服装动态热阻测定及预测模型的研究进展

赖 军， 许静娴， 陈立丽， 李 俊,3(. 中央军委后勤保障部军需装备研究所， 北京 0000； . 东华大学 服装与艺术设计学院， 上海 0005；3. 现代服装设计与技术教育部重点实验室， 上海 0005)

服装动态热阻测定及预测模型的研究进展

赖 军1， 许静娴2， 陈立丽1， 李 俊2,3
(1. 中央军委后勤保障部军需装备研究所， 北京 100010； 2. 东华大学 服装与艺术设计学院， 上海 200051；3. 现代服装设计与技术教育部重点实验室， 上海 200051)

为探究风和人体运动对服装动态热阻的影响，基于对人体和环境间热对流的分析，结合实际研究数据，阐明风和人体运动对服装动态热阻存在显著影响。总结了风和人体运动作用下动态热阻的测试方法。动态热阻变化规律的定性分析表明，动态热阻值在风和人体运动作用下呈现下降趋势，且二者对动态热阻的影响程度随着风速和步行速度的增加逐渐下降。分类对正常工作服、冬季防寒服和轻质服装动态热阻具体数值的预测模型进行了概括和总结。研究认为，服装动态热阻预测模型未来的研究重点是动态热阻修正公式的优化和局部动态热阻变化规律2个方向。

服装； 动态热阻； 人体运动； 风泵效应； 热对流

服装作为人体和环境间的媒介，对二者间的热量交换起着阻挡作用。热阻是用来衡量服装阻挡热量传递能力的物理量。热阻值常被用来构建人体和环境间的传热模型，评估人体所受冷、热应力，判断人体热舒适状态[1-2]。为了方便不同服装热阻值的测试及对比，通常参照的ISO 9920:2009《热环境工效学——服装热湿阻值评估》、ISO 7730:2005《热环境工效学——使用PMV、PPD、局部热舒适指标计算热舒适》、ISO 7933:2004《热环境工效学——基于预测热应激计算的热应力的评定》都是使用暖体假人在无风的标准环境下进行测试，即静态热阻。当人们穿着服装从事劳动作业时，多会面临有风、人体运动等情况，这些条件的存在会促进人体和环境间的热对流，进而影响服装热阻值[4-5]。这种风和人体运动作用下的热阻称为动态热阻，相比静态热阻，动态热阻可表征服装在实际使用情况下的隔热能力。为此，学者们开始探究风和人体运动对热阻的影响机制，ISO 9920：2009、ISO 7730：2005也陆续在更新的版本中给出了动态热阻的修正公式。由此可见，考虑人体运动和环境因素对热阻影响的重要性，特别是对类似防寒服及消防服等特种服装而言，动态热阻的测量对更切实际地评估着装人体冷、热负荷状态，以采取应对措施尤为重要。

关于动态热阻的研究，自1940年以来已取得相当的成就。近年来，随着暖体假人测试技术的成熟，学者们又深入研究了动态热阻的变化规律和预测。本文基于风和人体运动对热阻影响的理论分析，从动态热阻的测试方法、变化规律和预测3个方面对前人的研究进行回顾和整理，并基于现状展望了该领域未来的研究重点。

1 服装动态热阻及其影响因素

当人们穿着服装在有风环境下运动时，服装热阻值相比人体在无风环境下静立时会发生明显变化，变化的根本原因在于风和人体运动引起了人体和环境间的强迫对流，促进了热量传递。且风和人体运动引起的热对流的强度受服装自身因素的影响，导致热阻的变化在不同服装上呈现出了不同的规律。

1.1 热对流作用

热阻作为服装在一定环境下穿着在人身上表现出来的阻挡热量交换的能力，除了受服装本身材料、结构等的影响外，还受环境温湿度、风速、人体动作等的影响[6-7]。风和人体运动对热阻的影响，主要是通过影响热对流形成的[4]，具体的影响途径可概括为：1)通过织物内纱线间空隙形成的强迫对流；2)通过服装领口、袖口等开口形成的强迫对流；3)通过风泵效应[3]形成的强迫对流。风和人体运动通过这3种途径影响着人体和环境间的热交换，进而影响着服装热阻。

Nielsen等[8]进行人体试验，计算了不同人体状态、风速下的服装热阻。骑车导致热阻下降30%，步行导致热阻下降33%，有风状态下步行导致热阻下降35%。由此可见，人体运动确实促进了衣下空气流动，导致热阻下降。文献[9-11]指出，空气的运动剥离了服装表面的空气层，同时渗透进服装，降低了服装热阻。由此，可将风和人体运动作用下服装热阻的变化概括为如图1所示的动态过程。其中It表示服装层总热阻，clo；Icl表示服装层固有热阻，clo；Ia表示边界空气层热阻，clo。风和人体运动引起了热对流，对服装产生的压力造成了衣下空间和边界空气层形状的变化，影响了热阻值。

图1 风和人体运动作用下服装热阻变化示意图Fig.1 Diagram of thermal insulation under interaction of wind and body movements. (a) Thermal insulation under static condition; (b) Thermal insulation due to wind and body movement

1.2 热对流影响因素

由图1可推断，风和人体运动引起的热对流会受到衣下空间体积和织物透气性的影响。

衣下空间体积因服装款式、号型的变化而变化。Havenith等[12]选用胖、瘦2种体型的受试者进行动态热阻实验，结果显示，风和人体运动对衣下空间体积较大服装热阻值的影响大于衣下体积较小的服装。这是因为衣下空间体积越大，风和人体运动更易改变其形状，引起强迫对流，且更大的开口引起了更大的风泵效应，因此，当风和人体运动条件相同时，若衣下空间体积不同，风和人体运动引起的热对流就会不同，动态热阻的变化规律就会有差异。

不同功能需求的服装会选用不同透气性的织物。Nilsson等[13]分别研究了轻质服装和冬季防寒服装的动态热阻，分析了热阻的变化率和步速的关系。步速越大，服装热阻越低，且轻质服装热阻下降率大于防寒服，由此可见，人体运动对轻质服装热阻的影响更大。这是因为服装外层面料透气性不同，由风引起的面料内部空气的流动程度和空气渗透进服装内部的程度不同，所以，织物透气性会影响热对流，进而影响热阻值。在探究动态热阻变化规律时，有必要对不同服装分别展开研究。

综上，风和人体运动引起的热对流会对服装热阻产生显著影响，且影响的程度随服装号型、面料的变化而变化，因此，探究动态热阻变化以归纳出具有普适性规律的难度很大，也意味着在开展相关研究时获取大量试验数据的必要性，这也是为什么相关研究至今仍有待深入的原因。

2 服装动态热阻的测评

动态热阻的研究始于20世纪40年代[14]，起初只是定性地指出风和人体运动对服装热传递的影响，及热阻的变化趋势，后来随着可行走暖体假人的开发，学者们展开定量分析，量化动态热阻的变化规律，推导出了动、静态热阻值关系的经验公式，并逐渐标准化，使得评估服装在真实使用环境下的隔热能力越来越容易。

2.1 动态热阻的测试方法

类似于静态热阻，动态热阻的测试也有2种方法，真人着装试验和可行走暖体假人试验。暖体假人的运用解放了受试者，节约了人力，且试验流程简单易操作。

2.1.1 真人着装试验

人体试验测试服装热阻，主要依据为人体热平衡方程：

S=M-W-R-C-E-Eres-Cres

(1)

式中：S为人体内蓄热，W/m2；M为人体代谢产热，W/m2；W为人体对外做功，W/m2；R为人体辐射散热，W/m2；C为人体对流散热，W/m2；E为皮肤表面蒸发散热，W/m2；Eres为人体呼吸时的蒸发散热，W/m2；Cres为人体呼吸时的对流散热，W/m2。

当人体达到热平衡状态后，可由式(1)换算出热阻计算公式：

(2)

式中：tsk为人体皮肤表面平均温度，℃；t0为环境温度，℃。

通过呼吸进行的热量交换(Eres+Cres)很少，可参考ISO 7933:2004中给出的公式进行计算。M、W、E、S可通过人体生理测试得到[8,12]。真人着装试验测得的热阻值准确，但该操作过程繁杂，且对热平衡的判断存在主观差异性，所以可重复性差。

2.1.2 暖体假人试验

可行走暖体假人可根据试验需求设置行走速度，由电脑监控假人热平衡状态，自动输出服装的动态热阻值。目前，常用暖体假人有Newton、Tore、ADAM、SAM[15-16]。该方法简单易行；但假人在有风的非稳态环境下不易平衡，因此，试验耗时较长。

Olesen等[17]和Nielsen等[8]曾针对相同的服装，分别用暖体假人和真人进行热阻测试，测试结果显示真人试验所得动态热阻值低于假人试验，原因可能是假人步行动作死板，造成微环境空气流动较小，因步行带动的对流散热较少。Breckenridge等[9]和Nielsen等[8]的研究也得出类似结论。由此可见，不同热阻测试方法会得出不同的热阻值和热阻值变化规律，后人在引用前人研究结论时要明确使用的方法，在引用前人数据推导相关结论时也应确保数据来源于相同的测试方法。

2.2 动态热阻的变化规律

通过真人着装试验和暖体假人试验，学者们逐渐掌握了服装动态热阻的复杂变化机制。

1990年以前，研究主要集中在风和人体运动单独作用对热阻的影响。有风或者人体运动时，服装总热阻都显著下降，且风速越大，总热阻越小，并且随着风速的增加，总热阻下降率变小，这就意味着风对热阻的影响程度随风速的增加逐渐减小。人体运动作用下，热阻也有类似的变化规律[18]。这可理解为，在由无风变为有风或者人体由静止变为运动的一瞬间，人体边界空气层和衣下空间的稳态被打破，热阻发生显著变化，而一旦这种状态被打破，风速或人体运动幅度继续增加对热阻产生的影响就没那么显著了。

服装在实际使用过程中往往遭受风和人体运动的交互作用，这种交互作用下服装热阻的变化规律更为复杂。Lu等[19]指出，风会削弱人体运动对热阻的影响，当风速达到4 m/s时，人体运动对热阻几乎不产生影响。同样，人体运动也会削弱风对热阻的影响，但影响不显著，这个观点得到Hannu等[20]的证实。风和人体运动交互作用下服装热阻变化规律的研究对于人们根据服装的实际使用状况明确研究重点至关重要。若是在冬季大风天，则可忽视运动对热阻的影响，而主要研究风的作用。

3 服装动态热阻值的预测

随着动态热阻数据库的丰富，学者们开始了动、静态热阻关系的回归分析，总结出了动态热阻预测模型，实现了动、静态热阻之间的直接换算。基于前文的分析，动态热阻变化规律受服装号型、款式和面料的影响，所以相关研究是分别针对正常工作服(0.6 clo1.4 clo)和轻质服装(0

3.1 正常工作服

Havenith等[12]选择了3套正常工作服，测试了各自在步行(0.3, 0.9 m/s)和有风状态下(0.7，4.1 m/s)的热阻值，并得出了一系列分别针对风和人体运动的热阻修正方程。Nilsson等[21]使用暖体假人测试了9套服装在有风和步行状态下的热阻，并综合考虑风和人体运动的影响，得到了以下修正公式：

IT,R=exp(-0.335var-0.214w)IT

(3)

式中：IT,R为动态热阻，clo；IT为静态热阻，clo；var为相对人体的风速，为0.15～3 m/s；w为步行速度，为0～1.5 m/s。

后来，Holmer等[22]综合分析Havenith等[12]和Nilsson等[21]所得10套服装的数据，得到式(4)所示的修正公式，该分析结果已被ISO 7933:2004采纳。

IT,R=exp(0.043-0.398var+0.066var2-0.378w+

0.094w2)IT

(4)

式中：var为0.15～3 m/s；w为0～1.5 m/s。

式(4)综合考虑了风和人体运动2个因素，但是当无风(var=0.15 m/s)，且人体静止(w=0)时，公式(4)计算所得修正系数并不为1。基于这点，Havenith等[23]又重新整理Havenith等[12]和Nilsson等[21]的数据，将指数项中的常数项去除，并将风速减去0.15，重新分析得到式(5)所示的热阻修正公式(R2=0.93)，该结果已被ISO 9920:2009采纳。

IT,R=exp[-0.281(var-0.15)+0.044(var-

0.15)2-0.492w+0.176w2]IT

(5)

式中：var为0.15～3.5 m/s；w为0～1.2 m/s。

3.2 冬季防寒服

冬季防寒服的着装环境易出现大风，且服装外层面料通常透气性各异，研究表明，面料透气性显著影响大风下服装热阻的变化，因此，在分析冬季防寒服动态热阻时需将面料的透气性考虑进去。Lu等[19]的研究也表明，将透气性参数考虑进修正公式可提高预测值的准确性。

Nilsson等[24-25]测试了4套透气性各异的防寒服在有风环境下的热阻值，得到式(6)所示的热阻修正方程(R2=0.95)，外层面料透气性越好，热阻下降率越大。

IT,R=0.54exp[(-0.15var-0.22w)p0.075-

0.06ln(p)+0.5]IT

(6)

式中：var为0.4～18 m/s；w为0～1.2 m/s；p为面料透气性，1～1 000 L/(m2·s)。

Havenith等[23]重新分析Nilsson等[24-25]实验所得数据，以风速0.4 m/s作为参照风速，基于残差分析，为风速增加了二次项，得到了式(7)，将相关系数R2提高至0.968，该结果也已被ISO 9920:2009采纳。

IT,R=exp[(-0.512(var-0.4)+0.079 4×10-3(var-

0.4)2-0.063 9w)p0.143 4]IT

(7)

式中：var为0.4～18 m/s；w为0～1.2 m/s；p为1～1 000 L/(m2·s)。

式(7)适用范围为风速在0.4～18 m/s的情况，风速涉及范围较广。为进一步提高动态热阻预测值的准确性，Nilsson等[13,24]针对0.4～1 m/s较小范围的风速展开研究，得到式(8)作为较低风速下动态热阻的修正方程，该结果同样也已被ISO 9920:2009采纳。

IT,R=exp[(-0.088 1(var-0.4)+0.077 9(var-

0.4)2-0.031 7w)p0.264 8]IT

(8)

式中：var为0.4～1 m/s；w为0～1.2 m/s；p为1～1 000 L/(m2·s)。

3.3 轻质服装

关于固有热阻低于0.6 clo的轻质服装的研究较少。Havenith等[23]将轻质服装看作裸体和正常工作服的中间状态来处理，得到式(9)，该结果也已被ISO 9920:2009采纳。

(9)

式中：IT,R,nude为裸体动态热阻，clo；IT,R,dressed为正常工作服的动态热阻，clo。

显然，式(9)的推导并无数据依据，准确性有待考量。Lu等[19]针对6套轻质服装展开研究，设置了0.15, 1.55, 4 m/s 3组风速和0, 0.75, 1.2 m/s 3组步行速度，共9组试验，分析风速和人体运动对服装热阻的交互影响。研究推导出了式(10)(R2=0.93)，并与式(9)的预测值进行对比。结果显示，式(10)比式(9)的预测结果更接近实测值。

IT,R=exp[-0.224(var-0.15)+0.023 4(var-

0.15)2-0.064 1w+0.054 8w2]IT

(10)

式中：var为0.15～4 m/s；w为0～1.2 m/s。

式(3)～(10)全部为基于实验数据总结出的经验公式，所以由这些公式计算出的动态热阻预测值与实测值不可避免地存在偏差，式(4)、(5)、(8)、(9)虽已被标准化，但也都在标准中给出了偏差范围。学者们不断开展研究，在旧公式基础上总结新公式就是为了提高预测模型的准确性。

4 研究不足与展望

目前，服装动态热阻的研究已取得很大的进展，从定性分析动态热阻的原理及规律，过渡到了以数学模型的形式表现动、静态热阻的关系，但是，近年来随着更广泛、更深入研究的推进，前人研究结果的不足逐渐显现出来，并呈现出2个研究趋势。

4.1 动态热阻修正公式的优化

目前ISO 9920:2009中的动态热阻公式都是基于2004年以前的研究数据推导而来，且Havenith等[12,23]，Nilsson等[21,24-25],Lu等[19]的研究方法各异，因此，基于式(5)、(8)、(9)预测出的动态热阻值，其准确性只能在与前人研究条件类似的情况下有所保证。近年，Morrissey等[26]使用SAM假人测试服装的动态热阻，结果显著低于基于ISO 9920:2009修正公式的预测值。Lu等[19]使用Newton假人进行研究，推导出了针对各类服装动态热阻的经验公式，并将其预测结果与ISO标准的预测结果进行对比。针对部分数据库[8,12,27]，标准的预测值比Lu等[19]的预测值更接近实测值，而针对Morrissey等[26]和Lu等[19]的数据库，标准的预测值与实测值偏差较大。由此可推断，随着暖体假人测试技术的不断完善，式(5)、(8)、(9)在适用范围上的局限性将逐渐显现出来。动态热阻修正公式也应随着测试技术的改进而完善。

前人的研究已经为人们进行动态热阻测试提供了方法上的指导。今后，为了提高修正方程预测结果的准确性，可考虑进行标准循环测试，在确保使用相同暖体假人，参照同一测试标准的基础上，扩充动态热阻数据库，基于元分析推导出更具普适性的经验公式。另外，鉴于风向对衣下空间影响的差异性，可考虑在公式中增加风向这个变量，探究不同风向作用下热阻变化的差异性。

4.2 局部动态热阻的研究

人体不同部位形态各异，人体和服装间不同部位的衣下空间构造也各异，这就使得服装不同部位的热阻及其受风和人体运动的影响存在差异。目前，Body Mapping类运动服的研发和性能评价[28-29]及瞬态局部热感觉和热舒适性模型的研究[30-31]，都对局部动态热阻的研究提出了要求。

KE Ying等[32]、WANG F等[33]、Satsumoto Y等[34]、Hannu等[20]通过研究人体局部通风率在风作用下的变化规律，总结出胸背部的通风率比手臂处大，因而胸背部热阻受风的影响程度大于手臂处的定性结论。Chang、Gonzalez[35]、Lu等[36]展开定量研究，直接测试了服装局部热阻值，前者指出人体5处不同部位热阻受人体运动的影响规律，后者基于并行算法探究了包含躯干和四肢的8处部位的动态热阻，参照式(10)的形式，改变系数值，推导出局部动态热阻的修正公式，相关系数都大于0.94，但该修正公式的准确性和适用性还有待于更多实测数据的验证。局部动态热阻的研究对于评价局部舒适性具有重要意义，也将有利于作业过程中身体不同部位遭受不同冷热危害的工人作业服的开发。今后，局部动态热阻的研究还应与服装种类相结合，对于部位和环境因素的选择展开更具针对性的探究，并将研究结果与局部热感觉模型结合，用于指导特殊功能服装的研发。

5 结 语

服装动态热阻的研究经历了由定性研究向定量研究的转变。目前，风和人体运动作用下服装热阻的变化规律已经清晰，动态热阻值也可直接通过ISO 9920:2009等标准中的公式计算获取，这有助于分析实际工作状态下服装提供给人体的隔热能力。近年的研究显示出对提高动态热阻预测准确性和构建局部热阻变化模型的要求。现阶段已有的成果和未来的研究，都将对于构建更接近真实情况的人体冷热应激及热舒适模型具有重大意义。

FZXB

[1] GHADDAR N, GHALI K, BYRON J C. Integrated human-clothing system model for estimating the effect of walking on clothing insulation[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2003 (42): 605-619.

[2] 宗艺晶，李俊.消防服热湿舒适性客观测评表征指标的比较[J].东华大学学报(自然科学版), 2013, 39(6): 748-753. ZONG Yijing, LI Jun. Comparison of objective evaluation indices on thermal-moisture comfort of firefighting protective clothing[J]. Journal of Donghua University (Natural Science), 2013, 39(6): 748-753.

[3] VOGT J J, MEYER J P, CANDAS V, et al. Pumping effect on thermal insulation of clothing worn by human subjects[J]. Ergonomics, 1983(26): 963-974.

[4] OLIVERIA A V M, GASPAR A R, FRANCISCO S C, et al. Convective heat transfer from a nude body under calm conditions: assessment of the effects of walking with a thermal manikin[J]. International Journal of Biometeorol, 2012(56): 319-332.

[5] OLIVERIA A V M, GASPAR A R, FRANCISCO S C, et al. Analysis of natural and forced convection heat losses from a thermal manikin: comparative assessment of the static and dynamic postures[J].Journal of Wind Engineering, 2014(132): 66-76.

[6] 张渭源.服装舒适性与功能[M]. 2版.北京：中国纺织出版社, 2011: 42-53. ZHANG Weiyuan. Clothing Comfort and Function[M]. 2nd ed. Beijing: China Textile & Apparel Press, 2011: 42-35.

[7] 赵巧宁，邓光宇，马保科. 运动引起服装热阻变化的实验分析[J]. 纺织高校基础科学学报, 2015(3):385-390. ZHAO Qiaoning, DENG Guangyu, MA Baoke. Experimental analysis of the clothing thermal resistance change caused by human body motion[J]. Basic Sciences Journal of Textile Universities, 2015(3): 385-391.

[8] NIESLEN R, OLESEN B W, FANGER P O. Effect of physical activity and air velocity on the thermal insulation of clothing[J]. Ergonomics, 1985, 28(12): 1617-1631.

[9] BRECKENRIDGE J R, GOWMAN R F. Effects of clothing on bodily resistance against meteorological stimuli[J].Progress in Human Biometeorology, 1977(1): 194-208.

[10] 于瑶，钱晓明，范金土.风速与步速对服装表面空气层热阻的影响[J].纺织学报, 2009, 30(8): 107-112. YU Yao, QIAN Xiaoming, FAN Jintu. Effect of wind velocity and walk speed on thermal insulation of clothing[J]. Journal of Textile Research, 2009, 30(8): 107-112.

[11] OLIVEIRA A V M, GASPAR A R, QUINTELA D A. Dynamic clothing insulation: measurements with a thermal manikin operating under the thermal comfort regulation mode[J]. Applied Ergonomics, 2011(42): 890-899.

[12] HAVENITH G, HEUS R, LOTENS W A. Resultant clothing insulation: a function of body movement, posture, wind, clothing fit and ensemble thickness[J]. Ergonomics, 1990, 33(1): 67-84.

[13] NILSSON H O, GAVHED D C, HOLMER I. Effect of step rate on clothing insulation-measurement with a movable thermal manikin[C]// LOTENS W A, HAVENITH G. Proceedings of the Fifth International Conference on Environmental Ergonomics. Maastricht:[s.n.], 1992: 174-175.

[14] BELDING H S, RUSSEL H D, DARLING R C, et al. Analysis of factors concerned in maintaining energy balance for dressed men in extreme cold: effects of activity on the protective value and comfort of an arctic uniform[J]. American Journal of Physiology, 1947(149): 223-239.

[15] PSIKUTA A, KUKLANE K, BOGDAN A, et al. Opportunities and constraints of presently used thermal manikins for thermo-physiological simulation of the human body[J]. International Journal of Bio-meteorology, 2016，60(3): 435-436.

[16] ZHAI L N, LI J. Development and application of thermoregulatory manikin: a review[J]. Journal of Fiber Bioengineering and Information, 2014, 7(4): 583-594.

[17] OLESEN B W, SUVlNSKA E, MADSEN T L, et al. Effect of body posture and activity on the insulation of clothing;measurements by a movable thermal manikin[J]. Ashrae Transactions, 1982(88)： 791-805.

[18] QIAN X M, FAN J T. Prediction of Clothing thermal insulation and moisture vapour resistance of the clothed body walking in wind[J]. Ann Occup Hyg, 2006, 50(8): 833-842.

[19] LU Y H, WANG F M, WAN X F, et al. Clothing resultant thermal insulation determined on a movable thermal manikin: part I: effects of wind and body movement on total insulation[J]. International Journal of Biometeorol, 2015, 59(10): 1475-1486.

[20] ANTTONEN H, HILTUNEN M S E. The effect of wind on thermal insulation of military clothing[J]. International Journal of Biometeorology, 2009(12): 1-12.

[21] NILSSON H, HOLMER I. Prediction of motion effects from static manikin measurements[C]//HOLMER I, NILSSON H. Proceedings of European Seminar on Thermal Manikin Testing. Solna: Arbetslivsinstitutet, 1997: 45-48.

[22] HOLMEAR I, NILSSON H, HAVENITH G. Clothing convective heat exchange: proposal for improved prediction in standards and models[J]. Ann occup Hyg, 1999, 43(5): 329-337.

[23] HAVENITH G, NILSSON H. Correction of clothing insulation for movement and wind effects, a meta-analysis[J]. European Journal of Applied Physiology, 2004 (92): 636-640.

[24] NILSSON H, HOLMER I, OHLSSON G, et al. Clothing insulation at high wind speed[C]// HOLMER I, KUKLANE K. Proceedings of Problems with Cold Work. Stockholm: Arbetslivsinstitutet, 1998: 114-117.

[25] HOLMER I, HAKAN O, NILSSON H, et al. Prediction of wind effects on cold protective clothing[C]// ANELLI D. RTO HFM Symposium on Blowing Hot and Cold: Protecting Against Climatic Extremes. Dresden: NATO, 2001: 1-6.

[26] MORRISSEY M P, ROSSI R M. The effect of wind, body movement and garment adjustments on the effective thermal resistance of clothing with low and high air permeability insulation[J]. Textile Research Journal, 2014(84): 583-592.

[27] BOUSKILL L M, HAVENITH G, KUKLANE K, et al. Relationship between clothing ventilation and thermal insulation[J]. AIHA Journal, 2002(63): 262-268.

[28] WANG F M, FERRARO S D, MOLINARO V, et al. Assessment of body mapping sportswear using a manikin operated in constant temperature mode and thermoregulatory model control mode[J]. International Journal of Biometeorol, 2014(58): 1673-1682.

[29] 李佳怡，卢业虎，王发明, 等.应用男体出汗图谱的运动装设计与性能评价[J]. 纺织学报，2016, 37(1): 116-121.

LI Jiayi, LU Yehu, WANG Faming, et al. Development and performance evaluation of sportswear based on male body sweating pattern[J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(1): 116-121.

[30] ZHANG H, ARENS E, HUIZENGA C, et al. Thermal sensation and comfort models for non-uniform and transient environments, part II: local comfort of individual body parts[J]. Building & Environment, 2010(45): 389-398.

[31] JIN Q, LI X L, LIN D M, et al. Predictive model of local and overall thermal sensations for non-uniform environments[J]. Building & Environment, 2012(51): 330-344.

[32] KE Y, HAVENITH G, ZHANG X H, et al. Effects of wind and clothing apertures on local clothing ventilation rates and thermal insulation[J]. Textile Research Journal, 2014, 84(9): 941-952.

[33] WANG F M, FERRARO S D, LIN L, et al. Localized boundary air layer and clothing evaporative resistances for individual body segments[J]. Ergonomics, 2012(55): 799-812.

[34] SATSUMOTO Y, HAVENITH G. Evaluation of overall and local ventilation in diapers[J]. Textile Research Journal, 2010(80): 1859-1871.

[35] CHANG S K, GONZALEZ R R. Analysis of articulated manikin based convective heat transfer during walking[R]. Massachusetts: US Army Research Institute of Environmental Medicine Natick, 1989: 11-89.

[36] LU Y H, WANG F M, WAN X F, et al. Clothing resultant thermal insulation determined on a movable thermal manikin, part II: effects of wind and body movement on local insulation [J]. International Journal of Biometeorol, 2015, 59(10): 1-12.

Development and trend of evaluation and prediction model of clothing dynamic insulation

LAI Jun1， XU Jingxian2， CHEN Lili1， LI Jun2,3
(1.TheQuartermasterEquipmentResearchInstituteofLogisticSupportDepartment,Beijing100010,China； 2.Fashion·ArtDesignInstitute,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China； 3.KeyLaboratoryofClothingDesign&Technology,MinistryofEducation,Shanghai200051,China)

To explore the influence of wind and body movement on clothing insulation, firstly, thermal convection between human body and environment was pointed out and the fact that wind and body movement have significant influence on clothing insulation was clarified based on theory analysis and existing research data. Then, the test methods of dynamic thermal is sulation, including human test and thermal manikin test, were summarized. Qualitative analysis of resultant insulation indicates that the thermal is sulation of clothing tends to decline under wind and body movement. Also, the influence of wind and body movement on thermal is sulation is weakened gradually with the increase of wind and body movement. Lastly, prediction models of dynamic insulation values were summarized according to different types of clothing. Future research on prediction model for clothing dynamic insulation will make breakthrough in optimizing the correction models and local dynamic insulation.

clothing; dynamic insulation; body movement; pumping effect; thermal convection

2016-04-20

2016-12-12

国家自然科学基金面上项目(51576038)；上海市自然科学基金项目(17ZR1400500)

赖军(1962—)，男，教授级高级工程师，硕士。主要研究方向为军人特殊环境和岗位专用防护被装。E-mail: jxslj302@sina.cn。

10.13475/j.fzxb.20160405407

TS 941.19

A