冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱舒適性評(píng)價(jià)

沈奕君，張海棠，李 青，王宏付

(1.江南大學(xué) 設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

隨著人們對(duì)健康意識(shí)的提高，戶外長(zhǎng)跑逐漸成為增強(qiáng)體質(zhì)、強(qiáng)健體魄的全民健身運(yùn)動(dòng)。與室內(nèi)運(yùn)動(dòng)服不同，戶外運(yùn)動(dòng)服的設(shè)計(jì)還需要考慮風(fēng)速、溫度、濕度等環(huán)境因素。尤其是在冬季，風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫濕度等均對(duì)運(yùn)動(dòng)者的生理和心理會(huì)產(chǎn)生較大的影響。長(zhǎng)跑是一種“重度”運(yùn)動(dòng)，會(huì)使心率、血壓和體溫等生理指標(biāo)發(fā)生巨大變化[1-2]。因此設(shè)計(jì)冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，需以提高透氣性為主要目標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于戶外長(zhǎng)跑服的研究主要集中在服裝面料的結(jié)構(gòu)與性能上[3-6]。環(huán)境因素對(duì)戶外長(zhǎng)跑服服用性能的影響也得到了廣泛關(guān)注，Hu等[7]研究了風(fēng)向(正面、側(cè)面、背面和靜風(fēng))和7個(gè)等級(jí)的服裝寬松量對(duì)運(yùn)動(dòng)服隔熱和表面溫度的影響，結(jié)果表明腹部和臀部的熱舒適性受風(fēng)向的影響最大；在服裝結(jié)構(gòu)方面，田偉等[8]分析了戶外運(yùn)動(dòng)的上肢運(yùn)動(dòng)特性，并對(duì)袖子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，結(jié)果表明，插肩袖設(shè)計(jì)更有利于使肩背部壓力均勻分布，并且合理調(diào)整運(yùn)動(dòng)服袖口尺寸有利于保護(hù)人體，平衡體溫和濕度。高冉等[9]運(yùn)用CLO 3D軟件模擬人體穿衣效果，研究了不同绱袖角度、肘省、松量對(duì)運(yùn)動(dòng)服壓力的影響。李淑敏[10]通過袖口、領(lǐng)口和肩部設(shè)計(jì)，討論了防寒服裝的開口結(jié)構(gòu)對(duì)防寒保暖效果的影響。因此，從服裝結(jié)構(gòu)角度對(duì)冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服進(jìn)行舒適性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文對(duì)市面上3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的結(jié)構(gòu)和服用性能進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服進(jìn)行結(jié)構(gòu)改良，研制一款新型冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服，通過人體穿著實(shí)驗(yàn)，對(duì)新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服和現(xiàn)有冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的熱舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為寒冷環(huán)境下戶外運(yùn)動(dòng)服的設(shè)計(jì)提供參考。

1 市面冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的分析

本文選取市面上面料相同(100%聚酯纖維)，規(guī)格尺寸均為175/92 A的3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服，對(duì)其結(jié)構(gòu)和服用性能進(jìn)行分析，以了解目前市面上冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的優(yōu)缺點(diǎn)，為冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的改良設(shè)計(jì)提供參考。

1.1 市面冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的尺寸與結(jié)構(gòu)分析

市面上3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服款式圖見圖1。將3款服裝平鋪，用皮尺測(cè)量衣服各部位的尺寸，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，進(jìn)一步整理分析。

圖1 市面上3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服款式圖

身高175 cm的男性標(biāo)準(zhǔn)胸圍為175 cm×0.61=106.7 cm，3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服規(guī)格尺寸見表1，可以看出3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的各部位尺寸都比較大。而以上3款樣衣的胸圍放松量都基本達(dá)到18 cm，便于運(yùn)動(dòng)。

表1 3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服規(guī)格尺寸表 cm

3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服結(jié)構(gòu)分解見表2，可以看出，為了提高保暖效果，3款服裝通風(fēng)口部位設(shè)計(jì)基本一致，均采用了連帽高領(lǐng)、抽繩下擺、松緊或黏扣袖口設(shè)計(jì)；袖型方面，A、B款均為裝袖，C款采用了插肩袖設(shè)計(jì)；3款服裝的開口設(shè)計(jì)差別較大，其中A款外層胸部有2個(gè)斜向長(zhǎng)34 cm的拉鏈開口，通過此開口可以有效散發(fā)胸部和腋下的熱量，B款在側(cè)縫與胸部各有1個(gè)開口，長(zhǎng)度分別為36、23 cm，而C款在腋下和袖側(cè)均有1個(gè)開口，分別長(zhǎng)34、15 cm。

表2 3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服結(jié)構(gòu)分解

1.2 市面冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的主觀熱舒適性評(píng)價(jià)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本文實(shí)驗(yàn)選取5名健康男大學(xué)生，年齡為(22.3±0.7)歲，身高為(176.2±2.2)cm，體重為(63.6±2.2)kg，BMI為(20.5 ± 0.4)kg/m2。受試者均熱愛體育鍛煉，有一定運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)，有長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)習(xí)慣且身體健康。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)在人工氣候倉(cāng)(日本ESPEC公司)內(nèi)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為(5±1)℃，相對(duì)濕度為(60±2)%，風(fēng)速小于0.2 m/s。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)方法

受試者先在正常室溫環(huán)境(25 ℃, 相對(duì)濕度50%)中靜坐0.5 h，讓身體處于舒適狀態(tài)(平均皮膚溫度為32～34 ℃[11])。接著，受試者穿著實(shí)驗(yàn)服裝(內(nèi)衣為運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣和長(zhǎng)褲)，進(jìn)入人工氣候倉(cāng)開始實(shí)驗(yàn)，做完拉伸運(yùn)動(dòng)后，以7 km/h的速度跑步40 min。實(shí)驗(yàn)前后詢問受試者的主觀舒適性評(píng)價(jià)。運(yùn)動(dòng)舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)尺見表3。

表3 運(yùn)動(dòng)舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)尺

1.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)動(dòng)前，受試者對(duì)3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的觸覺舒適度、熱舒適度和整體舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)動(dòng)前舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2。A、B 2款的整體舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果相似，觸覺上刺痛感較低，透氣性較好，穿著較溫暖，其中B款最寬松，整體舒適性最好；C款穿著體驗(yàn)感較悶熱，且刺癢感最強(qiáng)，因此整體舒適度評(píng)價(jià)最低。

圖2 運(yùn)動(dòng)前舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果

運(yùn)動(dòng)后舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果見圖3，可以看出在運(yùn)動(dòng)40 min后人體對(duì)服裝的各方面舒適度評(píng)價(jià)都有所改變，黏體感、刺癢感、溫暖感與悶熱感都有增加，尤其是A款的刺癢感增加最明顯。冷感評(píng)價(jià)結(jié)果顯示背部、腹部、胸部和腋下的冷感都比較強(qiáng)烈，3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的評(píng)價(jià)值基本都接近4級(jí)(較冷)。C款的整體舒適度最低，B款最高。

圖3 運(yùn)動(dòng)后舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果

受試者在運(yùn)動(dòng)后的熱舒適感受變化，一方面是由于劇烈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量熱量，導(dǎo)致熱感增加；另一方面由于熱量得不到及時(shí)散發(fā)，聚集后接觸服裝遇冷液化，再加上穿著者自身出汗導(dǎo)致服裝濕度增加，進(jìn)而增加服裝的黏體感和刺癢感；此外，根據(jù)背部、腹部、胸部、腋下4個(gè)部位的冷感評(píng)價(jià)結(jié)果可知，運(yùn)動(dòng)后服裝的散熱效果會(huì)影響皮膚溫度，產(chǎn)生冷感，同時(shí)說(shuō)明合理的開口結(jié)構(gòu)有利于維持體溫穩(wěn)定。

綜上，目前市面上的冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服主要存在背部、腹部、胸部和腋下部位透氣性差，開口設(shè)計(jì)不夠合理，服裝通風(fēng)性能低等問題。

2 新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上文市面上冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的分析結(jié)果，對(duì)冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服款式圖見圖4。下面從前身、后身和側(cè)體對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖4 新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服款式圖

①前身：帽子和領(lǐng)子依舊采用連帽高領(lǐng)設(shè)計(jì)；胸部采用橫向開口，開口朝下并使用黏扣，黏扣長(zhǎng)度約為胸寬的四分之一，既可以避免人體運(yùn)動(dòng)時(shí)胸部被硬物擠壓產(chǎn)生不適感，又可以擴(kuò)大通風(fēng)散熱范圍；腹部為2個(gè)斜插袋，袋口使用拉鏈，可減少布片的數(shù)量與織物厚度；為進(jìn)一步加快熱量的傳遞，里料的胸部位置使用網(wǎng)眼布進(jìn)行拼接。

②后身：背部在運(yùn)動(dòng)過程中出汗量大，因此在后背增加開口設(shè)計(jì)，開口從肩胛骨到腰部，長(zhǎng)度為32 cm；背部里料拼接網(wǎng)眼布，長(zhǎng)度從肩胛骨到腰部，以提高背部透氣性。

③側(cè)體：以上3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的腋下因開口都有較好的熱穩(wěn)定性與熱舒適性，因此改良后的新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服同樣在腋下開口，但由于過長(zhǎng)開口不利于保暖防風(fēng)，因此將此處開口長(zhǎng)度減少到22 cm；袖子采用兩片袖設(shè)計(jì)，同時(shí)，從C款運(yùn)動(dòng)服的評(píng)估結(jié)果來(lái)看，袖側(cè)的開口對(duì)于熱量輸出有一定幫助，因此新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服在袖側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)15 cm的開口，考慮到美觀性與操作便捷性，將腋下與袖側(cè)的開口并為一條；由于跑步時(shí)的手臂擺動(dòng)，側(cè)縫與袖側(cè)會(huì)持續(xù)受到摩擦，且此處的熱量積聚較快，因此該處開口使用雙頭拉鏈控制。

3 新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的熱舒適性評(píng)價(jià)

3.1 測(cè)試方法

首先，5名受試者在正常室溫環(huán)境(25 ℃，相對(duì)濕度50%)中靜坐0.5 h，讓身體處于舒適狀態(tài)(平均皮膚溫度為32～34 ℃)。接著，受試者分別穿著新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服和B款長(zhǎng)跑服，在前胸、肩胛、腋下部位的皮膚表面黏貼DS1922L無(wú)線溫度傳感器(美國(guó)Maxim Integrated公司)，每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)。然后，進(jìn)入溫度(5±1)℃，相對(duì)濕度(60±2)%，風(fēng)速小于0.2 m/s的人工氣候倉(cāng)開始實(shí)驗(yàn)，先靜坐10 min，再以7 km/h的速度跑步30 min，以4 km/h的速度慢走10 min，最后靜坐10 min。實(shí)驗(yàn)過程中詢問受試者胸部、背部、腋下和整體的主觀熱感和熱舒適度，主觀評(píng)價(jià)標(biāo)尺見表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過SPSS 22.0進(jìn)行分析。采用Shapiro-Wild Test檢驗(yàn)數(shù)據(jù)正態(tài)分布；ANOVA方差檢驗(yàn)比較不同測(cè)試條件下皮膚溫度、主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的差異。顯著性水平設(shè)定為P<0.05，標(biāo)記為“*”。

表4 主觀評(píng)價(jià)標(biāo)尺

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.2.1 皮膚溫度

受試者穿著2款服裝時(shí)，胸部皮膚溫度見圖5，背部皮膚溫度見圖6。由圖5、6可知，胸部和背部的皮膚溫度在靜坐階段均呈下降趨勢(shì)，開始跑步后胸部皮膚溫度逐漸升高，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱又逐漸下降。在20 min之后，穿著B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的胸部和背部皮膚溫度均顯著高于穿著新款長(zhǎng)跑服時(shí)的胸部、背部溫度(P< 0.05)。運(yùn)動(dòng)階段，穿著新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，胸部和背部的皮膚溫度變化不明顯，均在33～34 ℃之間；而穿著B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，胸部和背部的皮膚溫度最高接近35 ℃。腋下皮膚溫度見圖7?？梢钥闯龃┲驴疃緫敉忾L(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的腋下溫度比穿著B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)高，但二者無(wú)明顯差異。

圖5 胸部皮膚溫度

圖6 背部皮膚溫度

圖7 腋下皮膚溫度

由以上分析可知，新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的開口設(shè)計(jì)，有效維持了胸部和背部的皮膚溫度，達(dá)到理想的散熱效果；穿著2款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，腋下的皮膚溫度基本一致，這是因?yàn)?款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服在腋下部位均有開口設(shè)計(jì)，新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服腋下開口長(zhǎng)度縮短，但對(duì)腋下部位的散熱未產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響。

3.2.2 主觀評(píng)價(jià)

穿著新款長(zhǎng)跑服和B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，主觀熱感和熱舒適感評(píng)價(jià)結(jié)果見圖8。

圖8 主觀熱感和熱舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果

受試者穿著新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，胸部、背部和整體的熱感評(píng)價(jià)值為1.0～1.5，接近“稍暖”，而穿著B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，胸部、背部和整體的熱感評(píng)價(jià)值為2.0～2.5，接近“暖”；穿著新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)，胸部、背部和整體的熱舒適感評(píng)分值均顯著低于穿著B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)的熱舒適感評(píng)分，這與皮膚溫度的對(duì)比結(jié)果一致，說(shuō)明穿著新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服比B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服更加舒適。證實(shí)胸部和背部的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)、開口設(shè)計(jì)確實(shí)加快了人體熱量的散失，提高服裝透氣性；同時(shí)證實(shí)新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服胸部橫向的開口相比B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的縱向開口散熱效果更好。穿著2款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服時(shí)腋下部位的熱感和熱舒適感無(wú)明顯差異，說(shuō)明縮小腋下開口長(zhǎng)度對(duì)腋下部位的散熱沒有產(chǎn)生顯著影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于服裝的熱濕舒適性，對(duì)冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的結(jié)構(gòu)和服用性能展開研究。首先對(duì)市面上常見的3款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服進(jìn)行結(jié)構(gòu)和主觀熱舒適性評(píng)價(jià)分析，分析結(jié)果表明，目前市面上的冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服主要存在局部部位透氣性差，服裝通風(fēng)性能低等問題。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)出一款新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服。然后通過人體著裝實(shí)驗(yàn)，以服用性能較好的B款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服作為參照，對(duì)新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服進(jìn)行主、客觀熱舒適性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：改良后的新款冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服熱舒適性有所提高，胸部、背部、腋下的開口設(shè)計(jì)提高了服裝整體的透氣性，結(jié)構(gòu)具有可取性。未來(lái)研究可以針對(duì)人體不同部位的熱敏感度和出汗量，結(jié)合面料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，進(jìn)一步提高冬季戶外長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)服的服用性能。