一种基于微气流风道设计的降温工作服

于子桐 刘建安 张泽芳 朴显淑 刘唱 金敬福

摘 要：如今很多人因工作环境和特定职业需求必须身着工作服而不能自由选择衣物，由此提出一种基于微气流风道设计的降温工作服。本项目整体采用气流风道，导热结构与排气口相结合的降温方式，对现有的传统空调服进行了较大的改进提升，解决了传统空调服服装鼓胀和散热性差的问题，具有散热效率高、舒适美观的特点。

关键词：气流风道;微气流;导热结构;排气口

1 绪论

随着中国经济的飞速发展和居民生活水平的提高，人们对于服装舒适性的要求越来越高，但有很多人因工作环境和特定职业需求必须身着工作服而不能自由选择衣物。比如一些生活中的工作场景：在炎热的夏天工作的环卫工人，身着长袖环卫工作服常常汗流浃背;交通警察身着警服站在道路中央指挥交通，背部已经被汗水浸透;在工业生产中，常常需要工作者在各种高温环境下长时间工作，例如铸造厂、锅炉车间、钢铁厂、玻璃厂、电厂、锻造车间、焊接操作、喷沙、油漆烘烤操作、粉末喷涂、有害废料清除等。

上述场景中，长时间穿着工作服会导致热量在服装和人体间的微环境内大量累积，使人感到不适，十分不利于工作者的身体健康。再如医用防护服、阻燃防护服、生化服和防辐射服等专用防护服在起到相应保护作用的同时，在生产制造时并未兼顾舒适性及服装内气体流通性的问题，致使长时间穿戴后令使用者闷热难受，降低工作效率，甚至引发中暑、热射病等安全事故。严重的症状如热射病，也就是重症中暑，是机体长时间暴露在高温高湿状态后，核心体温迅速升高，进而引发多器官功能伤，并伴有中枢神经系统功能障的严重临床综合征。热射病发病急，病情进展快，如得不到及时有效治，病死率达50%以上。

目前的空调服，主要靠在衣体上安装风扇，风扇的进风口位于衣体外侧，风扇的出风口位于衣体内侧。风扇工作时，风扇吹出的直冲气流充满使用者身体与衣体内侧之间，造成工作服本体的鼓胀，不利于穿着者的工作，工作服美觀性舒适性实用性较差，而且还会导致工作服本体中气流的流通性差，进而使空调服的散热性变差，因此目前的空调服需要改进和完善。

2 市场现状调研

根据调研我们发现了几种现有的服装降温技术，但同时也发现了这些技术或多或少的存在问题，以至于它们无法真正投入市场，无法运用到实际的工作条件当中为工作人员提供保护。

2.1 利用压缩机制冷

此类空调服冷源是冷却水，通过压缩机运转以达到制冷目的，但结构复杂、体积庞大、质量重、能耗高，压缩机不便于随身携带，使用场合非常有限。

冷却管如果出现破损，冷却液流出，可能造成人体冻伤，存在极大的安全隐患。泄露时，人体首先会感到刺痛，接着皮肤会出现苍白的斑点，伴有麻木感，而后就会出现卵石似的硬块，伴有疼痛、肿胀、发红、起疱，最后减弱、消失。所以这种技术的安全性无法得到保障。

2.2 利用气流携带热量

在空调服上安装风扇，通过风扇将环境与衣服内部空间相通，将室外空气吸到衣服内部，使得汗水蒸发吸收人体表面的热量，从而使人体表面冷却。但此类空调服成本高，需要经常更换电池，并且服装内未设置排气口，衣服内空气流通不畅，导致衣服膨胀甚至影响人的活动，此外，风扇的直冲气流也会引起人体的不适。

人体在接受长时间的大气流吹拂时，人体表皮血管松弛、毛孔舒张、体表温度相对变低、机体抵抗力降低，易遭受外界侵害，容易出现感染，比如出现感冒、腹痛、腹泻等消化道的症状，甚至导致人体出现散热障碍，也可能表现为皮肤毛孔开合出现失常，导致患者很少有汗液出现或者有汗液大量出现，出现不正常的情况。

如果是长时间的大气流直吹，尤其是头部或身体，就会使得身体一侧的血管收缩、血液流动不畅、血液温度不平衡、造成局部神经缺血缺氧，从而使得肌肉麻痹、失去知觉，甚至引发中风、面瘫等问题。

因此，研发一种新型穿着更加舒适、散热效率更高的降温工作服已成为一个重要研究课题，这对于劳动者的工作需求具有重要的现实意义。

3 总体设计

一种基于微气流风道设计的降温工作服设置有：工作服本体、气流风道、导热结构、排气口。其中气流风道设置于工作服本体的内部夹层中，由柔性硅管制成，主风气流道设置在腰线上，支气流风道分布于前衣片和后衣片上;风扇组件与主风道由进气端物理连接，微气流通过进气端流入主风道，并通过预制在主风道上的多个间隔分布的出气孔与支风道进行连接，并在支风道另一端连接有排气口;排气口基本设置于肩颈部及腋下处，更有利于热量的散发;导热结构，一端贴附于气流风道上，另一端贴附于工作服本体的夹层内里上，导热结构吸收人体散发热量并传导至工作服本体的外部。

4 工作过程

本项目是基于微气流风道设计的降温工作服的优选实施方案如下图所示，包括：工作服本体1、风扇组件2、气流风道3、主风道31、支风道32、导热结构4、排气口5。

本项目提供的一种基于微气流风道设计的降温工作服，使用者穿着降温工作服时，将风扇组件与电池连接，风扇组件开始工作，风扇组件吹出的风经由进气端进入主风道内形成微气流;主风道内的气流从出气孔流入支风道内;气流通过竖直阵列在服装本体的夹层内的气流风道的支风道流经全身，微气流在气流风道内流通直至由排气口排出，同时导热结构贴附于气流风道上、置于工作服本体内侧用以吸收人体散发热量，通过气流的流通和导热结构的共同作用及时带走人体热量，进一步保证了服装的通风性和散热功能，让使用者在穿着降温工作服时更为舒适和凉爽。

作为优选实施例，风扇组件可以使用USB接头、将电池调整为充电宝，满足随时使用、充电便利的现实需求;气流风道分布于衣服本体的前衣片、后衣片以及腰线处;导热结构与气流风道相配合，延伸经过人体的背部、胸部和腰部，依据人体各部位发热情况合理排布气流风道的密度。人在工作活动中，不同部分的出汗发热情况不同，人体平均体表温度较高的身体部位，需要更密集的气流风道来散热，例如：前胸、腋下，要阵列和排布更密集的气流通道，最大限度地带走服装内湿热空气，保证服装内部的干燥凉爽;排气口设置在衣服本体外侧的肩颈部及腋下，气流流入气流风道，流出排气口，实现良好的气流交换，可以及时带走人体工作活动产生的热量;并且工作全程气流外进外出，没有流经衣体内侧，合理地解决了传统空调服的鼓胀问题;材料的选用方面：气流风道的材料选用薄壁柔性硅管，硅管材质柔软，便于舒适使用，同时通风效果良好，使用寿命更长;导热结构选用柔性导热性良好的材料来满足服装的散热性和舒适性，如多级碳纤维材料、铝膜材料、铜膜材料等。

5 项目优点

一种基于微气流风道设计的降温工作服的结构优化，实现了散热快、通风性好等目标，解决了传统空调服存在气体不流通形成衣内鼓胀造成使用不便的问题，有效避免了传统空调服中的直冲气流，采用微气流的流通使工作人员穿着更舒适，具有良好的使用效果。本项目保留了传统工作服安全性能的同时，解决了传统空调服直冲气流不舒适、气体不流通和散热效率低的问题，改进设计了一种基于微气流风道设计的降温工作服，具有良好的应用前景。

6 应用前景分析

本产品造价低于市场同类产品，有效地解决了现阶段空调服所面临的难题，微气流的理念具有极佳的推广效益。尤其对于中国位于各个冶炼厂，高温环境岗位下的劳动力基数来说，将会是一种供不应求的市场关系。

放眼现代的发展潮流，智能穿戴正逐步走进人们的生活当中，人们对于健康问题的关注度也越来越高。而现有的智能穿戴设备所采集到的人体健康数据极为有限，体温往往作为一种难以被采集但又非常重要的数据被忽略，但本项目的未来研发方向可以解决这个问题。

综上所述，我们的項目——基于微气流风道设计的降温工作服具有极大的市场价值和广阔的市场前景。

参考文献：

[1]赵颖.防护服是否可以兼顾安全与舒适[J].纺织科学研究，2020，（4）：7273.

[2]江柳清.试论防护服装结构设计对着装舒适性的影响[J].山东工业技术，2018（9）.

[3]Shapiro Y，Seidman DS.Field and clinical observations of exertional heat stroke patients[J].Med Sci Sport Exerc，1990，22（1）：621641.

[4]制冷与制热空调服的研究进展.纺织学报，2018，39（7）.

基金项目：吉林大学国家级大学生创新创业训练项目（编号：202010183368）

作者简介：于子桐（2000— ），女，汉族，辽宁大连人，本科，学生，研究方向：轻工类。