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发表于 2013-7-29 13:24:55
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8、保暖值的单位和意义
1.保暖值的意义:
要了解保暖值之前我们得先了解热导率。所谓「热导率」是用来度量材料传导热量的能力,热导率愈高,热量在该材料内的损耗就越少。
★「热导率」定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量,公制单位是瓦W/mK的,通常用K表或λ来表示热导率。
★「热导系数」,单位是W/m2.K,在系统中这个值通常被称为总传热系数(OHTC);和热导率相对的是「热阻率」,用来表示材料阻止热量在某方向上传导的能力,热阻系数的单位是m K/W 热导率(K表值)和热阻率互为倒数,而「热阻值」(R)和「热导系数」(U值)互为倒数。
而这两组量之间的差别在于,热导率/热阻率描述的是材料在某一方向(一维)上的特性,而热阻值/热导系数描述的是单位面积上,一定条件下通过的热量。
在了解热传导和热阻后,我们就可以进一步了解材质的保温(暖)性与材料的导热性有关,使用导热系数λ表示,单位是W/m‧℃,其值愈小表示材料导热性越低,绝热性或保暖性愈高。空气的热导性很怟,所以在空气不流动的情况下,织物中的空气愈多,保温性愈好;另外,水的导热系数较大,故随着纤维回潮率(湿)提高,纺织材料的导热系数将增大。
要用热阻R(m‧℃/W)或绝热率(保温率)表示纺织材料的绝热性,就是在热板上,测量维持热板恒温所需热量,若维持裸板恒温所需单位时间内热量为Q0,包覆织物时为Q1,则绝热率T为: T=Q0-Q1/Q0×100(%) 。从这个公式我们可知纺织材料的绝热率与试样厚度有关─厚度愈厚,单位时间内散失的热量愈少,绝热率就愈大。此外还有使用热奥姆(m2‧℃/W)表示热阻,指温度差为1℃时,热能以每平方米1瓦特的速率通过,即表示为一个热阻单位。
2.CLO值:
Clo的定义:21℃室温、相对湿度50%、气流10cm/s的环境下,一个人静坐时感到清爽舒适的状态下感觉舒适并保持其体表温度为33℃时,则该穿着服装的保暖值为 1clo,若换算为截面积上1Clo=0.155m2 K/W,若换算代谢热量1clo约为50 Kcal /㎡/ hr或为58.15 W/㎡/ hr。
clo值是用来表示织物隔热性能,也就是由皮肤表面到衣服外表之热阻抗单位。而看到了clo值你是不会觉得和标示睡垫保暖能力的R值吗似曾相认?重新来回忆一下热阻值R的定义----在指定的温度下,某种材料在单位面积上阻止热量穿过的能力。材料的R值越高,就越适合作为保温材料。而连续的绝热材料的R值可以相加(就是说二个睡垫迭在一起保暖力会增加),而R值同样和材料厚度具有线性关系。热阻值R常被用在建筑工程中,用来评价材料或者系统的相对保温能力。而clo值通常用来表示"服装"的热阻值,它和穿着此种服装的人在给定的条件下的舒适程度相关。clo大致上相当于R值的1.136倍。而Clo值和R值的单位相同,但是Clo值和人体的舒适程度相关。
3.TOG值:
Tog在1960年代被公布,clo和Tog的换算如下:
1 tog=0.1m2 K/W=0.645 clo
1 clo=0.155m2 K/W=1.550 tog
4.各材质的clo值:
棉:0.04
美利诺羊毛:0.08
Polartec CLASSIC 100,200,300:0.16
Polarguard 3D:0.63
Exceloft:0.68
Polarguard Delta:0.68
Climashield HL:0.68
羽绒(550 fill):0.7
Primaloft ECO:0.74
Primaloft Sport:0.73(新款为0.79)
Climashield Combat:0.79
Climashield XP:0.82
Primaloft One:0.84(新款为0.92)
羽绒(850+FP):2.53
以上的单位是材质1oz/平方码的保暖值,简单来说其值越大保暖性越好,不过这是材质是干的时候。这个表的功能之一就是如果你知道你保暖服装或睡袋保暖材质的单位重量,那你便可以算出整件服装或睡袋的保暖总值。我们可以看出来在单位重量相同时化纤材质以Primaloft one保暖度最佳,不过和850FP的羽绒还有很远的差距。
9、各种测试方法介绍
在实验室中测量材质热阻值可以追溯至1930年代,测量的方法有许多种,以下只介绍其中主要的二种。
1.BS4085-1984:
这个从1960年代开始的测试也被常称为Tog测试,而它会广为人知则是因为很多寝具使用它做为被子或床垫的保暖标示。
测试方法:把一个布料或保暖填充材质被放置在一个加热板上,而整组的测试仪器则放在一个有风扇的柜子中,这些风扇可以确保有足够的空气流通也避免样品受到外界气流的影响。
当一个圆形、直径33公分的样品被金属板加热后,材质二面的温度就会被温差电偶记录下来,本测试最长可以进行三个小时的加热,材质热阻的计算是基于金属板加热的区域以及材质二侧的表面温度,最终测试结果则被换为Tog或m2 K/W。
2.ISO5085-1989与ISO5085-1990:
ISO的测试有二种方法,第一部份是针对低热阻的材质─最高到0.2m2 K/W或是0.4m2 K/W但厚度低于2公分,这部份的测试方法和BS4085法十分相似。
第二部份则是针对较厚且具有较高的热阻值的材质─介于0.2-2m2 K/W之间,而睡袋大都是落在这个区间。本试测需要在一个受控制的环境或柜子内,样本大小为60X45公分,置于加热板上至少四小时以达到一个稳定的温度后再测量需要输入维持固定温度的热量。这个模型所计算的是材质与环境的温度差以及加热板加热面积的热阻值。
3.舒适模型(Comfort Model):
前文说过材质测试只是一个理想值,对于睡袋来说也不能测试出外型和隔间设计所造成的影响,也因此材质测试的热阻值必需再加上真人测试的结果才能得到一个能符合实际的适温换算,这也就是(热)舒适模型*。
最早的舒适模型是由英国的利兹大学发展出来的,它不但是最早的模型也广泛的被英国睡袋品牌商所采用,利兹舒适模型数值请参阅原文的附表。在表中可以看到,每个保暖值都有对应的适温,举例来1.0 m2K/W的热阻值(等于10Tog或6.5clo) 相对应就是-10度C的适温。
在此要说明,(热)舒适模型在睡袋温标中是一个很重要的部份,因为它代表了各个标准如何把测试得出的保暖性(热阻结果clo、tog值等)导入,经由模型换算成建议的适温值,而各个适温模型的不同也就造成各个标准在相同保暖值换算的温标差距。
举例来说,假设一个睡袋经测试得出热阻值为1.0 m2 K/W(等于10Tog或6.5Clo),那依各标准所换算出的舒适温度如下:
EN13537舒适温度: +2度C
NF G08-013: -3度C
EN13537舒适下限: -4度C
Thelma舒适模型: -10度C
利兹舒适模型: -11度C
美国厂商标示: -16度C
我们可以看出同一个保暖值却因为不同模型的换算,会产生从+2度C到-16度C的适温差距,相对而言EN13537的数据还比较保守一些,会更贴近中国人对耐寒的要求。
下面我们再来看看整条睡袋的测试方法。
1.Astm F1720:
ASTM F1720是美国的国家标准,以下部份内容是以ASTM F1720最新资料来介绍和补充
①测量方法概述:
⑴把全身都没有穿着任何服饰,体表温度恒定为32度C的铜制假人,放入一个完全膨涨的睡袋内。
⑵睡袋的帽兜收紧至只留下约5公分的空隙,模拟实际使用时能让使用者呼吸的大小。
⑶实验室环境设定为温度不高于22度C、湿度30-70%、风速0.3公尺/秒。
⑷在热能输入假人30分钟后,测量假人所需要输入以保持体表温度的热量(这被视为等同假人的热流失量)。
②保暖值换算:
ASTM F1720法把测量所得到的输入热量换算成clo值,而依ASTM F1720法的舒适模型,0.1个单位的clo值换算后等于1度F的温标,举例来说,一颗7clo和8clo的睡袋适温差距就是10度F。
为了让大家可以更容易了解的clo单位的保暖能力,以下用举例的方式来和大家说明。一件厚重的羊毛衣最多有1clo的保暖值,而一个基本的三季的三层冲锋衣则大约有1.5-2clo的保暖值,三季的轻量quilts款式睡袋约有2.5-4clo的保暖值,而一般木乃伊型的三季睡袋则有4-7clo的保暖值,至于一颗冬季睡袋加上穿着保暖衣、睡垫以及抗风的遮蔽所可以达到8以上的clo保暖值。
③对于ASTM F1720测试方法的质疑:
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