远红外纺织材料开发的思路途径和方法服装人体工效学ApparelWord格式文档下载.docx

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m的可见光，其次是红外线的短波部分占48%。

在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线相垂直的表面上，单位面积、单位时间里所吸收到的太阳辐射能称为太阳常数，最近资料认为约为1367W/㎡；

并随一年中太阳与地球之间距离的变化而有约3.5%左右的变化率。

太阳辐射在透过大气到地面的过程中受到大气层中臭氧、水蒸气、二氧化碳等的吸收和反射而减弱。

其中一部分穿过大气层直接辐射到地面的称直射辐射；

被大气层吸收后再辐射到地面的称散射辐射。

直射和散射之和称总辐射。

具体地区在地面上受到太阳辐射照度，随当地的地理纬度、大气透明度和季节时间的不同而变化。

辐射照度的计量单位为W/㎡，也可采用kJ/㎡.h。

建筑物各表面的太阳辐射照度值，需根据其表面朝向分别计算出直射和散射分量，有的还要计入经地面反射的反射辐射，才能得出在某一时间该建筑表面有实际辐射照度。

在同一地区，建筑物各朝向表面的日照射度随季节的变化规律各不相同。

以北纬40°

地区不同月份各朝向的总辐照度的比较。

其特点是：

⑴平屋顶在夏季接受到的日辐射照度最大，其值远远超过垂直面的日辐射照度；

⑵垂直面辐射得热，朝南的墙面与其它朝向墙面相比，冬季接受的目标最多而夏季的辐射得热又比东西向为少。

室内热环境由室内热辐射、室内温度、空气湿度和室内风速综合形成，以人的热舒适程度作为评价标准。

自然界中有无数的远红外放射源，在绝对零度（-273℃）以上环境，无所不有地发射出不同程度的远红外电磁波。

红外线放射速度与可见光线相同，而且像光一样直线前进。

2、人体热辐射

人体的表面具有一定的温度，人所处的环境的壁面也有一定的温度，只要两者温度不相等，人体与环境就会发生辐射热交换。

一般情况下，人体表面温度较高，发生的是辐射散热。

在外界温度较低和机体处于安静状态时，辐射散热量可占总散热量的60%左右。

如果人处在高温壁面前则获得辐射热。

人体的表面温度大约为300K，辐射能波长大约从4.3～41µ

m，峰值约为9.5µ

m，属长波范围。

人体与环境壁面的辐射换热也遵循斯蒂芬－博尔茨曼定律，并且按下式计算：

R=Aeffεσb（Tcl4-Tmr4x）/Ao（3）

式中，R—人体与环境壁面的辐射换热（W/m2），Aeff—着装人体的有效辐射面积（m2）；

ε—着装人体外表面平均黑度（亦称辐射系数）；

Tcl—着装人体外表平均温度（K）；

Tmrx—环境的平均辐射温度（K）；

σb—黑体辐射系数（σb＝5.07×

10-8W/m2•K4），Ao—人体的杜波依斯外表面积（m2），Ao＝0.202W0.425h0.72（m2），其中W为人体的体重（kg），h—人的身高（m）。

由于人体并非完全的凸面体，有许多凹进部分，人体表面之间也会发生辐射；

人体的有些表面在实际姿态下是相互遮盖的，与环境发生辐射的表面就不是人体真实的外表面积，有效辐射面积Aeff就是为了反映这一情况，有效辐射面积可以这样定义：

Aeff＝fefffclAo（m2）（4）

式中，feff—有效辐射面积系数，即着装人体的有效辐射面积与总外表面积之比（%）；

fcl—服装面积系数，即着装人体的表面积与裸体人体表面积之比（%）。

feff是由实验测定的，对于坐态的人feff≈0.696，对于站态的人feff≈0.725，如果用于粗略的计算，无论坐态还是站态，可取其平均值feff＝0.71.服装面积系数fcl也是由实验确定的，某些服装的面积系数fcl及热阻值Icl（clo）。

人体皮肤的辐射系数ε≈1.0，而大多数服装的辐射ε≈0.95，所以在一般的辐射计算中，ε可取皮肤与服装的辐射系数的平均值0.97。

对于低温辐射，服装的颜色并不影响它的ε值。

当人处于太阳辐射或高温辐射或高温辐射源的照射下，辐射热交换量仍可用式（3）计算，但式中的tmrt及ε值都必须仔细、严格地按有关方法计算，因为短波辐射与颜色有较大的关系。

1对于一般的低温辐射

将上述Aeff、ε的平均值以及σo值代入式（3）后，得

R＝3.9×

10-8fcl[Tcl4-Tmrt4]（5）

⑵人处于高温辐射源照射下

在太阳辐射及高温红外线辐射加热器等下的辐射热交换的计算将有所不同，其影响因素

主要有以下几点：

①通常，物体表面对于太阳辐射的反应特性是深颜色的主要是吸收，浅颜色的主要是反射；

白色皮肤大约吸收60%的入射能量，黑体皮肤大约吸收80%的辐射能；

随着辐射温度的降低，皮肤的吸收率上升，直到低温辐射时接近100%。

②要找出各种不同织物及不同颜色的服装对于高温辐射的吸收率的规律是非常困难的，要获得某种织物精确的吸收率必须加以测定。

③高温辐射往往是定向的，辐射能从某一方向投射到人体身上，须改用人体投影面积Ap来替代入（3）式中的人体有效投影面积

Aeff：

Ap=fpAeff（6）

式中fp—投影面积系数，这是一个辐射方向及人体姿态的函数，可采用理论推导或采用实测方法来获得。

④在高温热源定向辐射的情况下，环境的平均辐射温度Tmrt的求解方法与低温辐射也不一样。

人体皮肤的红外线发射本领很高，在4µ

m以上波长的平均值为0.99.人们的皮肤在2µ

m以上，完全和黑的一样。

皮肤温度是皮肤和周围环境之间辐射交换的复杂函数。

当人体皮肤剧烈受冷时，其温度可降低到0℃。

在正常的室温环境，空气温度是21℃，露在外面的脸部和手的皮肤温度大约是32℃.为了计算裸露人体的辐射，必须知道人体的辐射面积。

Wisster分析时用表面积为1.86㎡一组圆柱体来表示男性的平均值，并假定皮肤是一个漫反射体，有效辐射面积等于人体的投影面积约为0.6㎡，在皮肤温度为30℃时，裸露男子的平均辐射强度为93.5W/球面度。

在1000呎距离上，忽视大气吸收产生的照度是10-7W/cm2。

大约有32%的能量位于8～13µ

m波段，仅有1%的能量处在3.2～4.8µ

m波段。

穿着衣服，这些数值要降低，因为衣服的温度和发射本领都低于裸露的皮肤。

人体每时每刻都在发射红外线，而同时也在吸收红外线。

人体本身会放出波长约9µ

m的远红外。

3、服装的热辐射

红外辐射是自然界普遍存在的一种能量交换形式。

任何服装当其温度高于热力学温度零度（即-273℃）时都在不断的向外发射红外辐射能量。

服装的红外辐射特性同其材质的种类、温度和表面性质有关。

远红外纺织品是在纤维或织物的加工过程中，将能够吸收外界能量（包括阳光和人体热量）并能高效发射远红外的材料附着或结合在纺织品上，使织物在4～20µ

m波长范围内有较高的远红发射率。

常温下远红外线的发射率达到0.65以上纺织品，才能称为远红外纺织品。

远红外织物可吸收太阳光等，并将其转换成远红外线辐射，也可将人体的热量反射而获得保暖效果。

由于远红外具有放射、渗透及共振吸收的特性，对人体非常有益，并具有温热作用，因此远红外织物可以长期促进人体新陈代谢，增进血液循环，成为理想的保暖健体纺织品。

一般性能优良，起到保健作用的远红外织物，其常温远红外发射率应达0.8以上。

远红外纺织品，能够在接收外界能量源，辐射出3～25µ

m的远红外光波，鉴于4～15µ

m波长的远红外线与生物的生长发育有密切的关系，因此，有人把该类纺织品称为生化功能纺织品。

通过以上讨论可知，远红外纺织品是在纤维成型过程中或后整理过程中加入可以高效发射远红外线的物质，明显提高纺织品在3～15µ

m波长范围的发射率，使之成为具有高效远红外发射性能的功能纺织品。

它的创意来自于日本陶瓷业的奇想，是20世纪90年代国际上开发的高新技术产品之一。

远红外纺织品是涉及医学、电子学、化学多个领域交叉的学科，并汇集了当代材料、化工、纺织等多门学科的研究成果。

由于许多陶瓷粉体具有高效吸收和远红外辐射的功能，因此添加能发射远红外线的陶瓷微粒的纺织材料，将具有较强的远红外吸收和发射能力，成为积极保暖材料。

并使服装具有了促进人体血液循环、调节新陈代谢、减小水分子缔合度（见后面讨论），提高细胞活性的保暖保健多功能的产品。

随着纳米技术和纳米材料的兴起和不断深化，具有纳米尺寸（1nm～100nm）的超微陶瓷粉体也被用于远红外纺织品研发之中，并已取得了一定的成果。

二、远红外辐照下“人体—服装—环境”系统间的相互作用

1、红外线及其特性

红外辐射（infrarodradistion）是波长界于可见光与微波之间的电磁辐射，习惯上称其为红外光或红外线。

其短波端定为0.76µ

m，其长波端为毫米波，通常取1000µ

m。

红外辐射是自然界普遍存在的一种能量交换形式，任何温度高于热力学温度零度（-273℃）时物体都在不断地向外发射红外辐射能量。

在物质内部，电子、原子、分子都在不断地运动，运动状态的改变会使物质以电磁辐射的形式向外释放能量，这样发射出来的辐射包含着各种波长，其中就有所有的红外辐射的波长，因此红外辐射也具有电磁辐射的各种共同属性，例如：

遵循可见光的直线传播、折射、反射、偏振等规律；

传播速度如光速等等。

红外辐射同可见光和无线电波的差别仅仅是波长不同。

物体的红外辐射特性还同物质的种类、温度和表面性质有关。

描述红外辐射特性的基本物理定律有基尔霍夫定律、斯忒藩—玻耳兹曼定律、维思定律和普朗克定律。

根据红外辐射的产生方式、传播特性、测量技术与应用范围，可以将它进—步划分为近红外、中红外、远红外三个波段。

对于这三个红外波段的划分，其标准随科学或技术领域不同而异。

在服装功效学中，将光谱中波长在0.75～1000µ

m范围的电磁波称为红外线，在红外谱带又根据波长从小到大的变化，将波长为0.75～1.5µ

m的波段称为近红外（NIR）波长为1.5～5.6µ

m波段称为中红外（MIR）、波长为5.6～1000µ

m波长称为远红外（FIR）。

远红外光谱在整个光谱中的位置见图1所示：

图1远红外光谱在整个光谱中的位置

人体是一个生物体，人体是一个天然红外辐射源。

人体表面的热辐射波长在2.5～15µ

m范围，峰值波长约为9.3µ

m，其中7～14µ

m波段的辐射约占人体总辐射能量的一半；

人体同时又是良好的红外吸收体，其吸收波长以8～14µ

m为主。

可见，人体的红外发射（后半段8.6～15µ

m）和红外吸收（8～14µ

m）均处于远红外波段范围。

在热环境下，人体皮肤可以近似看作理想黑体的辐射表面，无论肤色如何，活体皮肤的红外发射率均约为0.98。

根据基尔霍夫定律可知，活体皮肤可以吸收所接受的任何辐射，并能将所具有所有辐射发射出来。

远红外线具有穿