冬季戶外長跑運動服結構設計與熱舒適性評價

沈奕君，張海棠，李 青，王宏付

(1.江南大學 設計學院，江蘇 無錫 214122；2.江南大學 紡織科學與工程學院，江蘇 無錫 214122)

隨著人們對健康意識的提高，戶外長跑逐漸成為增強體質、強健體魄的全民健身運動。與室內運動服不同，戶外運動服的設計還需要考慮風速、溫度、濕度等環境因素。尤其是在冬季，風速風向、環境溫濕度等均對運動者的生理和心理會產生較大的影響。長跑是一種“重度”運動，會使心率、血壓和體溫等生理指標發生巨大變化[1-2]。因此設計冬季戶外長跑運動服時，需以提高透氣性為主要目標。

目前，國內外關于戶外長跑服的研究主要集中在服裝面料的結構與性能上[3-6]。環境因素對戶外長跑服服用性能的影響也得到了廣泛關注，Hu等[7]研究了風向(正面、側面、背面和靜風)和7個等級的服裝寬松量對運動服隔熱和表面溫度的影響，結果表明腹部和臀部的熱舒適性受風向的影響最大；在服裝結構方面，田偉等[8]分析了戶外運動的上肢運動特性，并對袖子的結構設計進行了探討，結果表明，插肩袖設計更有利于使肩背部壓力均勻分布，并且合理調整運動服袖口尺寸有利于保護人體，平衡體溫和濕度。高冉等[9]運用CLO 3D軟件模擬人體穿衣效果，研究了不同绱袖角度、肘省、松量對運動服壓力的影響。李淑敏[10]通過袖口、領口和肩部設計，討論了防寒服裝的開口結構對防寒保暖效果的影響。因此，從服裝結構角度對冬季戶外長跑運動服進行舒適性研究具有重要的現實意義。

本文對市面上3款冬季戶外長跑運動服的結構和服用性能進行分析，根據分析結果對冬季戶外長跑運動服進行結構改良，研制一款新型冬季戶外長跑運動服，通過人體穿著實驗，對新款冬季戶外長跑運動服和現有冬季戶外長跑運動服的熱舒適性進行評價，為寒冷環境下戶外運動服的設計提供參考。

1 市面冬季戶外長跑運動服的分析

本文選取市面上面料相同(100%聚酯纖維)，規格尺寸均為175/92 A的3款冬季戶外長跑運動服，對其結構和服用性能進行分析，以了解目前市面上冬季戶外長跑運動服的優缺點，為冬季戶外長跑運動服的改良設計提供參考。

1.1 市面冬季戶外長跑運動服的尺寸與結構分析

市面上3款冬季戶外長跑運動服款式圖見圖1。將3款服裝平鋪，用皮尺測量衣服各部位的尺寸，并對其結構進行分解，進一步整理分析。

圖1 市面上3款冬季戶外長跑運動服款式圖

身高175 cm的男性標準胸圍為175 cm×0.61=106.7 cm，3款冬季戶外長跑運動服規格尺寸見表1，可以看出3款冬季戶外長跑運動服的各部位尺寸都比較大。而以上3款樣衣的胸圍放松量都基本達到18 cm，便于運動。

表1 3款冬季戶外長跑運動服規格尺寸表 cm

3款冬季戶外長跑運動服結構分解見表2，可以看出，為了提高保暖效果，3款服裝通風口部位設計基本一致，均采用了連帽高領、抽繩下擺、松緊或黏扣袖口設計；袖型方面，A、B款均為裝袖，C款采用了插肩袖設計；3款服裝的開口設計差別較大，其中A款外層胸部有2個斜向長34 cm的拉鏈開口，通過此開口可以有效散發胸部和腋下的熱量，B款在側縫與胸部各有1個開口，長度分別為36、23 cm，而C款在腋下和袖側均有1個開口，分別長34、15 cm。

表2 3款冬季戶外長跑運動服結構分解

1.2 市面冬季戶外長跑運動服的主觀熱舒適性評價

1.2.1 實驗對象

本文實驗選取5名健康男大學生，年齡為(22.3±0.7)歲，身高為(176.2±2.2)cm，體重為(63.6±2.2)kg，BMI為(20.5 ± 0.4)kg/m2。受試者均熱愛體育鍛煉，有一定運動基礎，有長跑運動習慣且身體健康。

1.2.2 實驗環境

實驗在人工氣候倉(日本ESPEC公司)內進行，實驗環境溫度為(5±1)℃，相對濕度為(60±2)%，風速小于0.2 m/s。

1.2.3 實驗方法

受試者先在正常室溫環境(25 ℃, 相對濕度50%)中靜坐0.5 h，讓身體處于舒適狀態(平均皮膚溫度為32～34 ℃[11])。接著，受試者穿著實驗服裝(內衣為運動內衣和長褲)，進入人工氣候倉開始實驗，做完拉伸運動后，以7 km/h的速度跑步40 min。實驗前后詢問受試者的主觀舒適性評價。運動舒適度評價標尺見表3。

表3 運動舒適度評價標尺

1.2.4 實驗結果

運動前，受試者對3款冬季戶外長跑運動服的觸覺舒適度、熱舒適度和整體舒適度進行評價，運動前舒適性評價結果見圖2。A、B 2款的整體舒適性評價結果相似，觸覺上刺痛感較低，透氣性較好，穿著較溫暖，其中B款最寬松，整體舒適性最好；C款穿著體驗感較悶熱，且刺癢感最強，因此整體舒適度評價最低。

圖2 運動前舒適性評價結果

運動后舒適度評價結果見圖3，可以看出在運動40 min后人體對服裝的各方面舒適度評價都有所改變，黏體感、刺癢感、溫暖感與悶熱感都有增加，尤其是A款的刺癢感增加最明顯。冷感評價結果顯示背部、腹部、胸部和腋下的冷感都比較強烈，3款冬季戶外長跑運動服的評價值基本都接近4級(較冷)。C款的整體舒適度最低，B款最高。

圖3 運動后舒適性評價結果

受試者在運動后的熱舒適感受變化，一方面是由于劇烈運動產生了大量熱量，導致熱感增加；另一方面由于熱量得不到及時散發，聚集后接觸服裝遇冷液化，再加上穿著者自身出汗導致服裝濕度增加，進而增加服裝的黏體感和刺癢感；此外，根據背部、腹部、胸部、腋下4個部位的冷感評價結果可知，運動后服裝的散熱效果會影響皮膚溫度，產生冷感，同時說明合理的開口結構有利于維持體溫穩定。

綜上，目前市面上的冬季戶外長跑運動服主要存在背部、腹部、胸部和腋下部位透氣性差，開口設計不夠合理，服裝通風性能低等問題。

2 新款冬季戶外長跑運動服的結構設計

根據上文市面上冬季戶外長跑運動服的分析結果，對冬季戶外長跑運動服進行優化設計，新款冬季戶外長跑運動服款式圖見圖4。下面從前身、后身和側體對其結構進行詳細說明。

圖4 新款冬季戶外長跑運動服款式圖

①前身：帽子和領子依舊采用連帽高領設計；胸部采用橫向開口，開口朝下并使用黏扣，黏扣長度約為胸寬的四分之一，既可以避免人體運動時胸部被硬物擠壓產生不適感，又可以擴大通風散熱范圍；腹部為2個斜插袋，袋口使用拉鏈，可減少布片的數量與織物厚度；為進一步加快熱量的傳遞，里料的胸部位置使用網眼布進行拼接。

②后身：背部在運動過程中出汗量大，因此在后背增加開口設計，開口從肩胛骨到腰部，長度為32 cm；背部里料拼接網眼布，長度從肩胛骨到腰部，以提高背部透氣性。

③側體：以上3款冬季戶外長跑運動服的腋下因開口都有較好的熱穩定性與熱舒適性，因此改良后的新款冬季戶外長跑運動服同樣在腋下開口，但由于過長開口不利于保暖防風，因此將此處開口長度減少到22 cm；袖子采用兩片袖設計，同時，從C款運動服的評估結果來看，袖側的開口對于熱量輸出有一定幫助，因此新款冬季戶外長跑運動服在袖側設計一個長15 cm的開口，考慮到美觀性與操作便捷性，將腋下與袖側的開口并為一條；由于跑步時的手臂擺動，側縫與袖側會持續受到摩擦，且此處的熱量積聚較快，因此該處開口使用雙頭拉鏈控制。

3 新款冬季戶外長跑運動服的熱舒適性評價

3.1 測試方法

首先，5名受試者在正常室溫環境(25 ℃，相對濕度50%)中靜坐0.5 h，讓身體處于舒適狀態(平均皮膚溫度為32～34 ℃)。接著，受試者分別穿著新款冬季戶外長跑運動服和B款長跑服，在前胸、肩胛、腋下部位的皮膚表面黏貼DS1922L無線溫度傳感器(美國Maxim Integrated公司)，每分鐘記錄一次數據。然后，進入溫度(5±1)℃，相對濕度(60±2)%，風速小于0.2 m/s的人工氣候倉開始實驗，先靜坐10 min，再以7 km/h的速度跑步30 min，以4 km/h的速度慢走10 min，最后靜坐10 min。實驗過程中詢問受試者胸部、背部、腋下和整體的主觀熱感和熱舒適度，主觀評價標尺見表4。實驗結果通過SPSS 22.0進行分析。采用Shapiro-Wild Test檢驗數據正態分布；ANOVA方差檢驗比較不同測試條件下皮膚溫度、主觀評價數據的差異。顯著性水平設定為P<0.05，標記為“*”。

表4 主觀評價標尺

3.2 實驗結果與討論

3.2.1 皮膚溫度

受試者穿著2款服裝時，胸部皮膚溫度見圖5，背部皮膚溫度見圖6。由圖5、6可知，胸部和背部的皮膚溫度在靜坐階段均呈下降趨勢，開始跑步后胸部皮膚溫度逐漸升高，隨著運動強度減弱又逐漸下降。在20 min之后，穿著B款冬季戶外長跑運動服的胸部和背部皮膚溫度均顯著高于穿著新款長跑服時的胸部、背部溫度(P< 0.05)。運動階段，穿著新款冬季戶外長跑運動服時，胸部和背部的皮膚溫度變化不明顯，均在33～34 ℃之間；而穿著B款冬季戶外長跑運動服時，胸部和背部的皮膚溫度最高接近35 ℃。腋下皮膚溫度見圖7。可以看出穿著新款冬季戶外長跑運動服的腋下溫度比穿著B款冬季戶外長跑運動服時高，但二者無明顯差異。

圖5 胸部皮膚溫度

圖6 背部皮膚溫度

圖7 腋下皮膚溫度

由以上分析可知，新款冬季戶外長跑運動服的開口設計，有效維持了胸部和背部的皮膚溫度，達到理想的散熱效果；穿著2款冬季戶外長跑運動服時，腋下的皮膚溫度基本一致，這是因為2款冬季戶外長跑運動服在腋下部位均有開口設計，新款冬季戶外長跑運動服腋下開口長度縮短，但對腋下部位的散熱未產生明顯的負面影響。

3.2.2 主觀評價

穿著新款長跑服和B款冬季戶外長跑運動服時，主觀熱感和熱舒適感評價結果見圖8。

圖8 主觀熱感和熱舒適性評價結果

受試者穿著新款冬季戶外長跑運動服時，胸部、背部和整體的熱感評價值為1.0～1.5，接近“稍暖”，而穿著B款冬季戶外長跑運動服時，胸部、背部和整體的熱感評價值為2.0～2.5，接近“暖”；穿著新款冬季戶外長跑運動服時，胸部、背部和整體的熱舒適感評分值均顯著低于穿著B款冬季戶外長跑運動服時的熱舒適感評分，這與皮膚溫度的對比結果一致，說明穿著新款冬季戶外長跑運動服比B款冬季戶外長跑運動服更加舒適。證實胸部和背部的網眼結構、開口設計確實加快了人體熱量的散失，提高服裝透氣性；同時證實新款冬季戶外長跑運動服胸部橫向的開口相比B款冬季戶外長跑運動服的縱向開口散熱效果更好。穿著2款冬季戶外長跑運動服時腋下部位的熱感和熱舒適感無明顯差異，說明縮小腋下開口長度對腋下部位的散熱沒有產生顯著影響。

4 結束語

本文基于服裝的熱濕舒適性，對冬季戶外長跑運動服的結構和服用性能展開研究。首先對市面上常見的3款冬季戶外長跑運動服進行結構和主觀熱舒適性評價分析，分析結果表明，目前市面上的冬季戶外長跑運動服主要存在局部部位透氣性差，服裝通風性能低等問題。針對上述問題，設計出一款新款冬季戶外長跑運動服。然后通過人體著裝實驗，以服用性能較好的B款冬季戶外長跑運動服作為參照，對新款冬季戶外長跑運動服進行主、客觀熱舒適性評價，結果表明：改良后的新款冬季戶外長跑運動服熱舒適性有所提高，胸部、背部、腋下的開口設計提高了服裝整體的透氣性，結構具有可取性。未來研究可以針對人體不同部位的熱敏感度和出汗量，結合面料和結構進行研究，進一步提高冬季戶外長跑運動服的服用性能。