不同款式运动内衣的热湿舒适性研究

徐天宇 上海纺织工业职工大学上海国际时尚教育中心

李艳梅 上海工程技术大学服装学院

0 引言

随着人们生活水平的提高，越来越多的女性加入了健身行列，而运动内衣也应运而生。因为健身活动是大量的产热和出汗过程，而运动内衣大多是捆绑和附着于人体，所以过热和潮湿会让人感到不舒服。不舒适的运动内衣会影响运动效率，因此有必要研究它的热舒适性。目前，市场上运动内衣的款式很多，运动过程中的舒适性各不相同，国内外也有学者针对运动内衣的舒适性展开研究。文章主要针对目前市场上常见的运动内衣款式，运用基于虚拟仪器开发的测试设备，通过测试运动过程中衣下微环境的温湿度变化情况，分析比较不同运动内衣的热湿舒适性能，通过总结分析提出优化的虚拟内衣结构样板设计方案，从而为运动内衣的设计生产提供参考。

1 服装热湿舒适性及其评价方法

在不同的气候条件下，人体穿着衣服后，身体和环境总是在交换能量。在人体-服装-环境系统中，人的感受受到人体状态、服装性能和气候条件的影响。服装中的热量和湿度调节是一个复杂的动态过程。

早期服装的热舒适性和湿舒适性评价主要依靠主观评价。在试验期间，受试者根据自己的感受填写问卷，并对穿着衣服的舒适感打分。但是，主观评价的结果很难避免个人感情的影响。因此，客观测试逐渐取代主观评价，成为评价服装的保暖舒适性的主要方法。

2 服装热湿舒适性的测试仪器

服装热湿度性的测试仪器可根据仪器的功能和发展历史分为模拟仪器、简易数字仪器和虚拟仪器。早期，Rubner博士提出，用Krieger气缸作为人体的简化模型。在20世纪60年代，伍德科克使用出汗板进行模拟试验，并提出使用透湿指数来评价蒸发散热的效果。在那以后，出现了干式暖身假人和吸汗暖身假人两种虚拟仪器，并成为20世纪90年代以来，国际市场上服装湿热性能的主要测试方法。

该虚拟仪器由National Instruments（NI）于1986 年提出。它是一个灵活的仪器系统，可以同时执行多个任务并实时更新。通过在基于计算机的硬件平台上配置I/O 接口设备，将传感器收集的信号发送到计算机。使用计算机显示器模拟传统仪器的控制面板，通过用户编写不同测试功能的软件，收集的信号被分析和处理后输出和显示。该技术将仪器分为三个部分：计算机、仪器硬件和应用软件。虚拟仪器技术的核心是软件，其软件结构如图1所示。用户可以使用各种编程软件来开发需要的应用程序。以NI公司的软件产品labview 和Labwindows/CVI 为代表的虚拟仪器专用开发平台是一个方便的集成开发工具。

图1 虚拟仪器软件结构

基于Labview的服装热湿测量系统的原理是用热湿传感器测量运动后服装的热湿传导性，将测量的物理信号转换为电信号，并将其调制成模拟信号，该信号可由数据采集卡通过发送设备收集[6]。数据采集卡上的A/D转换设备可以将模拟信号转换为计算机可识别的数字信号。通过Labview编程，信号从数据采集卡收集到计算机中，数据通过编程进行处理、分析、显示和存储。本文选择的温度传感器是Pt100铂电阻温度传感器，湿度传感器是FILOTEX SMA3*0.22聚合物薄膜湿敏电容传感器，如图2所示。

图2 测试用温度和湿度传感器

通过Labview编程，设计的前面板如图3所示。包含开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。为了实现所有的功能，需开发后台程序，即使用编译器开发图形化源程序，如图4所示。使用编译器在流程图中编程，用于控制和操作前面板上定义的输入和输出功能。

图3 Labview前面板设计

图4 Labview流程图设计

该系统设计对十二路信号进行数据采集,其中六个用来采集温度数据，另外六个用来采集湿度数据，便于在同一时间监测多路温湿度信号的变化情况。该模块灵活简洁,用户可自行设置参数,可对温湿度信号进行长时间的连续监测。系统采用文件I/O模板进行数据的存储。

3 运动内衣热湿舒适性测试实验

3.1 试验方案

服装的材料和结构因素是影响能量传递平衡，达到热湿舒适性的关键因素。运动时为了防止胸部震动造成的不适或损伤，穿着的内衣为紧身衣，内衣的设计应突出人体自然曲线，且不能从紧身衣外一眼就能看出内衣的明显轮廓。同时，内衣的肩带应不宜滑脱。考虑到这些因素，本研究选择了市面上比较常见的12件不同款式的运动型内衣作为研究的对象，12 件内衣的规格均为160/84 A，面料成分均为75%的棉和25%的氨纶。12件内衣的款式图如图5所示。

图5 12件运动内衣款式图

1号服装为圆领，领口较大，在腋下附近有着三条贴边，后片采用的是工字型设计。2号服装为双肩带设计，同样是圆领，在胸口处有着三条贴边，有一条从腋下至胸下围的分割线。3号服装在胸口处设计有拉链，两边腋下处均设有两条贴边，并有竖向分割线，背部采用工字型设计。4号服装为横向条纹，环领吊带设计，在胸口处设计有镂空和小蝴蝶结。5 号服装前片的两条横向波形分割线将服装分为三片，后背也是吊带设计，肩带较细。6号服装的正面有两条截然不同的弧形分割线，分为四个部分，领口为白色，背部采用交叉肩带设计。7号服装也是双肩带设计，肩带更宽领口较小，胸部有两个垂直贴边。8号服装同样是双肩带设计，但是肩带极细，两条水平分割线将前片分为三片，上下两片为红色，中间一片为灰色。9号服装为背心设计，衣身较长，双肩带较宽，未设有胸托。10号服装为V字领，在胸口处有褶皱，肩带非常宽，后片覆盖皮肤面积较大。11号服装为V字领，领口较大，有一条分割线从领口延伸至胸下围，右侧胸托上设有两条贴边，后背为工字型设计。12号服装领口较小，后背为工字型设计，肩带较细，未设有胸托。12件内衣的短裤均为长度在膝盖以上的短裤，在宽松量上略有差异。

3.2 试验过程

本试验是以十二路信号通道进行试验，各个通道的选择部位如下：1号和7号传感器置于臀部位置，2 号和8 号传感器置于大腿内侧位置，3 号和9 号传感器置于腰部位置，4号和10号传感器置于后背位置，5号和11号传感器置于前胸位置，6号和12号传感器置于腋下位置。被测者先后穿着12件不同款式的运动内衣在跑步机上运动，运动时间和状态如图6所示，整个过程一共持续25分钟。

图6 运动时间和状态

4 运动内衣热湿舒适性测试数据分析

文章将采集到的数据按每1分钟进行取样，计算平均值，并求出相隔每分钟之间的差值，就可以得到纯粹的温度和湿度的变化。由于温度和湿度的单位不同，其变化范围也有所不同，因此在处理数据时，首先将温度和湿度的数据进行标准化处理，数据标准化的主要功能就是消除变量间的量纲差异，从而使数据具有可比性。

文章采用公式（1）将温度和湿度数据划在[0,1]的范围内便于数据的处理。对标准化处理后的数据进行聚类分析，聚类结果将这12组数据分为了4组，如表1所示。第一类的聚类成员是1、5、6、7号服装，第二类的聚类成员为8、9、10、12号服装，第三类的聚类成员就只有3号服装，第四类的聚类成员为2、4、11号服装。

表1 聚类分析结果

将每一类服装的温湿度变化以折线图的形式直观的展示出来，其中横坐标1～6表示温度测试点，7～12 表示湿度测试点。图8 为聚类类别1 的四个样本的温湿度变化折线图。由图中可以看出大腿内侧的变化最为明显，变化数值在5左右，湿度变化明显的部位由大到小依次是：腋下，大腿内侧，背部，前胸，臀部，腰部。

图8 聚类类别1的温湿度变化曲线

图9为聚类类别2的四个样本的温湿度变化折线图。由图中可以看出，第二类运动内衣在大腿内侧的温度变化最明显，但相较于第一类温度折线部分更陡峭，且在腿内侧的温度差值较大，基本超过数值5，这说明此类款式的运动内衣在运动时温度的变化大，透气性没有第一类佳。而湿度变化明显的部位由大到小依次是：腋下，大腿内侧，背部，前胸，臀部，腰部。

图9 聚类类别2的温湿度变化曲线

图10显示，第三类运动内衣有别于前两类，其温度变化最明显的部位是在前胸，观察3号运动内衣时，可以看到前胸的设计是有拉链的，该部位面料比较厚实，在运动过程中不容易散发热量。而湿度变化明显的部位由大到小依次是：腋下，大腿内侧，前胸，背部，腰部，臀部。

图11 聚类类别3的温湿度变化曲线

图11显示，第四类运动内衣温度变化不大，从温度折线可以看出较之前几类运动内衣的温度折线平稳，且变化数值低于5，这说明此类运动内衣在运动过程散热性较佳。而湿度变化明显的部位由大到小依次是：腋下，大腿内侧，背部，前胸，腰部，臀部。

通过上述分析可以看出，这四类运动内衣湿度变化最大的部位皆为腋下、大腿内侧和背部，所以在选取最优款式的时候最为主要考虑的是这三个部位的湿度变化，从数值上可以很明显的看出第四类运动内衣的湿度变化数值低于40，相较其他三类运动内衣的变化小，说明透湿性佳。而在观察对比四类服装的温度变化时可以明显看到第一、第二类服装在大腿内侧部位时数值变化基本等于5，而第四类服装的变化数值要偏低，远低于数值5，也就是说散热性比较好。综上所述，这四类运动内衣中热湿舒适性较好的是第四类运动内衣，即2号、4号和11号运动内衣。但由于4号的款式是环颈吊带式样，颈部有明显的压迫感，穿着不舒适。故选定最佳款式为2号和11号。

对这两套服装再次进行测试，同样按每1分钟进行取样，计算平均值，得到图12,可以很明显的看出11号运动内衣的曲线要比2号运动内衣的曲线数值低，也就是说11号运动内衣在运动过程中，温度和湿度的变化较2号运动内衣小，说明其散热性和透湿性最佳。

图12 2号和11号服装温湿度变化曲线

从款式来说，11号的领口要比2号的领口低，并且是V字领，在运动过程中，运动内衣结构对内衣热湿条件调节能力的影响，主要是通过结构设计变化来影响面料的单幅面积。显然，11 号服装的领口面料覆盖面积小于2 号，因此其在运动过程中的散热性较好。2号运动内衣在胸口处设计有三条贴边，使胸口部位的面料变厚，从腋下到下胸围的分割线也经过胸口部位，使得面料叠加为两层，不利于散热。11号虽然也有长弧线分割，但未设在胸口易出汗部位，相较2号加厚的面料来说，透湿性和散热性较佳。在肩带的设计上，11号要比2号宽，穿着较舒适，11号的后背部分采用工字型设计而2号则是普通的双肩带设计。工字型设计可以避免服装对肩胛骨运动时的阻碍，且在运动过程中会有一定量的风进入，促进散热。2号下装腰部设计不仅有弹性，而且还有设计系带，使腰部更多的织物堆积起来，使得腰部的透湿散热性变差，而11号的下装设计只有松紧带。综合上述，可以得出11号运动内衣在这12套服装，热湿舒适性最好。因此，以11号运动内衣为参考对象来制作样板。

4 运动内衣的结构样板优化设计

11号运动内衣的领口较低，前领深13 cm，后背采用工字型设计，在下胸围和腰围处分别都有2 cm宽的松紧带，利用其伸缩性和弹性，在运动过程中可以紧贴身体，不至于掉落。同时，该设计也可以适合不同体型的女士穿着。该样衣的面料采用75%棉和25%氨纶，所以服装具有一定的弹性。本文分别测量了样衣未拉伸时的结构尺寸和穿着在标准人台上时的结构尺寸，如表2所示。

表2 运动内衣结构尺寸表

根据该尺寸表，本文采用法国力克服装计算机系统辅助设计（LECTRA CAD）基于11号运动内衣的优化板型进行制版，如图13所示。

图13 运动内衣结构样板优化设计

5 总结

文章研究针对不同款式运动内衣的热湿舒适性进行研究，采用Labview 虚拟仪器采集动态、连续的数据，在数据分析的基础上对比不同款式运动内衣的热湿舒适性，最终得到相对最优的运动内衣款式，并据此完成了运动内衣的结构样板优化设计。文章介绍的研究成果对于当前全民运动中健康运动的需求具有良好的指导意义，同时为运动内衣的设计和生产提供了思路和参考。