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【技术干货】座椅材料的热舒适及其评价

2024-01-15

  座椅是日常生活中必不可少的一类家具,其舒适性能是评价座椅设计优劣的重要指标之一,相关研究慢慢的变成了国际研究热点。座椅的舒适性体现的是人的主观感受,由心理和生理两方面的因素构成,其中生理舒适包括了人对座椅的几何尺寸、形状、结构和温度等的感觉。其中,人对温度的感觉可以用热舒适性来表示,用以描述人对热环境的主观反应。

  人体温度约为37℃,要使体温保持稳定,就需要保持产热量和散热量的平衡。人们的身体吸收的能量只有一部分转化为本能,大部分变成了热能,这就出现了散热问题。在普通气温的条件下,人体通过传导、对流、辐射和水分蒸发来散发热量以保持37℃左右的体温[1]。

  当环境温度较高接近皮肤温度时,人体主要是通过排汗来散热,如果汗液不能被及时排除,则会给人带来粘腻的不舒适感。即使是在热舒适的环境中,人体也会有不间断的水分蒸发(无感蒸发),每个成年人每天约需排出700~1200g汗水蒸汽,虽然蒸发量较小,也应及时从皮肤表面排除以确保人体的热舒适感。

  人处于坐姿状态时,背部、臀部、下肢以较大面积跟坐垫以及靠背接触,接触面积接近人体表面积的一半,因此,座椅的热舒适性是一个不可忽略的问题,它非常大程度上影响到人体和座椅接触部位的散热和皮肤的呼吸功能,当其温湿度特性与人体生理机能不相适应时,将引起人体局部的不舒适感,从而加速人体疲劳的形成,严重时甚至有可能导致皮肤疾病的发生。

  人对材料表面的冷暖感觉主要由材料导热系数的大小决定,人体热量的传递很大一部分也是通过传导完成的,因此座椅材料的导热性能是衡量座椅热舒适程度的一个重要指标,用导热系数来表示。导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1h内,通过1㎡面积传递的热量,单位为瓦/米度(W/mK),此处为K可用℃代替。

  导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素相关。在炎热的夏天,人们往往不愿坐在导热性差的海绵沙发上,常常选择导热系数较高的感觉凉爽的竹、藤、木材座椅以带走多余的热量,寒冷的冬天则正好相反。因此为了适应不一样的热环境,应选择导热系数不同的座椅材料以保证人体的热舒适。

  当人体和座椅接触时,人体和座椅之间分布着气态或液态的水分子(当气温较高人体出汗较多时或无感蒸发时),这些水分一部分从人体和座椅接触的边缘向外散发,一部分从座椅材料向外渗透。

  水分透过座椅材料的方式有3种:一是与高湿空气接触的纤维从高湿空气中直接吸湿,水分子由纤维内部传递至织物的另一面,并且向低湿空气中放湿;其次是在材料中通过纤维与纤维之间的毛细管作用传递水分;另外一种是水气直接通过材料之间的空隙,穿透至另一侧弥散放湿。材料的透湿性能是上述3种水分子透过方式共同作用的结果[2]。

  材料的透湿性测试被ASTM(American Socie2ty for Testing and Materials—美国材料与试验协会)定义为一项“舒适性试验”,描述了水分透过织物的挥发速率,用每24小时每平方米的克数来表示。该实验可用于量度织物分散或转移人体出汗产生水分的能力。

  由于空气分子的流动,将人体热量传递出去,就是对流散热。人体为了散热就要增加对流,这和织物的透气性相关。透气性常以织物的透气量来衡量。

  座椅材料种类很多,如木材、金属、玻璃、藤材、塑料、织物、皮革、聚氨酯泡沫塑料等,其中对于织物、皮革、聚氨酯泡沫塑料(海绵材料)来说,透气性是其热舒适性能的重要指标之一。不一样材料透气度的检验测试标准不一样。

  ISO 4638、GB /T 10655 - 2003规定了像聚氨脂泡沫这类多孔弹性高聚物材料空气透过率的测定方法。该标准的测试原理在于将一被控制的恒定流量的气流垂直通过试样,测定在试样两侧所造成的压力差△P。

  ASTM D737、GB /T 5453规定了纺织品透气度的测定方法,在规定的压差条件下,测定一段时间内垂直通过试样给定面积的气流流量,计算出透气率R(mm/s)。

  GB /T 4689规定了皮革透气度测试的试验方法。该标准的测试原理:使皮革试样两侧相反的方向上形成一定的空气的压力差,而测量在此情况下透过试样的空气体积。

  热舒适是人们对热环境的满意程度,主观评价是对座椅热舒适性最为直接的反映。参考Bedford在1936年提出热舒适的7级评价指标(表1第1列)和ASHRAE(美国供暖、制冷与空调工程师协会)在1996年采用的七级热感觉指标(表1第2列),可以对座椅的热舒适进行评价。

  研究表明,热舒适不是一成不变的,是相对于热环境而发生动态变化的,不同的人对于相同的热环境有不同的感觉,即使是同一个人,由于其生理、心理的变化,在不同的时间对于相同热环境的满意程度也不一定相同。因此,我们还需要采用客观评价的方法来验证主观评价结果的可靠性。

  一般可以借鉴有关标准测试座椅材料与热舒适相关的物理指标,如座椅材料的导热性能、透湿性、透气性等。然而,座面材料常常不是单一的材料,如沙发是将弹簧材料、海绵材料以及织物复合在一起使用,在进行这些指标的测试时,往往是孤立的实验,很难做到将这些指标与人的主观感受相联系。

  为了更好的将主客观评价联系起来,我们大家可以采用探头式温湿度计(图1为数字显示温度计,精确到1℃)测量人体—座椅界面间的温湿度(图2为数显温度计探头置于座面上),同时结合人的主观感受进行评价。

  通过对人们在落座时的人-椅界面热环境的分析,认为热舒适性是座椅舒适性的一个重要方面。和热舒适相关的座椅材料的物理性能主要有导热性、透气性和透湿性,能够最终靠对这些物理指标进行仔细的检测,也能够最终靠适时测量人-椅界面间的温湿度并结合主观评价的方法来评价座椅的热舒适性。

  声明:本文由入驻搜狐公众平台的作者撰写,除搜狐官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表搜狐立场。

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