消防服熱濕舒適性的客觀評價

崔琳琳

江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心(中國)

消防服熱濕舒適性的客觀評價

崔琳琳

江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心(中國)

通過人工氣候室受控環(huán)境中暖體假人試驗，對現(xiàn)役消防服和新款3層結(jié)構(gòu)消防服進行熱濕舒適性客觀評價，在模擬消防服實際穿著環(huán)境條件下，進行整體服裝的熱濕舒適性能評價指標的測量，從而獲得消防服穿著狀態(tài)下服裝微氣候的溫度、相對濕度及服裝濕阻。結(jié)果表明：新款3層結(jié)構(gòu)消防服的透濕性能較現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服有所提高，其熱濕舒適性得到改善。

消防服； 客觀評價； 熱濕舒適性； 暖體假人試驗； 氣候室受控著裝試驗

在功能性服裝及面料的研發(fā)和貿(mào)易中，對舒適性的科學評價極其重要。香港理工大學范金土教授[1]研發(fā)出一種新型的暖體出汗假人——Walter，實現(xiàn)了人體出汗狀態(tài)下，服裝熱阻和濕阻的模擬測試，主要用于模擬人體、服裝和環(huán)境之間的熱交換、濕交換過程。暖體假人可以在各種環(huán)境下進行連續(xù)試驗，是服裝熱濕性能測試的理想設(shè)備，其應用便于對服裝整體或局部的熱學性能參數(shù)進行隨時測量，為服裝材料的選擇和結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計提供試驗依據(jù)。

按用途可將假人分為火人、暖體假人、出汗假人、變溫假人和體溫調(diào)節(jié)假人等[2]。火人主要用于測試服裝的熱防護性能；暖體假人主要用于測試服裝熱阻，以評價服裝的非蒸發(fā)散熱性能，但僅測試服裝熱阻還不能反映服裝的熱濕性能，因為人體出汗會引起蒸發(fā)散熱，因此還需用出汗假人來測量服裝的透濕指數(shù)。

服裝濕阻是影響服裝熱濕舒適性的重要因素之一[3]。人體出汗前，所散發(fā)的水汽是通過潛熱即不顯汗的方式轉(zhuǎn)移的。當人體處于舒適狀態(tài)時，人體有1/4的蒸發(fā)散熱量是以潛熱形式進行的，但大運動量狀態(tài)下，當人體的散熱量與其產(chǎn)熱量無法平衡時，人體將依靠出汗排熱，而服裝的透濕阻力是影響蒸發(fā)散熱的一個非常重要的因素。由于消防服裝的特殊功能性，其舒適性取決于服裝的透濕性和散熱性，因此消防服的透濕性能決定了消防服的熱濕舒適性。本文利用出汗暖體假人測量對比了新款3層結(jié)構(gòu)消防服與現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服的濕阻，對消防服的熱濕舒適性進行了評價。

1 試驗

1.1 試驗樣衣面料及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

選用2種消防服進行測試，分別記作1#消防服和2#消防服(圖1和圖2)，1#消防服是現(xiàn)役消防服，面料為4層結(jié)構(gòu)；2#消防服是新款3層結(jié)構(gòu)消防服，2種消防服款式結(jié)構(gòu)相同，號型都為175/92A。試驗樣衣面料及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖1 1#消防服 圖2 2#消防服

服裝類型服裝分層面料組成面密度/(g·cm-2)1#消防服外層93%TeijinConex/5%TeijinTechnora/2%導電絲205防水透氣層間位芳綸/對位芳綸水刺氈+PTFE膜110隔熱層間位芳綸/對位芳綸水刺氈70舒適層50%國產(chǎn)間位芳綸/50%阻燃黏膠1202#消防服外層78%TeijinConex/20%TeijinTechnora/2%導電絲220防水透氣層間位芳綸/對位芳綸水刺氈130隔熱舒適層93%TeijinConex/5%TeijinTechnora/2%導電絲135

1.2 試驗儀器

在人工氣候室(圖3和圖4)中，運用出汗暖體假人——Walter(圖5)，測試消防服的舒適性能。圖6所示為出汗暖體假人Walter系統(tǒng)運行界面。

圖3 人工氣候室控制室

圖4 人工氣候室控制柜

圖5 裸態(tài)出汗暖體假人——Walter

范金土教授等研究、制造的世界上第一個被動出汗暖體假人Walter的中文為華特[4]。Walter由在線供水、步行運動模擬、水循環(huán)、控制和測量4個子系統(tǒng)構(gòu)成，其皮膚為高強、可呼吸面料，可對人體出汗進行模擬，通過測量服裝-人體微環(huán)境及外環(huán)境中的溫度、濕度，最終可以得到蒸發(fā)散熱量及干散熱量，實現(xiàn)服裝熱阻和濕阻的精確測量，完成對服裝兩大熱濕舒適性指標的測量，且測試不需任何假設(shè)條件。為了模擬人體不同的出汗狀態(tài)，Walter的皮膚還可進行更換。

圖6 出汗暖體假人——Walter系統(tǒng)運行界面

服裝(織物)內(nèi)外兩側(cè)存在水蒸氣濃度差(或水蒸氣壓力差)時，一般將水分通過服裝(織物)的阻抗稱為服裝(織物)的濕阻[5]。濕阻越大，透濕越困難。出汗暖體假人的濕阻(Ret)為

(1)

式中：Ret——出汗暖體假人的濕阻，Pa·m2/W；

Aa——出汗暖體假人的表面積，為1.79 m2;

RHa——環(huán)境的相對濕度，%；

He——水蒸氣蒸發(fā)散熱功率，W；

Res——假人皮膚的濕阻，為8.6Pa·m2/W。

為測試暖體假人的濕阻，測試過程中還需測試暖體假人皮膚15個主要部位(圖7)的溫度及服裝與假人皮膚間微氣候的溫度與濕度。

圖7 暖體假人皮膚溫度15個測試部位

1.3 試驗環(huán)境

人工氣候室的環(huán)境參數(shù)：環(huán)境溫度35 ℃，相對濕度(50±5)%，風速(0.2±0.1) m/s(圖8)。出汗暖體假人Walter的體內(nèi)溫度控制在37 ℃，呈站立靜止姿勢。圖9為暖體假人穿著消防服的照片。

圖8 人工氣候室環(huán)境條件顯示屏

圖9 暖體假人穿著消防服

2 試驗結(jié)果及分析

Walter與人體的熱容量和體質(zhì)量相似，其中心溫度恒定為37 ℃，試驗采用水循環(huán)系統(tǒng)模擬人體的血液循環(huán)系統(tǒng)。服裝的不同透濕特性，將引起Walter出汗量發(fā)生改變。

人工氣候室中假人-服裝-環(huán)境達到熱濕傳遞穩(wěn)態(tài)后，出汗暖體假人系統(tǒng)每隔1 h會獲取一組數(shù)據(jù)，主要為服裝與皮膚間微氣候的溫度、相對濕度、皮膚表面溫度、環(huán)境溫度和相對濕度、散熱功率及出汗量等，可計算獲得服裝的熱阻和濕阻。

本試驗主要統(tǒng)計分析服裝與皮膚間微氣候的溫度、相對濕度及服裝濕阻，表2為3次測試數(shù)據(jù)的平均值。

表2 服裝與皮膚間微氣候的測試結(jié)果及服裝濕阻

在35 ℃、相對濕度50%的環(huán)境條件下，現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服(1#)的濕阻為38.455 Pa·m2/W，新款3層結(jié)構(gòu)消防服(2#)的濕阻為32.890 Pa·m2/W。可見，2種消防服與假人皮膚間微氣候的溫度差異不大，新款3層結(jié)構(gòu)消防服微氣候相對濕度略低于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服的相對濕度，濕阻小于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服的濕阻，說明新款3層結(jié)構(gòu)消防服的透濕性好于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)的消防服，其熱濕舒適性得到改善。

3 小結(jié)

使用出汗暖體假人系統(tǒng)對新款3層結(jié)構(gòu)消防服和現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服的微氣候溫度、相對濕度及濕阻進行測試，對其熱濕舒適性進行評價。結(jié)果顯示，新款3層結(jié)構(gòu)消防服的微氣候環(huán)境相對濕度略低于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)消防服的相對濕度，濕阻小于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)的消防服，說明新款3層結(jié)構(gòu)消防服的透濕性能相較于現(xiàn)役款4層結(jié)構(gòu)的有所提高，其熱濕舒適性得到改善。新款3層結(jié)構(gòu)消防服值得更深入地研究與推廣。

[1] 及二麗.低溫環(huán)境下多層服裝熱濕舒適性的研究[D].上海：東華大學，2006.

[2] 張渭源.服裝舒適性與功能[M].北京：中國紡織出版社.2005：102-105.

[3] 查思思.相變材料在消防服用織物中的應用研究[D].上海：東華大學，2013.

[4] 王府梅.服裝面料的性能設(shè)計[M].上海：中國紡織大學出版社.2000：115-117.

[5] 錢曉明，范金土.可行走織物出汗暖體假人技術(shù)及應用[C]//第七屆功能性紡織品及納米技術(shù)研討會論文集，2007(4)：501-519.

The thermal-wet comfortable objective evaluation of firefighter clothing

CuiLinlin

JiangxiCentreforModernApparelEngineeringandTechnology，Nanchang/China

Through the test of thermal manikin controlled by artificial climate chamber， objective evaluation of the thermal-wet comfort property was conducted for both active-duty firefighter uniform and the new three-layer-structure firefighter uniform. In the firefighter uniform by simulating the real dressing situation， the assessment criteria of the thermal-wet comfort property were measured， so that temperature， relative humidity and the wet resistance of clothing micro-climate were available with dressing. It turned out that compared with the active-duty four-layer-structure firefighter uniform， moisture permeability and thermal-wet comfort property of the new three-layer-structure firefighter uniform improved.

firefighter uniform； objective evaluation； thermal-wet comfort property；thermal manikin test； climate chamber dressing test