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着装方式对人体热反应影响的实验研究#
向梅1,2，刘红1,2，雷丹妮1,2**
基金项目：国家自然科学基金重点项目(50838009)
作者简介：向梅，（1986-），女，硕士研究生，主要从事室内热环境与节能建筑研究。
通信联系人：刘红，（1966-），女，教授，主要从事室内热湿环境研究
（1. 重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045；
2. 三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045） 5
摘要：服装是影响人体热舒适的一个重要因素。为了研究着装方式对人体热反应的影响，利
用人工气候室分别营造中性至冷环境的三个温度水平，在各温度水平下选取 3 种典型着装方
式（基本着装及分别增加相同热阻值的上身和下身着装），开展着装对热舒适响应的人体实
验。结果显示，22℃时，增加上身或下身的服装热阻均能显著提高人体舒适度；16℃时，上
身的服装热阻相对于下身在影响热舒适方面的权重较大；而 10℃时，下身的服装热阻相对10
于上身则具有更大的权重。结果说明，在应用热舒适评价指标（如 PMV）时，国际标准规
定的单件服装热阻直接叠加的计算方式存在一定缺陷，可以考虑在不同热环境中对其进行修
正。�
关键词：服装；空气温度；热感觉；皮肤温度；PMV�
中图分类号：TU83�15
Experiment research of the influence of clothing on human
thermal response
XIANG Mei1,2, LIU Hong1,2, LEI Dan-ni1,2
(1. Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment,Ministry of Education, 20
Chongqing University, ChongQing 400045;
2. Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing University,
ChongQing 400045)
Abstract: Clothing is an important factor affecting human thermal comfort. In order to study the
impact of the way of clothing regulatory on thermal response of human, a climate chamber was 25
used to create condition of three temperature levels from neutral environment to the cold, 3 typical
ways of dressing were selected for each temperature level (basic clothing and addition of clothing
with the same clothing insulation crossing the upper and under part of body), and to carry out the
human experiment of response of the way of dressing to thermal comfort. The results showed that
thermal comfort could be obviously improved by increasing clothing of the upper or under part of 30
body at 22 ℃; the weight of clothing insulation of upper part of body is larger than that of the
under part at16 ℃; and, the weight of clothing insulation of under part of body is larger than that
of the upper part at10 ℃. Results showed that there were some defect in the way of calculation of
direct superposition of single clothing insulation defined in the international standard in the
application of index evaluating thermal comfort (such as PMV), thus modifications should be 35
considered for different thermal environment.
Keywords: clothing; air temperature; thermal sensation; skin temperature; PMV
0 引言
服装被称作是人体的“第二层皮肤”，在人体与环境的热交换过程中既起热阻作用，又起40
导热作用，其导热作用是人体向周围环境散热或从周围环境得到热量的主要途径, 而热阻作
用则是阻碍这种热传导，热阻即服装的隔热性能，这是评估服装热性能的一个重要指标。
Fanger 教授利用人体热平衡模型提出了著名的 PMV 预测指标，其将服装热阻作为影响人体
热感觉的因素之一[1]。国内外虽不乏热环境中服装热阻对人体热舒适的影响研究，但其中大
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多数都是研究服装热阻值的测量方法及其与环境温度的关系，针对着装方式对人体热感觉影45
响的研究则少之又少：日本学者对静止时着装组合进行研究，提出冬夏季内外衣的最佳比例；
Joo-Young Lee[2]在中性偏冷环境中比较了两种着装方式下（S-type 和 L-type）人体的代谢率
和主观热反应；Donaldson 等人[3][4]将局部着装调节与人体生理调节体系（如高血压等心血
管疾病）联系起来进行研究；东华大学李俊[5] [6] [7]的研究指出身体的各部位在受到同样程度
的冷刺激后，其皮肤温度的最大变化量之间存在显著差异，分析主观感觉得出敏感秩位为：50
腰部、背部、胸部、大腿部、上肢部、小腿部；北京服装学院的王秀丽等[8]从热湿舒适性、
防热辐射性等性能出发，对森林防火服进行了研究；这些研究的共同点都旨在为人们合理地
着装提供依据，以满足热舒适要求，然而并未对着装方式进行较深入研究。
ISO7730、ASHRAE 55等 [9] [10]国际标准对单件服装热阻的确定都是针对整个人体表面积
的平均值（m2∙℃/W），对整套服装热阻的计算也是采用直接求和的方法，均未考虑配套服55
装中单件服装在人体表面的分布特点。事实上，实际着装条件下人体表面覆盖服装的热阻是
不均匀的。鉴于此，笔者在环境参数可进行严格控制的人工气候室开展人体热反应实验，采
用主观问卷调查和客观生理参数测试相结合的方法，研究着装方式对人体热反应的影响。
1 实验设计
实验环境与测试仪器 60
为了严格控制实验的环境参数，减少其他因素的干扰，本次实验在重庆大学的人工气候
室中进行，房间尺寸为 4m（长）×3m（宽）×3m（高）。该气候室的外环境为室内环境，
这种双重结构的设计可以有效地减小室外环境变化对气候室内部环境的干扰。室内物理环境
参数（包括空气温度、相对湿度、空气流速、辐射温度）的测试方法参照 ISO7726 标准[11]，
为了提高测试数据的精度和准确度，实验前对所用仪器进行调试和校核。 65
此次实验中，采用意大利 LSI 热舒适仪（图 1）对气候室内的热环境参数进行连续监测
和记录。采用铜康铜热电偶（连接安捷伦多通道数字采集仪）测试皮肤温度，电脑自动记录，
数据采集的时间间隔为 2min。皮肤温度采用 8 点测试法[12]，依次为额头、胸口、背部、上
臂、小臂、手背、大腿、小腿，平均皮肤温度则通过 8 点的局部皮肤温度进行加权平均求得。
70
图 1 实验仪器
Figure1 Instrument in the experiment
受试者 75
共有 20 名（男女各 10 名）志愿者参加本次实验，均为重庆大学在读大学生，身体健康
状况良好。每个受试者参加完所有实验工况，共计 180 人次。为保证实验数据的可靠性, 所
有受试者在参加实验前均具有良好的睡眠且未喝含有酒精的饮料。受试者的基本信息如表 1
所示。
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表 1 受试者基本信息 80
Table 1 Physical characteristics of the subjects
性别 男 女 总
人数 10 10 20
年龄 ± ± ±
身高(cm) ± ±7.
5
±
体重(kg) ± ± ±
实验工况
此次实验于 2011 年 10 月～12 月进行，选取 22℃/16℃/10℃三个温度水平，相对湿度控
制在 50%附近，环境风速为 3 种着装方式：一种为基本着装，另85
两种分别通过增加相同热阻值（）的上衣或裤子，如表 2 所示。
服装热阻值最好的测量方法是在实验室内使用“铜人”设备，但由于它的昂贵和复杂性，
在应用方面受到很大的限制。所以此次实验所用到的服装热阻值参考了 ISO 7730 标准中列
出的单件服装热阻，单件服装热阻之和即为整套服装热阻(见表 2)。
90
表 2 实验工况设计
Table2 Test conditions
温 度 着装方式 服装组合 热阻值（clo）
基本着装 长袖 T 恤，运动外套；运动长裤；棉袜，运动鞋
基本着装+上衣 长袖 T 恤，毛衣，运动外套；运动长裤；棉袜，运动鞋 22℃
基本着装+裤子 长袖 T 恤，运动外套；毛裤，运动长裤；棉袜，运动鞋
基本着装 秋衣，毛衣，运动外套；秋裤，运动长裤；棉袜，棉鞋
基本着装+上衣 秋衣，毛衣，毛衣，运动外套；秋裤，运动长裤；棉袜，棉鞋 16℃
基本着装+裤子 秋衣，毛衣，运动外套；秋裤，毛裤，运动长裤；棉袜，棉鞋
基本着装 秋衣，毛衣，羽绒服；秋裤，运动长裤；棉袜，棉鞋
基本着装+上衣 秋衣，毛衣，毛衣，羽绒服；秋裤，运动长裤；棉袜，棉鞋 10℃
基本着装+裤子 秋衣，毛衣，羽绒服；秋裤，毛裤，运动长裤；棉袜，棉鞋
实验步骤
本次实验共历时 100min。受试者首先根据自身身材选择合适尺码的受试服装，然后进95
入人工气候室静坐休息 30min，以减小因环境改变以及运动代谢对测试结果带来的影响，期
间实验人员向受试者讲解实验操作步骤及实验注意事项。后 70min 为正式试验测试时间，期
间，实验操作人员每 10 min 记录一次热环境参数，同时提醒受试者进行问卷投票。而皮肤
温度采用仪器，每 2min 自动记录一次。实验过程中，要求受试者处于静坐状态，可进行普
通阅读或交谈，新陈代谢率为 1met （1met= W/m2）。 100
问卷设计
进行热环境参数及皮肤温度测量的同时，还开展了热舒适问卷调查。问卷调查了受试者
的主观热感觉（局部和整体），热感觉标尺选用 ASHRAE 推荐的 7 级分度标尺[13]：-3 很冷；
-2 冷；-1 微凉；0 适中；1 微暖；2 热；3 很热。其中，局部热感觉的投票部位包括：头
部、胸口、背部、上臂、下臂、手、大腿、小腿。 105
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2 结果与分析
着装方式对人体皮肤温度的影响
人体皮肤血管的收缩或扩张会导致皮肤温度降低或升高，因此，皮肤温度是反映人体冷
热应激程度和人体与环境之间热交换状态的一个重要生理参数。以基本着装为基准值，计算
各温度水平下其他两种着装方式与基本着装之间的皮肤温度差值△TSK（局部和平均），不同110
温度水平、着装调节方式下，皮肤温度差值△TSK 随身体各部位的变化规律及其差异性分析
结果见图 2 和表 3。可以看出，22℃时，增加上衣后背部的皮肤温度上升程度最大且显著，
约上升 ℃；增加裤子使得腿部的皮肤温度明显上升，小腿部位上升程度最大且显著，约
上升 ℃。16℃时，增加上衣后背部、胸口、手臂以及手背等部位的皮肤温度显著性增大，
其中，背部的皮肤温度上升最明显，约上升 ℃；增加裤子使得腿部的皮肤温度显著上升，115
小腿部位上升最明显，约上升 ℃。10℃时，增加上衣后身体各部位的皮肤温度均无显著
性变化；增加裤子后腿部的皮肤温度显著上升，小腿部位上升最明显，约上升 ℃。可见，
同一环境温度下，人体着装方式不同，皮肤的暴露面积或者身体不同部位所覆盖的服装量也
不相同，导致身体各部位与外界环境的换热发生改变，反映在人体生理参数上即为局部皮肤
温度的不同。 120
（a）空气温度为 22℃
（b）空气温度为 16℃
125
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（c）空气温度为 10℃
图 2 各温度水平下增加上衣或裤子后局部和平均皮肤温度的变化差值
Figure2 Difference of skin temperature（local and mean）under different clothing
130
表 3 各工况下不同着装方式之间局部和平均皮肤温度的显著性差异检验水平（P 值）
Table3 Multiple comparison of skin temperature（under and mean）under different clothing
度 着装方式 额头 胸口 背部 上臂 小臂 手背 大腿 小腿 平均
加上衣 * 基本着装
加裤子 * 22℃
加上衣 加裤子 * *
加上衣 * * * * * * 基本着装
加裤子 * * * 16℃
加上衣 加裤子 * * * * * * *
加上衣 * 基本着装
加裤子 * * * 10℃
加上衣 加裤子 * *
注：*表示有显著性差异(p<)
从平均皮肤温度变化差值来看，22℃时，不管是增加上衣热阻或是裤子热阻均能提升人135
体的平均皮肤温度（均上升 ℃左右），但效果不显著，而且两种服装调节方式之间的平
均皮肤温度没有显著性差异，表明此温度水平下增加相同热阻值的上衣或裤子对平均皮肤温
度的影响权重一样。16℃时，不管是增加上衣热阻或是裤子热阻均能显著提升人体的平均皮
肤温度（分别上升约 ℃和 ℃），只是增加上衣热阻的效果更明显，表明此温度水平下
上身的服装热阻相对于下身在影响平均皮肤温度方面的权重更大。10℃时，增加衣服热阻或140
裤子热阻均能显著性提升人体的平均皮肤温度（分别上升约 ℃和 ℃），但不同的是，
该温度水平下，增加裤子热阻的效果更明显，这说明此温度水平下下身的服装热阻相对于上
身在影响平均皮肤温度方面具有更大的权重。可见，同一温度工况下，相同的服装热阻增加
至人体表面的不同部位会造成平均皮肤温度发生明显的变化，且不同环境温度下上身或下身
的服装热阻对平均皮肤温度的影响权重不同。 145
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图 3 不同温度水平下增加上衣或裤子后上身和下身皮肤温度的变化差值
Figure3 difference of skin temperature（local and mean）under different clothing
150
采用 8 点的局部皮肤温度进行加权平均，得到增加相同热阻值的上衣或裤子后，上身（额
头、胸口、背部、手臂、手背）和下身（大腿、小腿）皮肤温度变化差值△TSK 的分布情况
如图 3 所示。可以看到，22℃时，增加裤子使得下身的皮肤温度升高约 ℃，上身的皮肤
温度几乎没有变化；增加上衣后上身的皮肤温度上升约 ℃，下身的皮肤温度几乎没有变
化。但两种服装调节方式导致的平均皮肤温度变化差值是相同的，表明此温度水平下上身和155
下身的服装热阻在提升人体平均皮肤温度方面的程度是一致的。16℃时，增加裤子使得上身
和下身的皮肤温度均提高 ℃左右；增加上衣后上身的皮肤温度明显升高（约 ℃），下
身的皮肤温度几乎没有变化。两种服装调节方式之间的平均皮肤温度差值约为 ℃，表明
该温度水平下，相同的服装热阻值增加至上衣比增加至裤子更能明显提高人体平均皮肤温
度。10℃时，增加裤子使得上身和下身的皮肤温度分别提高约 ℃和 ℃；增加上衣后上160
身的皮肤温度提高约 ℃，而下身的皮肤温度几乎没有变化。两种服装调节方式之间的平
均皮肤温度差值约为 ℃，表明该温度水平下，相同的服装热阻值增加至裤子比增加至上
衣更能明显提高人体平均皮肤温度。
着装方式对热感觉的影响
以基本着装为基准值，计算各温度水平下其他两种着装方式与基本着装之间的热感觉投165
票差值△TSV（局部和整体），不同温度水平、着装调节方式下，热感觉投票差值△TSV 随
各身体部位的变化规律及其差异性分析结果见图 4 和表 4。可以看出，22℃时，增加上衣后
背部的热感觉上升程度最大且最显著，约上升 个单位，原因在于躯干是人体产热中心，
增加该部位的热阻值，阻碍人体热量的散发，皮肤温度上升，导致热感觉的增大；增加裤子
后腿部的热感觉显著上升，小腿部位上升最明显，约上升 个单位，这是因为增加裤子热170
阻，有效改善腿部的保温效果，使得该部位的皮肤温度显著性上升，导致热感觉的增大。16
℃时，增加上衣后背部、胸口、手臂以及手背等部位的热感觉显著性增大，其中，背部的热
感觉上升最明显，约上升 个单位；增加裤子后腿部的热感觉显著上升，小腿部位上升最
明显，约上升 个单位。10℃时，增加上衣后各身体部位的热感觉投票值在～ 范
围内，均无显著性变化，表明此温度水平下增加上身热阻对提高人体局部热感觉的作用不大，175
原因在于环境温度太低，上衣着装已达到调节极限，仅仅依靠增加上身的服装热阻值已经不
能提高人体热感觉；增加裤子后腿部的热感觉显著上升，大腿部位上升最明显，约上升
个单位，躯干和上肢的热感觉投票值在 0～ 范围内且均无显著性差异，统计结果表明此
温度水平下下身的服装热阻值相对于上身在提高人体腿部热感觉方面的效果更显著。可见，
各环境温度下，即使是在整套服装热阻值大小相等的情况下，由于服装在人体表面的分布位180
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置不同，造成各身体部位的热感觉投票之间明显的差异。
（a）空气温度为 22℃
185
（b）空气温度为 16℃
（c）空气温度为 10℃
图 4 不同温度水平下增加上衣或裤子后局部和整体热感觉的变化差值
Figure4 difference of thermal sensation vote（local and overall）under different clothing 190
从整体热感觉变化差值来看，各温度水平下，不管是增加上衣热阻或是裤子热阻，均能
明显地提升人体的整体热感觉，但相同环境温度下，同样的热阻值增加至上衣或裤子引起的
整体热感觉变化差值却不同。舒适环境（22℃）下，增加相同热阻值的上衣或裤子均能显著
提升人体热感觉，TSV 均提高 ，并且两种服装调节方式之间的差异性不显著，表明此温195
度水平下增加上身或下身的服装热阻对人体热感觉的影响权重一样。偏凉环境 (16℃) 下，
增加上身的服装热阻后，人体的热感觉有一个较大的改善，TSV 提高了 ；而增加下身的
服装热阻对人体热感觉的改善作用不大，TSV 仅提高了 ，并且两种服装调节方式之间的
差异性显著，表明此温度水平下上身的服装热阻相对于下身在影响人体热感觉方面的权重更
大。与偏凉环境不同的是，在冷环境（10℃）条件下，增加上身的服装热阻对人体热感觉的200
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改善作用较小，TSV 仅提高了 ；而增加下身的服装热阻后，人体的热感觉却有较大的改
善，TSV 提高了 ，并且两种服装调节方式之间的差异性显著，表明此温度水平下下身的
服装热阻相对于上身在影响热感觉方面则具有更大的权重。
以上结果说明国际标准规定的单件服装热阻直接叠加的计算方法比较适合舒适环境（22
℃），但在其他环境条件（16℃和 10℃）下却不太合适，可以考虑在不同热环境中对服装205
热阻的计算方法进行修正。
表 4 各工况下不同着装方式之间局部和整体热感觉的显著性差异检验水平（P 值）
Table4 Multiple comparison of thermal sensation vote（local and overall）under different clothing
温度 着装方式 额头 胸口 背部 上臂 小臂 手背 大腿 小腿 整体
加上衣 * * 基本着装
加裤子 * * * 22℃
加上衣 加裤子 * * * * *
加上衣 * * * * * 基本着装
加裤子 * * 16℃
加上衣 加裤子 * * * * * * *
加上衣 基本着装
加裤子 * * * 10℃
加上衣 加裤子 * * *
注：*表示有显著性差异(p<) 210
3 讨论
PMV 指标是迄今为止最全面、应用最广泛的室内热环境评价指标，其综合考虑了 4 个
热环境参数（空气温度、相对湿度、风速、平均辐射温度）和 2 个人体参数（服装热阻、代
谢率）。丹麦 Fanger 教授收集了 1396 名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料[14]，得出 PMV215
指标的计算式，从理论上讲，当其他环境参数不变时，同样热阻值的服装覆盖于不同的身体
部位时所预测的热感觉应没有差异。然而，根据不同温度水平、着装方式下，PMV 预测值
与对应的 TSV投票值之间的差值分析结果（见表 5）来看，不同环境温度下，即使服装具备
同样的热阻值，其调节部位的差异仍然会引起热感觉的显著变化，该结果表明服装是影响
PMV指标的一个不可忽视的因素，而且 PMV指标在预测人体热感觉时所用的单件服装热阻220
直接叠加的计算方法存在一定缺陷。这是因为任何单件衣服对配套服装热阻的贡献取决于它
所加的位置以及它所覆盖的表面积的大小。所以单件衣服对服装总热阻的增加值不是一个常
数，尽管它本身的热阻是不变的。并且配套服装的基本热阻通常要比单件衣服基本热阻的总
和要小，原因有三方面：1）服装热阻在身体表面是不均匀分布的；2）单件衣服叠加可能使
某些部位的织物相互挤压；3）单件衣服叠加会增加散热的表面积。 225
目前，有关服装热阻测试方法的国际标准有 ISO 15831、ASTMF1291、ASTMF1720、
EN 342[15] [16] [17] [18]。虽然这些标准测试服装热阻的基本原理大致相同，但是其使用的暖体假
人大小、测试条件、计算热阻的方法以及对测试结果的表述方式有所不同，应用起来具有一
定的局限性。因此本文建议今后计算服装热阻时，不仅要考虑服装的材质及其在人体表面的
分布状态，还应该考虑皮肤温度、环境温度及空气流速等参数对服装热阻的影响，提出一个230
具体且可行的服装热阻计算公式。
235
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表 5 各工况下不同服装调节方式下 PMV 与 TSV 的差值
Table5 difference between PMV and TSV under different clothing
度 调节方式 热阻值（clo） △=PMV-TSV
加上衣
加裤子
加上衣
加裤子
加上衣
22℃
16℃
10℃ 加裤子
4 结论
本文在人工气候室进行人体热反应实验，考察着装方式对人体主观热反应和生理反应的240
影响，主要结论总结如下：
1) 22℃时，增加上身或下身的服装热阻均未能显著提高人体的平均皮肤温度，但能显
著改善人体热感觉，并且两种着装方式之间的差异性不显著。
2) 16℃时，增加上身或下身的服装热阻均能显著提高人体的平均皮肤温度，并且两种
着装方式之间的差异性不显著；而上身的服装热阻相对于下身在影响热感觉方面的245
权重较大且两者之间的差异性显著。
3) 10℃时，增加上身或下身的服装热阻均能显著提高人体的平均皮肤温度，并且两种
着装方式之间的差异性不显著；而下身的服装热阻相对于上身在影响热感觉方面的
权重更大且两者之间的差异性显著。
4) 国际标准规定的服装热阻计算方法比较适合舒适环境（22℃），但在其他环境条件250
（16℃和 10℃）下却不太合适，建议今后计算服装热阻值时，不仅要考虑服装的
材质及其在人体表面的分布状态，还应该考虑皮肤温度、环境温度及空气流速等参
数对服装热阻值的影响。
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