱性能的重要指標(biāo)［1］，著裝情況下由身體產(chǎn)生的熱和濕在傳送到周圍空氣中之前，會(huì)在服裝與人體之間的空氣層內(nèi)停留，并在皮膚與服裝之間形成特殊的微氣候，人就會(huì)感覺(jué)比較舒服［2］。服裝的熱濕傳遞性能主要取決于服裝本身，同時(shí)受外界環(huán)境、人體狀況和服裝結(jié)構(gòu)(如織物與服裝開(kāi)領(lǐng)高低)等因素影響［3－6］。通過(guò)服裝散失的熱量除受材料性質(zhì)影響外，還受外界環(huán)境條件、服裝結(jié)構(gòu)和穿著方式等多種因素影響［7］。

服裝熱阻或保溫性一直采用暖體假人或出汗假人測(cè)試，假人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺碼單一，使用很不方便，而且儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能避免服裝結(jié)構(gòu)變化引起的誤差，所以，至今沒(méi)被廣泛運(yùn)用。東華大學(xué)和山東萊州電子儀器有限公司聯(lián)合研制出LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀，是考慮服裝三維空間結(jié)構(gòu)和材料熱阻測(cè)試條件的簡(jiǎn)化暖體假人，該測(cè)試儀器有效避免了開(kāi)領(lǐng)高低、服裝長(zhǎng)短、下擺開(kāi)叉等服裝結(jié)構(gòu)對(duì)熱阻測(cè)試值的影響。

本文主要研究LD-1型服裝保溫儀穩(wěn)定性或重現(xiàn)性(包括擴(kuò)胸后測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定)、儀器的精確度。

1 新型上裝保溫儀

1.1 LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀

東華大學(xué)和山東萊州電子儀器有限公司于2014年聯(lián)合研制成功LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀，參見(jiàn)圖1，形體類似一個(gè)去掉四肢的模特，我們稱其為“假體”或上裝保溫儀，假體“穿上”服裝試樣進(jìn)行測(cè)試，參見(jiàn)圖1的右圖。該儀器的前后身為兩臺(tái)獨(dú)立的曲面保溫儀，前后身間的距離可調(diào)或可擴(kuò)胸，從而能夠在該測(cè)試儀器上測(cè)量不同尺碼服裝熱阻。

圖1 LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀

該測(cè)試儀器比傳統(tǒng)“暖體假人”或“出汗假人”具有兩大明顯優(yōu)勢(shì):(1)結(jié)構(gòu)大幅度簡(jiǎn)化，因?yàn)楸匦院屠涓械葻崾孢m性都在用單位面積試樣的散熱功率表示，而且絕大多數(shù)服裝的身部和袖部的材料相同，只需測(cè)試代表性部位即可;(2)試樣適應(yīng)范圍廣，假體三圍可縮放，假體被分為前身和后背兩部分，參見(jiàn)上頁(yè)圖1的左圖，每一部分相當(dāng)于一個(gè)曲面形保溫儀，兩部分之間的間隔在0.5cm～5cm范圍內(nèi)可調(diào)，使得假體三圍(胸圍、臀圍、腰圍)可以增大1.0cm～10cm，以便測(cè)試不同尺寸的上裝;(3)測(cè)試板和熱護(hù)板的結(jié)構(gòu)劃分可剔除開(kāi)領(lǐng)高低、開(kāi)衩大小等服裝結(jié)構(gòu)對(duì)保溫性的顯而易見(jiàn)的影響，給出指標(biāo)是前胸和后背的平均熱阻(穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，單位溫差條件下單位面積散失的平均熱功率)。

LD-1型服裝保溫性能測(cè)試儀采用高精度測(cè)試元件、計(jì)算機(jī)控制測(cè)量。關(guān)于該儀器的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性及其與現(xiàn)有儀器的將在下面有所介紹。

1.2 測(cè)試原理

服裝穿在人體上的最初階段，表現(xiàn)為通過(guò)服裝散失熱量隨時(shí)間變化的非穩(wěn)態(tài)傳熱，逐漸過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)傳熱。LD-1型服裝保溫儀預(yù)熱后維持假體表面溫度在33±0.2℃范圍，測(cè)量如下3物理量隨時(shí)間的變化曲線:假體2試驗(yàn)板輸出的總計(jì)熱功率曲線、假體表面平均溫度隨時(shí)間的變化曲線、假體外圍空氣層平均溫度隨時(shí)間的變化曲線。使用穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中(實(shí)驗(yàn)開(kāi)始30分鐘以后的10分鐘)的各物理量由下式計(jì)算試樣熱阻R(m2·k/w):

其中H為測(cè)驗(yàn)板測(cè)的平均熱功率(W);S為假體測(cè)試板的有效總面積(m2);t1為假體表面試驗(yàn)板的平均溫度(℃)，t2為空氣層4點(diǎn)平均溫度的平均值(℃);R0為空體熱阻值(m2·k/w，簡(jiǎn)稱熱歐姆)。

熱阻R的習(xí)慣單位有clo和tog，二者與熱歐姆(m2·k/w)的關(guān)系如下:

1.3 試樣

為研究測(cè)試方法，本文選用兩類保溫性和形態(tài)風(fēng)格差異很大的服裝，均來(lái)自勁霸男裝(上海)有限公司。一類為橫機(jī)編織的合體針織衫，原料為36tex雙股纜線(每根股線由1根粘膠長(zhǎng)絲與3根棉紗并合加捻而成)，成分為38.2%粘膠和61.8%棉;另一類服裝為短版羽絨服。每類服裝選取XL和S號(hào)種型號(hào)進(jìn)行測(cè)試，生產(chǎn)廠通過(guò)控制羽絨填充量保證了不同型號(hào)服裝的熱阻基本相等。試樣信息見(jiàn)表1。

表1 試樣信息

勁霸羽絨服有長(zhǎng)度和含絨量不同的3種款式，包括薄版羽絨服、中版羽絨服、短版羽絨服。羽絨服的構(gòu)成如圖2所示，面料(面:100%棉;底:100%聚酯纖維)，里料為100%聚酯纖維(涂層除外)，防絨布為100%聚酯纖維，填充物為91.5%白鴨絨(小部分除外)。

圖2 勁霸短版羽絨服結(jié)構(gòu)圖

考慮服裝在使用和洗滌過(guò)程中可能會(huì)損失一些熱阻，我們?nèi)窟x用新的服裝來(lái)測(cè)量服裝熱阻。歐洲 CEN標(biāo)準(zhǔn)［8］也要求使用新的服裝來(lái)測(cè)試熱阻。

2 儀器穩(wěn)定性和精確度考查

2.1 儀器的重現(xiàn)性考查

每款服裝總計(jì)作3輪測(cè)試，每一輪測(cè)試是連續(xù)測(cè)試2次試驗(yàn)(即第一次測(cè)試結(jié)束后，不從儀器上脫下再測(cè)一次)，每一輪測(cè)試完成后從儀器上脫下涼置30分鐘后再作第二、三輪測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表2。

表2 薄版羽絨服內(nèi)含針織衫測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性驗(yàn)證

表3 中版羽絨服內(nèi)著針織衫測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性驗(yàn)證

從表3可以看出，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)測(cè)試，同款試樣波動(dòng)CV值最大在4.04%?？梢?jiàn)該儀器重現(xiàn)性較好。

2.2 儀器的穩(wěn)定性考查

為測(cè)試不同胸圍的服裝，該儀器需要“擴(kuò)胸”，即調(diào)整硬件(前胸和后背)的相對(duì)位置。調(diào)整前后測(cè)試結(jié)果是否一致，關(guān)系到儀器的穩(wěn)定性。表4列出3次調(diào)整前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表4 穩(wěn)定性驗(yàn)證(試樣:薄款羽絨服內(nèi)著針織衫)

同時(shí)我們通過(guò)針對(duì)一款服裝，擴(kuò)胸到一定量后連續(xù)測(cè)試兩次，然后下次再重新調(diào)整到該尺寸測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其波動(dòng)較小，輸出熱功率的變異系數(shù)僅5.57%，可見(jiàn)儀器的穩(wěn)定性較高。

2.3 與其它儀器的一致性

為了驗(yàn)證儀器的熱阻測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，我們通過(guò)與其他儀器測(cè)試結(jié)果對(duì)比，如表5。

表5 LD-1型服裝保溫儀與其他保溫儀測(cè)試熱阻結(jié)果對(duì)比(不舉袖)

從表5，針對(duì)棉衣和毛衣在接近相同條件下測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，LD-1型服裝保溫儀與日本大榮平板保溫儀熱阻測(cè)試結(jié)果基本相同。針對(duì)同款羽絨服，LD-1型服裝保溫儀通過(guò)四次測(cè)試結(jié)果求平均得到的熱阻值基本與3M公司暖體假人求得的相同。由上述可知LD-1型服裝保溫儀測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

(1)LD-1型服裝保溫儀的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性好，測(cè)試誤差較小，與其它儀器有很高的一致性，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可信。

(2)LD-1型服裝保溫儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用服裝型號(hào)和款式范圍廣，可剔除開(kāi)領(lǐng)高低、開(kāi)衩大小等服裝結(jié)構(gòu)對(duì)保溫性影響的優(yōu)勢(shì)。

［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］周永凱，田永娟.服裝款式特征與服裝熱阻的關(guān)系［J］.北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27(3):32－37.

［3］李當(dāng)岐.服裝學(xué)概論［M］.北京:高等教育出版社，1997:37－38.

［4］陳東生.服裝衛(wèi)生學(xué)［M］.北京:中國(guó)紡織出版社，2000:7－8.

［5］鄔紅芳，趙紅斌.服裝工效學(xué)初探［J］.人類工效學(xué)，1999，5(4):65－68.

［6］王府梅.服裝織物的性能設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)紡織大學(xué)出版社，2000:86－139.

［7］閻林，夏一哉.服裝隔熱性能的研究［J］.棉紡織技術(shù)，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.