天津工业大学“科技冬奥”项目组 研制智能电热服装 抵御冰雪上的严寒

撰文/潘丽娅

2022年北京冬奥会期间，冰天雪地中的精彩赛事带来一场场运动“盛宴”。而严寒，是冬奥会参赛运动员必须面对的挑战。由天津工业大学纺织科学与工程学院教授刘皓参与的国家重点研发计划“科技冬奥”项目组，向北京冬奥会参赛运动员捐赠了可以实现智能控温的手套和头套，助力他们在北京冬奥会的日常训练和比赛。

“智能电热服装的关键技术是智能控温功能，我们用温度传感器采集服装内的温度数据，并通过自主研发的控温模块和程序实现服装内的精准控温，为人体构建舒适的微气候环境，提高服装穿着的热舒适性。”刘皓向记者介绍说，智能电热服装主要由加热元件、柔性电路、控温模块和服装构成。加热元件是实现服装保暖的关键部件，采用电学性能和导热性良好的碳纸导电加热材料，不仅可以加热，还可以产生远红外辐射，具有红外理疗功能。

智能控温主要是通过项目组自主研发的控温模块来实现调控加热元件的功率密度，比如，程序算法通过调节加热模块的功率大小来平衡服装内部的温度，简单来说就是服装内部温度低于设定温度时，适当调高加热功率，启动加热以达到设定温度，高于设定温度时调低加热功率，自动停止加热，这样既可以让服装内部处在人体舒适的温度，又能有效节约能源，提高电能的使用效率。“我们同时还自主研发了手机APP，通过蓝牙模块控制加热元件，进行精准控温，与传统的电加热服装三档控温相比，我们的智能电加热服装可根据穿戴者实际体感调控加热温度，有更好的穿戴体验。”

对于这次用于北京冬奥会运动员户外训练和比赛的智能控温加热头套和加热手套，研发的过程并不简单。比如一款运动员所用的加热头套，研发就要涉及纺织科学、服装设计、人体工学、服装舒适性、计算机科学、体育科学等多个学科。为此，刘皓团队专门成立了一个6 人的头套和手套研发小组。为实现在寒冷条件下加热产品可以迅速加热、精准控温，刘皓团队又成立了控温模块研发小组，研发更精准、更轻质的电子元件。在保证发热效果的前提下，最大限度保证运动员穿戴时的舒适性，刘皓团队在款式、面料、工艺的选择上下了大量功夫，前期花了2 个月调研手套、头套款式，购买各种面料进行测试对比。为能够将智能加热手套和智能加热头套及时送至运动员手上，刘皓团队将学院的工艺室临时改成了生产车间，并利用技术优势与相关企业合作，进行批量生产。刘皓说，智能加热手套和智能加热头套在寒冷环境下，加热最高温度可达60℃，在不同档位下调换，手套3 档控温、头套5 档控温，蓝牙连接手机APP 可连续调温，发热续航可达2—6小时。在-30℃的环境下，依然可以保持工作，持续发热1—3 小时。

刘皓团队在国家重点研发计划“科技冬奥”项目——“冬季运动与训练比赛用高性能服装关键技术的研发”项目中，承担冬季耐低温保障服装关键技术的研发工作。目前，项目组已在基于柔性碳纸的加热织物、基于导电纱线的刺绣加热织物和基于镀银纱线的一体成型加热服装等方面实现了技术突破，设计制作出轻薄、柔软、加热均匀的柔性加热薄膜和加热织物，以及精准控温的智能保暖服装，使科技成果顺利转化为科技产品。从2021年1月开始，刘皓团队分三次向北京冬奥会张家口崇礼赛区捐赠加热头套和智能加热头套总计607 个，加热手套和智能加热手套总计450 副，为北京冬奥会的参赛运动员送去了温暖和支持。