中國20個少數民族男性服裝整體和局部熱阻的研究

史 雯，盧業虎,2，王發明,2

(1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215006；2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州215123)

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研究與技術

中國20個少數民族男性服裝整體和局部熱阻的研究

史 雯1，盧業虎1,2，王發明1,2

(1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215006；2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州215123)

服裝熱阻是影響人體著裝舒適性的主要物理指標之一。選取具有代表性的20種不同少數民族的男性傳統服裝，根據款式特點將其分成六組，采用暖體假人測試了服裝的整體和局部靜態熱阻，分析各組內、組間服裝局部熱阻的差異和變化趨勢，以及影響服裝熱阻的相關因素。研究結果表明：服裝的局部熱阻與人體部位體形、服裝局部結構、人體穿著方式和服裝的總重量有關。各少數民族服裝的局部熱阻分布不均勻，軀干后部位的服裝熱阻大于前部，腹部和下背處的服裝熱阻大于胸部和上背，盆骨處的服裝熱阻最大。

少數民族；服裝；暖體假人；服裝總熱阻；局部熱阻；結構款式

服裝熱阻是表征人體熱舒適性最重要的客觀物理指標之一。影響服裝熱傳遞性能的因素主要有：環境因素、人體的動作姿勢、發汗量、服裝的物理特性和設計因素等。外界風可以增加對流和蒸發散熱，使透氣性服裝的熱阻顯著下降；人體行走使得四肢部位的服裝熱阻下降幅度遠大于軀干部位[1-3]。人體的姿勢及大量的顯汗也可以改變服裝的熱阻[1,4-6]。服裝熱阻隨著覆蓋人體的表面積的增加而增加；同樣，當服裝厚度、層數增加時，其熱阻值也會相應地增加[7]。服裝的搭配形式不同，對應的服裝局部熱阻和總熱阻也會不同[8-9]。服裝衣下空氣層和服裝的結構比織物性能(厚度、密度、平方米質量、導熱系數)更易影響服裝的熱阻[10]。服裝熱阻會隨著衣下空氣層厚度的增加而增加；當空氣層增加到一定厚度時，繼續增大空氣層，服裝微環境內會發生自然對流和強迫對流，從而致使服裝的總熱阻下降[11]。服裝衣下空氣層與外界環境之間的氣體交換現象稱為服裝的通風效應，根據服裝開口部位、服裝的合體性和服裝的款式等的不同，通風效應可以使服裝總熱阻減少5%～50%[12]。

國際學術界上，韓國、阿拉伯海灣和科威特等亞洲國家對其傳統民族服裝進行了較為深入的研究。Sung[10]通過人體著裝測試了朝鮮男性民族服裝的有效熱阻，并與朝鮮女性民族服裝、西方服裝的熱阻進行了比較。研究結果發現韓服在下身部位的熱阻大于西方服裝。Al-Ajmi等[13]用暖體假人測量了阿拉伯海灣傳統民族服裝的熱阻及服裝面積因子，指出計算西方服裝面積因子的經驗公式不再適用于阿拉伯海灣的民族服裝。Al-Rashidi等[8]用三種方法測量了科威特學生校服的固有熱阻，并分析了6～17歲的少年服裝與成人服裝熱阻之間的差異。

中國是一個由56個民族組成的多民族國家。由于55個少數民族的分布較為分散，加之地形、氣候、植被和宗教等的異同，形成了各具民族特色的民族服飾。當前，國內學者對少數民族服飾的研究大多是從服裝通史、服飾文化、頭飾等角度展開，專門探討民族服裝的研究多集中在圖案色彩、服裝款式等表征層面上[14]，觸及到技術層面的也多是傳統刺繡技藝和服裝結構[15]，而關于少數民族服裝舒適性方面的研究較少。李俊等[16]利用暖體假人研究了幾種藏服的熱阻，結果表明藏服的穿著方式影響服裝的總熱阻。

鑒于國內學者對中國少數民族傳統服裝熱傳遞性能的研究相對落后,因此亟需開展中國少數民族服裝熱阻方面的研究，從而為今后研究少數民族群體舒適性提供更為廣泛的理論支持。本研究采用暖體假人探討了中國20個少數民族男性傳統服裝的總熱阻及服裝不同部位的局部熱組，研究結果為建立適用于各少數民族群體的局部熱舒適性模型提供參考依據。

1 研究方法

1.1 測試服裝

本研究選取了20個少數民族的20套傳統男性服裝作為測試服裝，各套民族服裝的尺寸依據暖體假人“Newton”量身定制。根據它們的款式特點(圖1)把這20套民族服裝分為G1～G6六組。G1是上下衣分體服裝，配有短裙或短袖；G2是長袍服裝；G3服裝是長袖上衣和長褲或長裙；G4服裝包括長袖上衣、長褲，外面套上馬甲或在胸前、腿部配有裝飾；G5是上袍下褲組合的服裝；G6是多層搭配服裝。其中，保安族服裝存在兩種穿法：保安族1——長袍僅穿左袖，類似袈裟穿法；保安族2——兩只袖子正常穿著。各組服裝的面料性能參見表1。

1.2 測試條件與實驗步驟

實驗采用34區段暖體假人“Newton”(美國西北測量技術公司)測量服裝熱阻。將假人劃分為11個區域來計算每個區域的服裝局部熱阻(圖2)。服裝熱阻的測試在人工氣候室內完成。實驗前，先將測試服裝放置于測試環境下平衡至少12 h。實驗的測試條件嚴格按照ISO 15831—2004《服裝-生理效應-采用暖體假人測試服裝熱阻》[17]來執行，人工氣候室內相對濕度為50%±10%，風速為(0.4±0.1) m/s。實驗測試環境溫度的選取與兩個因素有關：1)暖體假人的表面溫度與環境溫度的溫差至少為12 ℃；2)假人每一區段的熱流量應大于20 W/m2。每套服裝穿著之前，先給假人穿上一條純棉內褲(圖3)。實驗中假人采用恒溫模式(假人表面溫度控制在34 ℃)，由ThermDAC?軟件每30 s記錄一次假人每個區段的表面溫度和熱流量，其穩態時間至少持續30 min。每件服裝重復測量3次，服裝熱阻的變異系數控制在10%以內，否則，繼續重復實驗，直至達到要求。

1.3 服裝熱阻的計算

服裝總熱阻It(m2·℃/W)的計算公式[17](并聯法)為：

(1)

圖1 少數民族服裝的款式Fig.1 Styles of minority ethnic costumes

表1 少數民族服裝的面料性能Tab.1 Fabric properties of minority ethnic costumes

圖2 暖體假人局部區域劃分示意Fig.2 Local regional division drawing of the thermal manikin

圖3 34區段“Newton”暖體假人Fig.3 The 34-zone“Newton”thermal manikin

其中，服裝局部熱阻It,i的計算公式[17]為：

(2)

式(1)～(2)中：Ai為暖體假人第i區段的表面積，m2(i=1，2，3……32)；A為暖體假人的表面積，m2；Tsk,i為暖體假人第i區段的表面溫度，℃；Ta為空氣溫度，℃；Hc,i為暖體假人第i區段的熱流量，W/m2(i=1，2，3……11)。

2 結果與討論

2.1 服裝總熱阻

本研究中六組服裝的總熱阻值如圖4所示。裸態邊界空氣層的總熱阻是0.077 m2·℃/W(即0.50 Clo)，這20套民族服裝的總熱阻值范圍為0.125～0.230 m2·℃/W(即0.81～1.48 Clo)。由于G1包含短裙或者短袖上衣，因此其服裝的總熱阻值較小。由于裸露部位、服裝結構款式的不同致使其總熱阻之間存在顯著差異(傣族服裝較黎族服裝的總熱阻大14.2%)。G2服裝均為長袍，腰間系帶，盡管本組服裝結構特征和外部造型相似，但各套服裝的總熱阻之間仍然存在顯著差異(藏族服裝較怒族服裝的總熱阻大25.1%)，這可能與服裝的寬松程度和局部(領口、袖口、下擺)面料層數的不同有關。例如藏族服裝的主體面料雖然較薄，但較怒族、蒙古族服裝，其衣袖更長、整體更加肥大，衣下空氣層含量較多；此外，藏服在領部、袖口和下擺處配有大量人造毛，服裝總重量也增加了近0.9倍，所以其總熱阻較大。G3中壯族、仡佬族與畬族的服裝結構款式基本相同，但它們的總熱阻之間存在著差異；布依族上衣為右衽衣襟、下身是長裙，這些款式上的差異使之與其他兩個民族服裝的總熱阻存在顯著差異(布依族服裝較壯族服裝的總熱阻大10.4%)。G4中苗族服裝熱阻較大(苗族服裝較瑤族服裝的總熱阻大13.2%)，這可能與各服裝的結構款式和覆蓋面積的不同有關。G5中，與其他兩種民族服裝相比，哈薩克族服裝面料較厚、服裝總重量大、層數多，所以其總熱阻較大(哈薩克族服裝較仫佬族服裝的總熱阻大7.5%)。G6是多層搭配的服裝，服裝整體重量較大，服裝的某些部位上的面料較厚(如羌族的毛馬甲、保安族的“Y”字領)，使其總熱阻較大；由于款式結構、穿著方式的不同，熱阻也存在顯著差異(保安族1服裝較保安族2服裝的總熱阻大11.6%)。

**表示P<0.01;*表示P<0.05；數字表示組內差異

如圖5所示，服裝總熱阻與其總質量之間存在著顯著的線性關系，如式(3)所示(R2=0.781)。研究結果表明，服裝越重，其總熱阻越大，這與Sung[10]測得的韓服的規律趨勢是一致的。

It=5.36×10-5×Wt+0.12

(3)

式中：Wt是服裝的質量，g。

圖5 服裝質量與熱阻之間的關系Fig.5 The relationship between thermal resistance and the clothing weight

2.2 服裝局部熱阻

本研究中六組服裝的局部熱阻值如圖6所示，服裝不同部位的熱阻分布不均勻：軀干后背部位的服裝熱阻大于胸部和腹部，腹部和下背的服裝熱阻大于胸部和上背，這主要與人體形態和服裝上下衣的部分重疊有關；盆骨處的服裝熱阻明顯大于其他身體部位，這主要是由內褲和衣服的重疊、腹部臀部的形態及服裝衣下空氣層的分布差異等原因造成的[18]。手腳部位的局部服裝熱阻與袖長、褲長、裙長或袍長有關，長度不同，服裝覆蓋人體的面積不同，其服裝熱阻會有所不同。G1的服裝從上到下局部熱阻的變化趨勢基本一致。俄羅斯族和傣族服裝的上衣是短袖結構，黎族服裝的上衣是長袖結構，所以黎族服裝在手臂處的熱阻較大；黎族服裝的下衣是短裙，腿部熱阻明顯小于長褲。俄羅斯族與傣族服裝的結構

**表示P<0.01;*表示P<0.05

款式相同，但二者的局部熱阻在腹部處差異較大，這是因為俄羅斯族服裝的上衣明顯輕薄，加之傣族服裝的腰部束有腰帶，增加了服裝的熱阻。對于G2，除藏服在胸部處的熱阻外，各族服裝從上到下局部熱阻的變化趨勢基本一致。藏族與其他族服裝的局部熱阻存在差異：藏服主體面料的厚度較薄，后背的熱阻較小；而藏服的領口部位在原面料的基礎上增加了一層較厚的人造毛，靜止空氣增多，使其前胸處的熱阻大大增加(熱阻值增加了0.17 m2·℃/W，超出其他族115.7%)；藏服寬松肥大，尤其在下肢處，靜止空氣層較多，保暖性好[16]。怒族服裝在胸部和上背等部位的熱阻較小，這可能是因為其衣領部位開口較深且沒有裝飾。G3服裝是標準的上下衣單層結構，除頭手腳外，身體其他部位均被服裝覆蓋，局部熱阻的變化趨勢也基本相同。布依族服裝的下衣是長裙，與長褲相比，盆骨處的熱阻差別是最大的(熱阻值增加了0.14 m2·℃/W，超出其他族43.8%)，腿部的熱阻差異則相對較小。四套服裝在腹部處的熱阻存在顯著差異，這可能與服裝主體面料的硬挺度和服裝胸前裝飾面料的特性有關。仡佬族與布依族服裝面料成分相同、厚度不同，在手臂、胸部和后背處的服裝熱阻沒有顯著差異；壯族與畬族服裝厚度差異較大，但在大多數部位服裝熱阻的差異不大，以上結果表明與其他因素(例如服裝衣下空氣層)相比，面料厚度對各民族服裝熱阻的影響較小，這與Sung[10]對于男性韓服的研究結果是一致的。

對于G4，各服裝從上到下局部熱阻的變化趨勢基本相同。苗族比其他族服裝的局部熱阻大，這可能是因為其多層重疊的部位較多，結構款式較為寬松，衣下靜止空氣較多[18]。瑤族服裝在胸部和上背部位的熱阻較低，是因為裝飾只覆蓋了胸部的一部分，而其他族為馬甲，重疊覆蓋的面積較大。G5服裝從上到下局部熱阻的變化趨勢也基本一致。三套長褲的款式結構相同，仫佬族長袍比滿族、哈薩克族的長袍短，所以其腿部的熱阻較小；滿族長袍下擺是A型，哈薩克族長袍是H型，在大腿部位二者的熱阻無差異，而在小腿處哈薩克族服裝的熱阻較大，這是由空氣層分布的不均勻性引起的[11]。滿族服裝在手臂處的熱阻較小，可能與其袖口肥大而造成的對流效應有關[11]；滿族服裝在腹部和下背處的熱阻較小，這可能與束腰帶的松緊和服裝面料的硬挺度有關。從圖6可以看出,G6服裝的局部熱阻普遍較大。保安族1和保安族2是保安族服裝的兩種不同穿法，保安族2服裝在手臂、胸部和腹部處的熱阻大于保安族1(手臂處的熱阻增加了0.06 m2·℃/W，增大了27.2%；胸部處的熱阻增加了0.16 m2·℃/W，增大了74.2%；腹部處的熱阻增加了0.11 m2·℃/W，增大了29.1%)；長袍的右袖堆積在后背，上背處的服裝熱阻雖無差異，但在下背處保安族1的服裝熱阻大于保安族2；對下肢而言，二者的局部熱阻沒有差異。保安族服裝不同的穿法可以較好地適應其所在地區一天的氣候變化，這與Li等[16]的研究結果一致。羌族服裝軀干部位的毛馬甲內含有大量的靜止空氣，因而其軀干部位的局部熱阻遠大于保安族(上背處的熱阻增大了0.25 m2·℃/W，超出保安族103.1%；下背處的熱阻增大了0.35 m2·℃/W，超出保安族78.4%)；羌族服裝的局部熱阻在盆骨處明顯下降(熱阻減小了0.19 m2·℃/W，約低于保安族38.9%)，這是由于相對于寬松肥大的保安族服裝，其所含衣下空氣層較少[18]而造成的。

G1和G6分別是熱阻最大與最小的服裝組，涵蓋范圍較廣(服裝局部熱阻范圍為0.075～0.802 m2·℃/W，即0.48～5.17 Clo)。G2與G3的服裝覆蓋面積基本相同，且均為單層服裝。除藏服外，其他民族服裝的局部熱阻變化趨勢基本一致(除仡佬族服裝在腹部處的局部熱阻較低外)。在大腿處，袍或裙的熱阻大于長褲(局部熱阻平均值相差0.05 m2·℃/W，增大了22.3%)；而在小腿處，其熱阻小于長褲(局部熱阻平均值相差0.03 m2·℃/W，減少了17.3%)。這與空氣層的分布有關[11]，空氣層過大會形成通風效應，使其對應部位的服裝熱阻降低。藏族與保安族2的服裝都極為寬松，且胸部覆蓋毛領，熱阻增加；下背處的衣下空氣層較大，對流散熱增加，熱阻下降[18]。相對于G2服裝，G5的下身部位增穿了褲子，因而G5服裝比G2服裝的下身部位的熱阻大(平均值相差0.07 m2·℃/W，增大了25.8%)，此結果與男性韓服下半身的熱阻值大于西方服裝下半身的熱阻值是一致的[10]。

3 結 論

本研究選取了20套少數民族男性傳統服裝，采用暖體假人測試了服裝的整體及局部靜態熱阻。20套民族服裝的總熱阻值范圍為0.125～0.230 m2·℃/W(即0.81～1.48 Clo)，局部熱阻值范圍為0.075～0.802 m2·℃/W(即0.48～5.17 Clo)。研究結果表明，服裝的局部熱阻與人體各部位體形、服裝局部結構和人體穿著方式有關。由于頭手腳處沒有服裝覆蓋，因此這些部位的局部熱阻較小。20套服裝局部熱阻的分布不均勻，普遍規律(按自上到下順序)如下：手臂和胸部的服裝熱阻較低，上背、腹部和下背處的服裝熱阻依次增大，在盆骨處服裝熱阻值達到最大，大腿和小腿處的服裝熱阻又逐漸減小；在軀干部位，后背處的服裝熱阻大于前胸，腹部和下背處的服裝熱阻大于胸部和上背。服裝層數越多，熱阻也相對較大。羌族、保安族和藏族服裝在其較厚的人造毛部位的熱阻顯著增加。在大腿處，袍或裙的熱阻大于長褲，而在小腿處，其熱阻則小于長褲。服裝的總質量對其熱阻有明顯影響，服裝越重，熱阻值越大。

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A Study on Overall and Local Thermal Resistance of Male Costumes from Twenty Minority Ethnic Groups in China

SHI Wen1, LU Yehu1,2, WANG Faming1,2

(1.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China; 2.The National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China)

Clothing thermal resistance is one of main physical parameters influencing dressing comfort. In this study, 20 kinds of typical male ethnic costumes were selected from 20 Chinese minority groups. They were divided into 6 groups based on their style characteristics. The overall and local static thermal resistance of those male ethnic costumes is measured with thermal manikin. The differences and change trend of local thermal resistance of inter-group and intra-group clothing as well as relevant factors influencing thermal resistance of clothing were investigated. Research results show that, local thermal resistance of clothing is related to the body posture, local structure of clothing, wearing ways and clothing weight. The local thermal resistance of those ethnic costumes is distributed unevenly; thermal resistance of clothing at the back is higher than that at the front; thermal resistance at the abdomen and the lower back is greater than that of the chest and the upper back; thermal resistance at the pelvis is the largest.

minority ethnic; costume; thermal manikin; overall thermal resistance of costume; local thermal resistance; structure style

2015-02-01;

2015-06-17

江蘇省自然科學基金資助項目(BK20130312)

TS101.92；TS941.15

A

1001-7003(2015)10-0011-08 引用頁碼: 101103

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.10.003