两种冷却服饰对女性试验者运动后高温下热舒适性的影响

Mengmeng Zhao * , Chuansi Gao 1 , Jun Li 2 , and Faming Wang 3

服装学院，上海工程技术大学，上海201620，中国

1热环境实验室，设计科学系，工程学院，隆德大学，隆德22100，瑞典

2防护服装研究中心，服装学院，东华大学，上海200051，中国

3服装生理和人体工程学实验室（BCPE），现代丝绸国家工程实验室，苏州大学，苏州215021，中国

（收稿2014年12月17日，修订2015年3月29日; 接受2015年4月10日）

摘要：本研究的目的是调查和比较两种冷却服装在相变材料（PCM）和通风的热舒适性下的影响。八名女大学生（年龄24plusmn;1岁;身高162plusmn;4厘米;体重量54plusmn;4千克）在32℃下，50％的相对湿度的环境中在跑步机上锻炼。在三种条件下，穿上T恤和短裤适度的运动后进行测试：用PCM背心（PCM）冷却;用具有通风冷却外套（VEN），并没有冷却服装（自然冷却，控制状态，CON）。结果表明，在平均皮肤温度和心脏速率下观察两种冷却衣服条件和控制状态没有显著的差异（Pgt; 0.05）。局部躯干皮肤温度在三种条件下（P lt;0.05）观察到显著差异，它是主要由0.7摄氏度和0.9摄氏度的降低，分别于PCM和VEN。在三种测试场景之间（P lt;0.05），服装躯干微气候温度和湿度观察到显著差异。该服装微气候温度在PCM上有2℃下降和在VEN上有0.8℃下降。在30分钟冷却之后，PCM的服装微气候湿度明显高于VEN40％。感知的热感觉是PCM最低，而感知皮肤湿润度的感觉的最低水平是VEN。

关键词：PCM和通风降温服装，微气候，热感，皮肤湿润度

介绍

在炎热的环境中，完成工作或运动可导致体温过高，其特点是受损工作效率和性能。已经有据可查的体温升高是不利在体育赛事，军事训练和工业环境中的热量健康。在过去的几十年中，各种冷却衣服已被开发为防治热应变和在热环境中提高热舒适，例如，用冰袋或相变材料（PCM）的冷冻背心，用冷空气或水的服装，并强制通风的服装。相变材料（PCMs）是潜热存储材料，它们在相变过程中以很小的温度变化吸收或释放热量。掺入相变材料的服装已经被使用在防护服中，并已报道有效地改善热舒适性。他们也已经被应用于体育项目，一些研究人员报告说，他们在降低皮肤温度上很有帮助，而其他方面得到相反、消极的结果。

通风服装也被应用在炎热的环境中，大部分的应用是在防护服。没有通风，分泌的汗水往往不蒸发，从身体上滴下，这将是冷却势的浪费。通风可以通过增加汗液蒸发散热改善人体。

据报道，即使在运动后，并在热环境休息中，体温可继续上涨。不断增加的体温引起热疾病可以威胁工人或运动员安全。一些学者过去都集中在运动后或在工业作业中不同冷却策略的冷却效率。这些冷却策略包括全身浸泡、被动休息和冷却服装的使用等。人们普遍认为在冷水全身浸没为人热疗的最优化策略，然而这是不适用在实际实践和没有必要的非急性状况。Barwood等。相比五种运动后冷却技术的效率，包括冷水浸泡手，全身煽动和冷却空气，液体和PCM的服装。基于平均体温改变，全身煽动被表现为这五个技术中最有效的和实际的冷却策略。Brady等。研究了两种有相变材料和凝胶的外套的冷却速度（熔融温度为17℃），发现没有相关冷却的好处。相关性，只有很少的研究进行比较冷却效能和PCM服装和透气服装的热舒适性。

由作者进行先前的研究已经分别在热人体模特调查了PCM服装和通风服装的冷却性能。PCM服装的研究表明，穿着PCM服装增加了服装的蒸发阻力和他们在炎热潮湿的环境能带来有效的冷却，但在炎热干燥的环境却带来消极的影响。通风服装的另一项研究表明，服装开口设计和风扇的位置，可能会影响局部冷却的特征。本研究是在这两种类型的冷却衣服的进一步调查。该研究的目的是（熔融温度为24摄氏度的PCM服装和腹中带双集成电风扇的通风服装）通过用于运动后女性试验者比较这两个服装热舒适上的效果。此外，受这两件衣服影响的服装微气候也是重点。据推测，改善热感觉的幅度，两个冷却衣服的热舒适和服装的微环境会存在差异，相较于天然冷却方式（控制条件）。

试验

试验者

八名女大学生被招募参与到这项由东华大学批准的研究。他们有以下特性（平均值plusmn;SD）：年龄= 24plusmn;1年;高度=162plusmn;4厘米;体重= 54plusmn;4公斤;体表面积=1.51plusmn;0.07平方米;身体质量指数=19.1plusmn;1.0 kg m -2。他们被告知不要在测试前2小时喝咖啡或茶或实验前24小时喝酒。在参与前至少一个小时内不允许进行大的运动，研究的目的和实验过程中的主题进行了简要讨论。开始试验前获得其书面同意。

冷却服装

两种类型的冷却衣服在研究中使用。详细特性示于表1中。该PCM服装是没有袖子的聚酯背心的设计，并与21 PCM包合并，插在马甲内层的口袋[27]。口袋与PCM包的尺寸相同，以紧紧地保持它们。当未使用时当使用或取出， PCM包可以很容易地插入。该相变材料的相变（T m）的熔化温度为24℃。在PCM背心的总重量为2.14公斤，0.75 CLO的总热绝缘。该PCM背心的总蒸发阻力为0.0402千帕·米2/ W，由热损失法一出汗暖体假人测量[29,30]。它被戴在一件T恤的顶部，并通过调整缝上门襟尼龙粘紧紧戴在躯干。

其他冷却衣服是一个通风套长袖其配备有两个小风扇的直径为10厘米和各风扇嵌入在护套的左侧和右侧腹 [28]。风扇由2300毫安的四节AA电池供电，并且当他们被连接到电池盒被生产为12升/秒（0.012mL米3/秒）的空气流率。通风套的总重量为0.6公斤。全部热绝缘和整个通风服装的蒸发阻力（风扇关闭）分别为是0.74 CLO和0.0173千帕·米2/ W。也有人穿在T恤上。实验前的两件衣服被放置在约室温下20℃下至少24小时的相变材料凝固和通风衣服预处理。

表1两种冷却服装的详细特征

实验条件，程序和测量

实验条件

每位试验者参加了三个不同冷却条件的三次试验：（1）由在PCM背心冷却（PCM）; （2）由通风外套（VEN）冷却;及（3）没有任何冷却背心，穿着短袖运动T恤和短裤（总热绝缘0.6 CLO）（控制条件，CON）。在所有的三个条件，气候室设定为32plusmn;0.5℃，50plusmn;5％的相对湿度为0.4米/秒的空气流速。所有试验随机减弱顺序影响，所有受试者在一天的同一时间实施以减少昼夜波动。

测试程序和测量

当受试者来到实验室，他们被要求穿上运行在T恤和短裤同样的短袖。每位受试者有一套这些衣服为她自己的人每次测试后清洗干净并在接下来的测试再次使用的。准备期间中，所有的服装和装备（即胸带，脉冲监测和传感器）和主体（半裸与运行胸罩和内裤，并与服装和装备上）的上的称重秤分别称重（精度：plusmn;5克）。

皮肤温度传感器（热敏电阻，285-661，RS元件有限公司，英国，精度plusmn;0.1o C）是由前额和胸部，腹部，肩胛左侧上带（由3M公司生产）连接，腰背部，上臂，前臂，手，大腿和小腿。温度传感器（PT100，362-9834，RS元件有限公司，英国，精度为plusmn;0.1℃）和湿度传感器（HIH4000-001，RS元件有限公司，英国，精度为plusmn;2％）被安装在胸部和肩胛骨正在运行的T-衬衫以测量衣物的微气候温度和湿度[31]。皮肤的温度，服装微气候温度和湿度是由一个LabVIEWreg;计划（国家仪器，USA）在15秒的时间间隔记录。心脏速率监测并通过心脏速率监视器和胸带（T6C，SUUNTO，芬兰）记录。

每次试验包括两个阶段。首先，试验者在一台跑步机（电动跑步机1000，体育艺术印第安纳有限公司）以4公里/小时的步行速度0％倾角练习30分钟。在练习中，他们穿着运行的T恤和短裤。30分钟运动后，预调节PCM背心（PCM）或通风外套（VEN）立即穿上（对于风扇在同一时间打开了VEN状态），或者在相同的环境（CON）没有任何冷却衣服被动地休息。然后受试者在这些冷却条件之一下休息30分钟。在整个试验的热感觉，皮肤湿润度感和整个身体和躯干的热舒适被提出和每十分钟记录。对于热感评估，9点量表（-4=非常寒冷，-3=冷，-2 =凉，-1=偏凉，0 =中性，1 =微温，2 =温暖，3 =热，4 =非常热），而对于皮肤湿润度感，另一种评级量表（0 =正常，1=轻微潮湿，2=湿，3 =非常潮湿）和对热舒适度有一个5分的量表（0 =舒适，1 =轻微不适，2=不舒服，3 =非常不舒服，4 =非常，非常不舒服）分别被使用。

计算

平均皮肤温度（T sk）使用公式计算出：0.07（T额头 T上臂 T前臂） 0.175（T胸 T回） 0.05T手 0.19T 大腿小腿0.20T[33]。平均躯干皮肤温度（T躯干）由两个躯干部位皮肤的公式计算：0.5（T胸 T背）[14]。服装微气候温度（T cl）和湿度（RH cl）的计算公式分别为：0.5（T cl -胸 T cl -背部）和0.5（RH cl -胸部 RH cl背部）。T cl -胸部和T cl -背部分别代表为服装微气候温度的胸部和背部。RH cl -胸部和RH cl -背分别是在胸部和背部的衣服微气候湿度。蒸发的汗质量从试验前后裸露的身体质量计算，从测试衣服累积的质量校正。汗液蒸发效率使用蒸发汗水质量除以人体失重来计算。

统计分析

呈现的数据是平均值和标准偏差（SD）。方差的双向分析与重复测量使用（时间times;制衣）。T sk , T torso , T cl ,RH CL and HR等。分别在0，30，40，50，60分钟的时间检查。分析揭示了显著差异，一个LSD事后分析用的三个比较不同的服装条件。统计显着性水平被设定在Plt;0.05。

结果与讨论

结果

生理反应

图1示出的平均皮肤温度的演变

图1三个条件的平均皮肤温度随时间的演变。

图2. 三个条件的平均躯干皮肤温度随时间的演变。

在三个条件下随着时间的推移。如在图中可以看出，在进行的运动下，平均皮肤温度不发生巨大变化。在穿上PCM背心和透气服装这两个冷却条件下锻炼，平均皮肤温度降低了一点，但仅在冷却期间的前10分钟。然而，PCM和VEN之间观察到的平均皮肤温度无显著差异（服装：P（0.765）gt; 0.05）。

图2示出整个试验平均躯干皮肤变化的温度。可以看出，除了该CON条件，在穿上冷却衣服是，平均躯干皮肤温度下降很多，特别是对于VEN条件。平均躯干皮肤温度在PCM状态和在第40分钟的VEN条件与其他时间点进行比较有显著差异（时间：P（0.02）lt;0.05）。与在比较30分钟，平均皮肤温度降低了0.7摄氏度和0.9在PCM条件摄氏度和VEN条件分别。与在30分钟相比，平均皮肤温度分别在PCM条件和VEN条件以0.7℃，0.9℃下降。

整段时间心脏速率在三个条件下和质量损失的演变总结于表2中。心脏率随试验开始增加，然后在三个条件下约105 BPM稳定。在三个不同的冷却条件下运动和静置后，心脏速率开始大幅降低并稳定在正常水平。这三个条件中观察到心脏速率和质量损失无显著差异（服装：P（0.638）gt; 0.05）。

表2 HR和在三个冷却条件质量损失（平均值和SD）的生理反应

服装微气候响应

图3和4示出了分别在三个条件服装微气候温度和湿度。如图6中所示，该服装微气候温度不在运动过程中增加，但在穿着PCM背心时，它大大地减少。与在第30分钟相比，是PCM下降2℃，VEN下降0.8摄氏度，在CON状况没有太大的变化。因此，在PCM状态的服装微气候温度与其他两个条件显著不同（服装：P（0.009）lt;0.05）。

对于服装微气候的湿度，随着运动的进行逐渐增加。然后，它在PCM条件大大增加和在冷却期间在VEN条件大大下降（见图4）。经过30分钟的冷却，服装微气候湿度在PCM比在VEN高40％。与此相反，在CON条件下没有观察到大的变化，它以约45％的相对湿度波动。时间和服装对服装微气候湿度显著的影响（时间times;服装：P（0.003）lt;0.05）。

图3. 三个条件下服装微气候温度随时间的变化

图4. 三个条件下服装微气候湿度随时间的变化

图5.三个条件下全身热感觉随时间的变化 图7. 三个条件下皮肤湿润度感觉随时间的变化

图6. 三个条件下躯干热感觉随时间的变化 图8. 三个条件下躯干皮肤湿润度

的感觉随时间的变化

图9的整个身体的热舒适在三个条件下随时间的变化

图10 躯干的热舒适在三个条件下随时间的变化..

试验者反应

热感觉

整个身体和躯干的热感觉的演变显示分别在图5和6。可以看出在图中，随着运动中的持续发热，全身及躯干感觉变暖和变热。当休息并由三种不同的条件下冷却，热感觉降低，尤其是在两个冷却服装条件。当穿着在PCM背心，试验者感觉到在躯干比在通风外套更凉爽（图8）。在50分钟时，试验者给予PCM一个-0.5评级（偏凉），这意味着他们感到凉爽

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