不同款式運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的熱濕舒適性研究

徐天宇 上海紡織工業(yè)職工大學(xué)上海國(guó)際時(shí)尚教育中心

李艷梅 上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

0 引言

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的女性加入了健身行列，而運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣也應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)榻∩砘顒?dòng)是大量的產(chǎn)熱和出汗過(guò)程，而運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣大多是捆綁和附著于人體，所以過(guò)熱和潮濕會(huì)讓人感到不舒服。不舒適的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣會(huì)影響運(yùn)動(dòng)效率，因此有必要研究它的熱舒適性。目前，市場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的款式很多，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的舒適性各不相同，國(guó)內(nèi)外也有學(xué)者針對(duì)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的舒適性展開(kāi)研究。文章主要針對(duì)目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣款式，運(yùn)用基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)的測(cè)試設(shè)備，通過(guò)測(cè)試運(yùn)動(dòng)過(guò)程中衣下微環(huán)境的溫濕度變化情況，分析比較不同運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的熱濕舒適性能，通過(guò)總結(jié)分析提出優(yōu)化的虛擬內(nèi)衣結(jié)構(gòu)樣板設(shè)計(jì)方案，從而為運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供參考。

1 服裝熱濕舒適性及其評(píng)價(jià)方法

在不同的氣候條件下，人體穿著衣服后，身體和環(huán)境總是在交換能量。在人體-服裝-環(huán)境系統(tǒng)中，人的感受受到人體狀態(tài)、服裝性能和氣候條件的影響。服裝中的熱量和濕度調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

早期服裝的熱舒適性和濕舒適性評(píng)價(jià)主要依靠主觀評(píng)價(jià)。在試驗(yàn)期間，受試者根據(jù)自己的感受填寫(xiě)問(wèn)卷，并對(duì)穿著衣服的舒適感打分。但是，主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果很難避免個(gè)人感情的影響。因此，客觀測(cè)試逐漸取代主觀評(píng)價(jià)，成為評(píng)價(jià)服裝的保暖舒適性的主要方法。

2 服裝熱濕舒適性的測(cè)試儀器

服裝熱濕度性的測(cè)試儀器可根據(jù)儀器的功能和發(fā)展歷史分為模擬儀器、簡(jiǎn)易數(shù)字儀器和虛擬儀器。早期，Rubner博士提出，用Krieger氣缸作為人體的簡(jiǎn)化模型。在20世紀(jì)60年代，伍德科克使用出汗板進(jìn)行模擬試驗(yàn)，并提出使用透濕指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)蒸發(fā)散熱的效果。在那以后，出現(xiàn)了干式暖身假人和吸汗暖身假人兩種虛擬儀器，并成為20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際市場(chǎng)上服裝濕熱性能的主要測(cè)試方法。

該虛擬儀器由National Instruments（NI）于1986 年提出。它是一個(gè)靈活的儀器系統(tǒng)，可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)并實(shí)時(shí)更新。通過(guò)在基于計(jì)算機(jī)的硬件平臺(tái)上配置I/O 接口設(shè)備，將傳感器收集的信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。使用計(jì)算機(jī)顯示器模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，通過(guò)用戶編寫(xiě)不同測(cè)試功能的軟件，收集的信號(hào)被分析和處理后輸出和顯示。該技術(shù)將儀器分為三個(gè)部分：計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件。虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。用戶可以使用各種編程軟件來(lái)開(kāi)發(fā)需要的應(yīng)用程序。以NI公司的軟件產(chǎn)品labview 和Labwindows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一個(gè)方便的集成開(kāi)發(fā)工具。

圖1 虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)

基于Labview的服裝熱濕測(cè)量系統(tǒng)的原理是用熱濕傳感器測(cè)量運(yùn)動(dòng)后服裝的熱濕傳導(dǎo)性，將測(cè)量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其調(diào)制成模擬信號(hào)，該信號(hào)可由數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)發(fā)送設(shè)備收集[6]。數(shù)據(jù)采集卡上的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。通過(guò)Labview編程，信號(hào)從數(shù)據(jù)采集卡收集到計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)通過(guò)編程進(jìn)行處理、分析、顯示和存儲(chǔ)。本文選擇的溫度傳感器是Pt100鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器是FILOTEX SMA3*0.22聚合物薄膜濕敏電容傳感器，如圖2所示。

圖2 測(cè)試用溫度和濕度傳感器

通過(guò)Labview編程，設(shè)計(jì)的前面板如圖3所示。包含開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)所有的功能，需開(kāi)發(fā)后臺(tái)程序，即使用編譯器開(kāi)發(fā)圖形化源程序，如圖4所示。使用編譯器在流程圖中編程，用于控制和操作前面板上定義的輸入和輸出功能。

圖3 Labview前面板設(shè)計(jì)

圖4 Labview流程圖設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)十二路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,其中六個(gè)用來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)，另外六個(gè)用來(lái)采集濕度數(shù)據(jù)，便于在同一時(shí)間監(jiān)測(cè)多路溫濕度信號(hào)的變化情況。該模塊靈活簡(jiǎn)潔,用戶可自行設(shè)置參數(shù),可對(duì)溫濕度信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)采用文件I/O模板進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

3 運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣熱濕舒適性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

服裝的材料和結(jié)構(gòu)因素是影響能量傳遞平衡，達(dá)到熱濕舒適性的關(guān)鍵因素。運(yùn)動(dòng)時(shí)為了防止胸部震動(dòng)造成的不適或損傷，穿著的內(nèi)衣為緊身衣，內(nèi)衣的設(shè)計(jì)應(yīng)突出人體自然曲線，且不能從緊身衣外一眼就能看出內(nèi)衣的明顯輪廓。同時(shí)，內(nèi)衣的肩帶應(yīng)不宜滑脫。考慮到這些因素，本研究選擇了市面上比較常見(jiàn)的12件不同款式的運(yùn)動(dòng)型內(nèi)衣作為研究的對(duì)象，12 件內(nèi)衣的規(guī)格均為160/84 A，面料成分均為75%的棉和25%的氨綸。12件內(nèi)衣的款式圖如圖5所示。

圖5 12件運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣款式圖

1號(hào)服裝為圓領(lǐng)，領(lǐng)口較大，在腋下附近有著三條貼邊，后片采用的是工字型設(shè)計(jì)。2號(hào)服裝為雙肩帶設(shè)計(jì)，同樣是圓領(lǐng)，在胸口處有著三條貼邊，有一條從腋下至胸下圍的分割線。3號(hào)服裝在胸口處設(shè)計(jì)有拉鏈，兩邊腋下處均設(shè)有兩條貼邊，并有豎向分割線，背部采用工字型設(shè)計(jì)。4號(hào)服裝為橫向條紋，環(huán)領(lǐng)吊帶設(shè)計(jì)，在胸口處設(shè)計(jì)有鏤空和小蝴蝶結(jié)。5 號(hào)服裝前片的兩條橫向波形分割線將服裝分為三片，后背也是吊帶設(shè)計(jì)，肩帶較細(xì)。6號(hào)服裝的正面有兩條截然不同的弧形分割線，分為四個(gè)部分，領(lǐng)口為白色，背部采用交叉肩帶設(shè)計(jì)。7號(hào)服裝也是雙肩帶設(shè)計(jì)，肩帶更寬領(lǐng)口較小，胸部有兩個(gè)垂直貼邊。8號(hào)服裝同樣是雙肩帶設(shè)計(jì)，但是肩帶極細(xì)，兩條水平分割線將前片分為三片，上下兩片為紅色，中間一片為灰色。9號(hào)服裝為背心設(shè)計(jì)，衣身較長(zhǎng)，雙肩帶較寬，未設(shè)有胸托。10號(hào)服裝為V字領(lǐng)，在胸口處有褶皺，肩帶非常寬，后片覆蓋皮膚面積較大。11號(hào)服裝為V字領(lǐng)，領(lǐng)口較大，有一條分割線從領(lǐng)口延伸至胸下圍，右側(cè)胸托上設(shè)有兩條貼邊，后背為工字型設(shè)計(jì)。12號(hào)服裝領(lǐng)口較小，后背為工字型設(shè)計(jì)，肩帶較細(xì)，未設(shè)有胸托。12件內(nèi)衣的短褲均為長(zhǎng)度在膝蓋以上的短褲，在寬松量上略有差異。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)是以十二路信號(hào)通道進(jìn)行試驗(yàn)，各個(gè)通道的選擇部位如下：1號(hào)和7號(hào)傳感器置于臀部位置，2 號(hào)和8 號(hào)傳感器置于大腿內(nèi)側(cè)位置，3 號(hào)和9 號(hào)傳感器置于腰部位置，4號(hào)和10號(hào)傳感器置于后背位置，5號(hào)和11號(hào)傳感器置于前胸位置，6號(hào)和12號(hào)傳感器置于腋下位置。被測(cè)者先后穿著12件不同款式的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間和狀態(tài)如圖6所示，整個(gè)過(guò)程一共持續(xù)25分鐘。

圖6 運(yùn)動(dòng)時(shí)間和狀態(tài)

4 運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣熱濕舒適性測(cè)試數(shù)據(jù)分析

文章將采集到的數(shù)據(jù)按每1分鐘進(jìn)行取樣，計(jì)算平均值，并求出相隔每分鐘之間的差值，就可以得到純粹的溫度和濕度的變化。由于溫度和濕度的單位不同，其變化范圍也有所不同，因此在處理數(shù)據(jù)時(shí)，首先將溫度和濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的主要功能就是消除變量間的量綱差異，從而使數(shù)據(jù)具有可比性。

文章采用公式（1）將溫度和濕度數(shù)據(jù)劃在[0,1]的范圍內(nèi)便于數(shù)據(jù)的處理。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，聚類結(jié)果將這12組數(shù)據(jù)分為了4組，如表1所示。第一類的聚類成員是1、5、6、7號(hào)服裝，第二類的聚類成員為8、9、10、12號(hào)服裝，第三類的聚類成員就只有3號(hào)服裝，第四類的聚類成員為2、4、11號(hào)服裝。

表1 聚類分析結(jié)果

將每一類服裝的溫濕度變化以折線圖的形式直觀的展示出來(lái)，其中橫坐標(biāo)1～6表示溫度測(cè)試點(diǎn)，7～12 表示濕度測(cè)試點(diǎn)。圖8 為聚類類別1 的四個(gè)樣本的溫濕度變化折線圖。由圖中可以看出大腿內(nèi)側(cè)的變化最為明顯，變化數(shù)值在5左右，濕度變化明顯的部位由大到小依次是：腋下，大腿內(nèi)側(cè)，背部，前胸，臀部，腰部。

圖8 聚類類別1的溫濕度變化曲線

圖9為聚類類別2的四個(gè)樣本的溫濕度變化折線圖。由圖中可以看出，第二類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在大腿內(nèi)側(cè)的溫度變化最明顯，但相較于第一類溫度折線部分更陡峭，且在腿內(nèi)側(cè)的溫度差值較大，基本超過(guò)數(shù)值5，這說(shuō)明此類款式的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在運(yùn)動(dòng)時(shí)溫度的變化大，透氣性沒(méi)有第一類佳。而濕度變化明顯的部位由大到小依次是：腋下，大腿內(nèi)側(cè)，背部，前胸，臀部，腰部。

圖9 聚類類別2的溫濕度變化曲線

圖10顯示，第三類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣有別于前兩類，其溫度變化最明顯的部位是在前胸，觀察3號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣時(shí)，可以看到前胸的設(shè)計(jì)是有拉鏈的，該部位面料比較厚實(shí)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不容易散發(fā)熱量。而濕度變化明顯的部位由大到小依次是：腋下，大腿內(nèi)側(cè)，前胸，背部，腰部，臀部。

圖11 聚類類別3的溫濕度變化曲線

圖11顯示，第四類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣溫度變化不大，從溫度折線可以看出較之前幾類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的溫度折線平穩(wěn)，且變化數(shù)值低于5，這說(shuō)明此類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程散熱性較佳。而濕度變化明顯的部位由大到小依次是：腋下，大腿內(nèi)側(cè)，背部，前胸，腰部，臀部。

通過(guò)上述分析可以看出，這四類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣濕度變化最大的部位皆為腋下、大腿內(nèi)側(cè)和背部，所以在選取最優(yōu)款式的時(shí)候最為主要考慮的是這三個(gè)部位的濕度變化，從數(shù)值上可以很明顯的看出第四類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的濕度變化數(shù)值低于40，相較其他三類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的變化小，說(shuō)明透濕性佳。而在觀察對(duì)比四類服裝的溫度變化時(shí)可以明顯看到第一、第二類服裝在大腿內(nèi)側(cè)部位時(shí)數(shù)值變化基本等于5，而第四類服裝的變化數(shù)值要偏低，遠(yuǎn)低于數(shù)值5，也就是說(shuō)散熱性比較好。綜上所述，這四類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣中熱濕舒適性較好的是第四類運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣，即2號(hào)、4號(hào)和11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣。但由于4號(hào)的款式是環(huán)頸吊帶式樣，頸部有明顯的壓迫感，穿著不舒適。故選定最佳款式為2號(hào)和11號(hào)。

對(duì)這兩套服裝再次進(jìn)行測(cè)試，同樣按每1分鐘進(jìn)行取樣，計(jì)算平均值，得到圖12,可以很明顯的看出11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的曲線要比2號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的曲線數(shù)值低，也就是說(shuō)11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，溫度和濕度的變化較2號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣小，說(shuō)明其散熱性和透濕性最佳。

圖12 2號(hào)和11號(hào)服裝溫濕度變化曲線

從款式來(lái)說(shuō)，11號(hào)的領(lǐng)口要比2號(hào)的領(lǐng)口低，并且是V字領(lǐng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)衣熱濕條件調(diào)節(jié)能力的影響，主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化來(lái)影響面料的單幅面積。顯然，11 號(hào)服裝的領(lǐng)口面料覆蓋面積小于2 號(hào)，因此其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的散熱性較好。2號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在胸口處設(shè)計(jì)有三條貼邊，使胸口部位的面料變厚，從腋下到下胸圍的分割線也經(jīng)過(guò)胸口部位，使得面料疊加為兩層，不利于散熱。11號(hào)雖然也有長(zhǎng)弧線分割，但未設(shè)在胸口易出汗部位，相較2號(hào)加厚的面料來(lái)說(shuō)，透濕性和散熱性較佳。在肩帶的設(shè)計(jì)上，11號(hào)要比2號(hào)寬，穿著較舒適，11號(hào)的后背部分采用工字型設(shè)計(jì)而2號(hào)則是普通的雙肩帶設(shè)計(jì)。工字型設(shè)計(jì)可以避免服裝對(duì)肩胛骨運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻礙，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有一定量的風(fēng)進(jìn)入，促進(jìn)散熱。2號(hào)下裝腰部設(shè)計(jì)不僅有彈性，而且還有設(shè)計(jì)系帶，使腰部更多的織物堆積起來(lái)，使得腰部的透濕散熱性變差，而11號(hào)的下裝設(shè)計(jì)只有松緊帶。綜合上述，可以得出11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣在這12套服裝，熱濕舒適性最好。因此，以11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣為參考對(duì)象來(lái)制作樣板。

4 運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的結(jié)構(gòu)樣板優(yōu)化設(shè)計(jì)

11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的領(lǐng)口較低，前領(lǐng)深13 cm，后背采用工字型設(shè)計(jì)，在下胸圍和腰圍處分別都有2 cm寬的松緊帶，利用其伸縮性和彈性，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以緊貼身體，不至于掉落。同時(shí)，該設(shè)計(jì)也可以適合不同體型的女士穿著。該樣衣的面料采用75%棉和25%氨綸，所以服裝具有一定的彈性。本文分別測(cè)量了樣衣未拉伸時(shí)的結(jié)構(gòu)尺寸和穿著在標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)上時(shí)的結(jié)構(gòu)尺寸，如表2所示。

表2 運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣結(jié)構(gòu)尺寸表

根據(jù)該尺寸表，本文采用法國(guó)力克服裝計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)（LECTRA CAD）基于11號(hào)運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的優(yōu)化板型進(jìn)行制版，如圖13所示。

圖13 運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣結(jié)構(gòu)樣板優(yōu)化設(shè)計(jì)

5 總結(jié)

文章研究針對(duì)不同款式運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的熱濕舒適性進(jìn)行研究，采用Labview 虛擬儀器采集動(dòng)態(tài)、連續(xù)的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上對(duì)比不同款式運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的熱濕舒適性，最終得到相對(duì)最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣款式，并據(jù)此完成了運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的結(jié)構(gòu)樣板優(yōu)化設(shè)計(jì)。文章介紹的研究成果對(duì)于當(dāng)前全民運(yùn)動(dòng)中健康運(yùn)動(dòng)的需求具有良好的指導(dǎo)意義，同時(shí)為運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了思路和參考。