氣候舒適度與產(chǎn)品測試

B.Kurz，C.Russ

1.慕尼黑應用科學大學(德國) 2.Inside Climate公司(德國)

除了服裝和身體支撐系統(tǒng)產(chǎn)品(如工裝和工作服、運動裝)的生物力學和功能性的特點外，人們對座椅和鋪設設備(如床墊)的熱濕性能管理也越來越感興趣。這就需要考慮各種影響因素，除了用戶的個體差異外，變化的周圍氣候條件、不同的能量消耗及可能存在的精神心理因素也會存在。物理分析進一步區(qū)分了熱舒適性和濕舒適性，以及它們對全身或局部身體部位的影響，所有這些都與局部身體狀況和溫度變化趨勢有關，從而使客觀地獲得舒適性參數(shù)變得復雜。圖1顯示了足部在各種微氣候條件下的舒適度變化和舒適度評價。

圖1 足部受微氣候影響的不同感知舒適度

實用的總體熱舒適度評估方法可從各種科學文獻中找到，這些方法所針對的氣候條件是非極端氣候以及適度的風速和熱輻射等可被人們廣泛接受的溫度范圍。用有效溫度以及低于連續(xù)工作容量(約250 W)的能耗來說明，這些溫度范圍設定如下。

——最佳范圍：31.5～35.5 ℃

——向溫暖過渡：35.5～37.0 ℃

——向涼爽過渡：29.0～31.5 ℃

——溫暖舒適度閾值：高于37.0 ℃(37.5 ℃)

——涼爽舒適度閾值：低于29.0 ℃

關于濕度感知的說法并不一致，較常見的認知是“越干越好”。這主要是由于人體缺乏水分感受器官，因此只能通過冷卻或皮膚潤濕性才能間接產(chǎn)生相應的感知。

1 舒適度評價

由于干燥的微氣候總是比潮濕的微氣候更加舒適，因此作為第二個獨立的目標常數(shù)——濕度的量化，必須更加受到關注。更重要的是，它加深了人體對微氣候的熱感知，如感覺更熱(汗液發(fā)出熱量釋放信號)或感覺更冷(冷凝或潮濕衣服)。因此，“低濕度”規(guī)則始終有效，并可作為閾值指標。

許多公認科學家的大量調(diào)查都證實了在標準化測試程序中從舒適到不適變化拐點的絕對濕度基準值。為了保證鞋內(nèi)穿著的舒適性，將拐點的基準溫度設定為35 ℃，相對濕度為70%，即代表絕對濕度約為25 g/kg(0.032 Kg/m3)。高于這個值，腳會出更多汗，低于此值，腳具有足夠的能力來吸收多余熱量，而不會明顯地通過蒸發(fā)汗液散熱。溫度值在29 ℃以下時，之前鞋內(nèi)的空氣會因凝結的濕氣而達到飽和狀態(tài)，使絕對濕度不可能再達到25 g/kg，從而不會產(chǎn)生不適感。根據(jù)對汽車座椅或用戶床墊的類似調(diào)查，可以確定有幾乎相同的濕度闕值。

結合溫度和濕度的舒適范圍，可以修改以下舒適相關階段。

——階段1：溫度適中區(qū)域(舒適區(qū))

溫度在31.5～35.5 ℃之間，相對濕度在85%至70%之間，以達到25 g/kg絕對濕度基準。低于此標準，熱狀態(tài)不會改變，但是獲得蒸發(fā)散熱損失熱量的能力依然存在。人體處于熱平衡狀態(tài)。

——階段2：涼爽區(qū)域

向過于涼爽過渡的溫度區(qū)域為29～31.5 ℃，相對濕度至少需要達到85%才可達到25 g/kg的絕對濕度基準值。通過體溫改變濕度是不可能的，因為散熱需求減少，排汗量相應減少。濕度過高則會凝結水份并產(chǎn)生潮濕感，從舒適的角度來看，無論如何都會令人感到不適。

——階段3：過熱區(qū)域

溫度在35.5 ℃以上，因汗液而產(chǎn)生的濕氣必須散去，以避免熱量和汗液在散發(fā)時對舒適度產(chǎn)生負面影響。氣候舒適度主要由熱驅(qū)動引起，然而將絕對濕度保持在25 g/kg以下仍然可以達到降溫效果。所討論的舒適性基準無一例外都來自于對人體的測試。然而，對人體測試需要一定的決定因素、選擇過程和最小的統(tǒng)計范圍，因此被認為費時且費力。

按邏輯推論，可使用釋放熱量和濕度的測試系統(tǒng)，以測量和計算物理參數(shù)，如熱傳導和蒸汽傳輸情況。或者通過以下方式與測試對象一起創(chuàng)建特定的微氣候，如模擬人體熱量和濕度釋放(熱調(diào)節(jié))，以確保能可靠地預測氣候舒適度。但是，許多使用中的仿真系統(tǒng)很復雜，或者只能應用于織物試樣。對成品(如夾克、襯衫、座椅和床等)等有關產(chǎn)品的評估和產(chǎn)品質(zhì)量的有效測試是很有必要的。Sweator技術(圖2)可滿足這些需求，通過使用帶有特殊水蒸氣滲透膜涂層的充滿水的熱控制空心體，模擬人體各部分(如足部、頭部或軀干)對產(chǎn)品進行測試。該測試試驗在氣候明確的室內(nèi)條件下進行，其熱量產(chǎn)生和出汗率都可調(diào)整為人體生理值。根據(jù)使用情況，額外的對流能夠改變樣品表面或最終產(chǎn)品的測試結果。因此，Sweator技術能夠?qū)崿F(xiàn)模擬逼真的測試條件和無損測試，并可獲得可靠的熱阻Rct、水蒸氣滲透阻力Ret、濕蒸汽透氣率MVTR及蒸發(fā)容量等測試結果。

圖2 Sweater測試元件

2 微氣候產(chǎn)品測試

Sweator模擬的重點主要在于熱濕傳輸?shù)穆窂椒治?，尤其可生成反應實際的微氣候并對產(chǎn)品進行直接的舒適度評估。一方面，要求在區(qū)域微氣候條件(座位、床、夾克等)和用戶舒適度之間建立安全的映射關系；另一方面，需要為模擬系統(tǒng)選擇合適的參數(shù)。為此，可以對座椅系統(tǒng)、鞋類和服裝部件的舒適度相進行不同研究，以使其與舒適區(qū)域相關聯(lián)。在對評定表進行評估和微調(diào)后，確定達到35.5 ℃或25 g/kg的不舒適感之前的拐點溫度和濕度。作為示例，圖3顯示了在各種測試模式下，座椅系統(tǒng)在真人測試和Sweator模擬測試與舒適性評估相關性的試驗結果。

圖3 先驗者的舒適關系和各種模式座椅測試的模擬結果

通過真人測試與Sweater模擬結果的比較，驗證了兩種情況下所產(chǎn)生的微氣候的良好一致性。因此，未來可選擇僅基于模擬即可得到的可靠舒適性預測結果。此外，正如預期的那樣，盡管3種試驗模式的實際濕度值波動很大，但測試結果中的濕度感知一致。相反，令人印象深刻的是，在非飽和濕度水平下，熱舒適范圍內(nèi)的絕對濕度決定性地表達了熱舒適性。濕度高(出汗)時表示需要釋放熱量，而濕度低時釋放熱量的需求也很低。因此，熱量可以蒸發(fā)，而釋放熱量的需求也會降低。