消防服热湿舒适性的客观评价

崔琳琳

江西省现代服装工程技术研究中心(中国)

消防服热湿舒适性的客观评价

崔琳琳

江西省现代服装工程技术研究中心(中国)

通过人工气候室受控环境中暖体假人试验，对现役消防服和新款3层结构消防服进行热湿舒适性客观评价，在模拟消防服实际穿着环境条件下，进行整体服装的热湿舒适性能评价指标的测量，从而获得消防服穿着状态下服装微气候的温度、相对湿度及服装湿阻。结果表明：新款3层结构消防服的透湿性能较现役款4层结构消防服有所提高，其热湿舒适性得到改善。

消防服； 客观评价； 热湿舒适性； 暖体假人试验； 气候室受控着装试验

在功能性服装及面料的研发和贸易中，对舒适性的科学评价极其重要。香港理工大学范金土教授[1]研发出一种新型的暖体出汗假人——Walter，实现了人体出汗状态下，服装热阻和湿阻的模拟测试，主要用于模拟人体、服装和环境之间的热交换、湿交换过程。暖体假人可以在各种环境下进行连续试验，是服装热湿性能测试的理想设备，其应用便于对服装整体或局部的热学性能参数进行随时测量，为服装材料的选择和结构的改进设计提供试验依据。

按用途可将假人分为火人、暖体假人、出汗假人、变温假人和体温调节假人等[2]。火人主要用于测试服装的热防护性能；暖体假人主要用于测试服装热阻，以评价服装的非蒸发散热性能，但仅测试服装热阻还不能反映服装的热湿性能，因为人体出汗会引起蒸发散热，因此还需用出汗假人来测量服装的透湿指数。

服装湿阻是影响服装热湿舒适性的重要因素之一[3]。人体出汗前，所散发的水汽是通过潜热即不显汗的方式转移的。当人体处于舒适状态时，人体有1/4的蒸发散热量是以潜热形式进行的，但大运动量状态下，当人体的散热量与其产热量无法平衡时，人体将依靠出汗排热，而服装的透湿阻力是影响蒸发散热的一个非常重要的因素。由于消防服装的特殊功能性，其舒适性取决于服装的透湿性和散热性，因此消防服的透湿性能决定了消防服的热湿舒适性。本文利用出汗暖体假人测量对比了新款3层结构消防服与现役款4层结构消防服的湿阻，对消防服的热湿舒适性进行了评价。

1 试验

1.1 试验样衣面料及基本结构参数

选用2种消防服进行测试，分别记作1#消防服和2#消防服(图1和图2)，1#消防服是现役消防服，面料为4层结构；2#消防服是新款3层结构消防服，2种消防服款式结构相同，号型都为175/92A。试验样衣面料及基本结构参数见表1。

图1 1#消防服 图2 2#消防服

服装类型服装分层面料组成面密度/(g·cm-2)1#消防服外层93%TeijinConex/5%TeijinTechnora/2%导电丝205防水透气层间位芳纶/对位芳纶水刺毡+PTFE膜110隔热层间位芳纶/对位芳纶水刺毡70舒适层50%国产间位芳纶/50%阻燃黏胶1202#消防服外层78%TeijinConex/20%TeijinTechnora/2%导电丝220防水透气层间位芳纶/对位芳纶水刺毡130隔热舒适层93%TeijinConex/5%TeijinTechnora/2%导电丝135

1.2 试验仪器

在人工气候室(图3和图4)中，运用出汗暖体假人——Walter(图5)，测试消防服的舒适性能。图6所示为出汗暖体假人Walter系统运行界面。

图3 人工气候室控制室

图4 人工气候室控制柜

图5 裸态出汗暖体假人——Walter

范金土教授等研究、制造的世界上第一个被动出汗暖体假人Walter的中文为华特[4]。Walter由在线供水、步行运动模拟、水循环、控制和测量4个子系统构成，其皮肤为高强、可呼吸面料，可对人体出汗进行模拟，通过测量服装-人体微环境及外环境中的温度、湿度，最终可以得到蒸发散热量及干散热量，实现服装热阻和湿阻的精确测量，完成对服装两大热湿舒适性指标的测量，且测试不需任何假设条件。为了模拟人体不同的出汗状态，Walter的皮肤还可进行更换。

图6 出汗暖体假人——Walter系统运行界面

服装(织物)内外两侧存在水蒸气浓度差(或水蒸气压力差)时，一般将水分通过服装(织物)的阻抗称为服装(织物)的湿阻[5]。湿阻越大，透湿越困难。出汗暖体假人的湿阻(Ret)为

(1)

式中：Ret——出汗暖体假人的湿阻，Pa·m2/W；

Aa——出汗暖体假人的表面积，为1.79 m2;

RHa——环境的相对湿度，%；

He——水蒸气蒸发散热功率，W；

Res——假人皮肤的湿阻，为8.6Pa·m2/W。

为测试暖体假人的湿阻，测试过程中还需测试暖体假人皮肤15个主要部位(图7)的温度及服装与假人皮肤间微气候的温度与湿度。

图7 暖体假人皮肤温度15个测试部位

1.3 试验环境

人工气候室的环境参数：环境温度35 ℃，相对湿度(50±5)%，风速(0.2±0.1) m/s(图8)。出汗暖体假人Walter的体内温度控制在37 ℃，呈站立静止姿势。图9为暖体假人穿着消防服的照片。

图8 人工气候室环境条件显示屏

图9 暖体假人穿着消防服

2 试验结果及分析

Walter与人体的热容量和体质量相似，其中心温度恒定为37 ℃，试验采用水循环系统模拟人体的血液循环系统。服装的不同透湿特性，将引起Walter出汗量发生改变。

人工气候室中假人-服装-环境达到热湿传递稳态后，出汗暖体假人系统每隔1 h会获取一组数据，主要为服装与皮肤间微气候的温度、相对湿度、皮肤表面温度、环境温度和相对湿度、散热功率及出汗量等，可计算获得服装的热阻和湿阻。

本试验主要统计分析服装与皮肤间微气候的温度、相对湿度及服装湿阻，表2为3次测试数据的平均值。

表2 服装与皮肤间微气候的测试结果及服装湿阻

在35 ℃、相对湿度50%的环境条件下，现役款4层结构消防服(1#)的湿阻为38.455 Pa·m2/W，新款3层结构消防服(2#)的湿阻为32.890 Pa·m2/W。可见，2种消防服与假人皮肤间微气候的温度差异不大，新款3层结构消防服微气候相对湿度略低于现役款4层结构消防服的相对湿度，湿阻小于现役款4层结构消防服的湿阻，说明新款3层结构消防服的透湿性好于现役款4层结构的消防服，其热湿舒适性得到改善。

3 小结

使用出汗暖体假人系统对新款3层结构消防服和现役款4层结构消防服的微气候温度、相对湿度及湿阻进行测试，对其热湿舒适性进行评价。结果显示，新款3层结构消防服的微气候环境相对湿度略低于现役款4层结构消防服的相对湿度，湿阻小于现役款4层结构的消防服，说明新款3层结构消防服的透湿性能相较于现役款4层结构的有所提高，其热湿舒适性得到改善。新款3层结构消防服值得更深入地研究与推广。

[1] 及二丽.低温环境下多层服装热湿舒适性的研究[D].上海：东华大学，2006.

[2] 张渭源.服装舒适性与功能[M].北京：中国纺织出版社.2005：102-105.

[3] 查思思.相变材料在消防服用织物中的应用研究[D].上海：东华大学，2013.

[4] 王府梅.服装面料的性能设计[M].上海：中国纺织大学出版社.2000：115-117.

[5] 钱晓明，范金土.可行走织物出汗暖体假人技术及应用[C]//第七届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集，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