本帖最后由 飞鹰 于 2013-7-28 23:06 编辑
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:
根据堪萨斯州立大学织品实验室指出三个会造成ASTM F1720法在测量上产生误差的主要原因包括:
⑴操作的错误。
(2)使用仪器的不同。
⑶睡袋样本的构造和材质。
虽然堪萨斯州立大学织品实验室强调建立起实验室标准操作规范可以减少实验中变量的发生,但是在睡袋样本这项的变量却往往提高了测试结果的不确定性,最终让ASTM F1720法的测量更困难而且更昂贵。
织品实验室人员提到,即使样品只有5%的误差也会造成测试结果产生明显不同。举例来说,在5%的误差下,一颗保暖值7clo的睡袋实际上可能是位在6.7至7.4clo这个范围区间。而再把clo直换算为适温后,这颗睡袋的适温误差会是在12-19度F间,其中那个数字才是正确的?或是品牌商会标示在产品上的会是那一个适温数字?虽然品牌商不会误报在统计学上误差范围外的数字,但是他们标示的数字可能会选择在误差范围内对他们最有利的。
④改进方法:
⑴制做商是有可能提供一条填充量较多的睡袋做为测试样品以得到比较好的适温测试结果,所以针对目前只以一个样品做三次测试,厂商应该改为至少以三个同款样品进行测试并公布在误差范围内得到的结果。至于更进一步的样品改善方式应该是不再由品牌商直接提供样本,而是让独立的第三方检测机构在商场随机抽出三个样本来做测试会更好。
⑵厂商应该公布三个样品在统计学上的温标误差范围,例来说就是一个睡袋的温标上应为12/19度F如此比较适当。
⑤附注:
很多品牌商不明白,用一个样品来进行三次测试所得到的结果绝不能指出温标中的差异性和错误,事实上,它只能测量出适温实验方法中的变量,而这变量反映在温标中对消费者来说几乎是无意义的。
一些ASTM F1720标准委员会的成员希望把睡袋温标改为睡袋保暖效能,举例来说以clo/kg.clo/cm或保暖/重量.保暖/膨胀高度做为标示,如此一来可以让消费者选购时有更明确的资料可以参考。很不幸的,在中国,很多品牌商不愿提供更多的信息是因为他们自己也不知道,或者他们认为消费者是笨的、不懂的,所以不愿意提供这些信息让消费者比较和参考。 以至现在我们的消费者在选择睡袋时,只能人云亦云,去听别人的使用经验,却忽略了不同人的个体差异在同一条睡袋使用时的差别。
*所谓完全膨胀是指要把睡袋完全摊开24小时后再进行测试。
*目前已经有一些国外厂商开始以clo值的方法做为保暖度标示。
2.G08-013 1994:
这个法国标准是欧洲假人测试的原型,同时也是第一个定义舒适和极限温度的热阻适温模型,同时也是第一个区分新手和老手不同温标的测试。
Comfort temperature:一个新手不会觉得不舒适,甚至不会有局部觉得冷。
Limit of comfort temperature:一个老手不会觉得热或冷,而一位新手可能会觉得有些不舒适。
Extreme temperature:老手会觉得冷,而没有经过考验的受测者有在睡眠后段的数小时则有失温的危险。
G08-013和美国的ASTM F1720法很相似,不同的是法国的测试假人有穿着长袖内衣裤和袜子并且躺在一个睡垫上。至于G08-013的热阻与适温换算模型则和EN13537相似,但适温值比起EN13537低上大约5度C。
Thelma(SINTEF)假人测试:
1.测试方法:
这个测试的重要性在于它是第一个被北欧市场广泛接受的假人测试。它在低舒适性的计算与ISO11076低温环境评估相同。
SINTEF测试方法是一个裸体(没有穿着任何服饰)的假人被放入测试样本的睡袋中,睡袋下则是一个1公分厚的睡垫,而整个睡眠系统则是位在实验室中一张只有金属骨架的行军床上。
假人被加热到表面能保持稳定的34度C,当所有的读数都达到稳定时,把三十分钟内身体二十个部份所需的保持表面温度的加热能量进行取样,最后这个取样的平均值被舒适模型换算为不同的睡袋的适温值。
2.SINTEF真人与假人测试的结果与比较:
1997年SINTEF在实验室中也进行了一连串的真人实验,这是为了对根据ISO11079所建立的舒适模型进行评估。
他们选择7条不同保暖值的睡袋做为评估依据,第一步是以假人对这7条睡袋在实验室中测试出其保暖值。接下来的真人测试是以6位男性(年龄为28.2岁正负7.8岁)以及6位女性(24岁正负2.4岁)来进行。受测者在实验室中使用不同的睡袋过夜,身上仅穿着最少的衣着(内衣)。在负15度C以上的实验环境中,受试者使用的是1cm厚的睡垫,但在负15度C以下时,睡垫会多加一层(厚度最多0.5cm),而受测者头上也会多戴上保暖帽。
在测试期间,受测者的核心与体表温度持续被监测着,当测试结束,他们则会被询问一连串的问题以测量受测者对于保暖度的实际感受。 如果当所有受测者都因为太冷而睡不着时,这次的试验就宣告放弃,接下来会以同一个睡袋但较高的环境设定温度再进行一次,这样的测试会持续进行直到睡袋的适温限度被建立起来。
最后再把七条睡袋由温标模型换算出的适温值对应上真人测试的平均适温值后发现,两者在95%的信心水平下,-15度C以上的差距约在正负1度C,但在更低的温度(-15度C)下二者的差距则会加大一些。但是要注意的是在男性和女性受测者间可以发现有明显差距的存在,这也代表着女性使用者部份应该要有分开的测试。
各种睡袋保暖测试方法基本设定的不同----实验室环境设定、睡眠系统、以及假人设定(热输出量、衣着)等等固然造成保暖值结果的差异。不过各测试由保暖值换算为温标的舒适模型不同,更让保暖值产生高低不一的温标,这种状况往往更让消费者无所适从。那接下来我们是不是要思考应该有一个统一的标准来测量温标呢?
下面我们看到的EN13537标准测试条件,以及EN13537对于温标的官方解释,这是个现在广泛被欧美所采用的标准。
EN13537测试条件
测试条件:标准大气相对湿度64%
温度(20.0 ± 0.5)℃
暖体假人:KAREL -5检查点
面积:1.85平方米
假人身高:175厘米
假人重量:48公斤
温度检查点:33℃
在测量假人的位置:卧位
空气流量:≤0.35 m.s - 1
标本数测试:对同一样品的3倍,24小时后
人工接地:刚性支持与RCT = 0,85 m2.KW - 1
连衣裙: - 保温RCT = 0051 m2.KW - 1
袜子 - 保温RCT = 0058 m2.K.W - 1
空调:相对湿度(65,0 ± 4,0)%,温度(20.0 ± 2,0)℃
假人及其穿着标准都是根据EN 13537.
1.测试假人穿 夹克+裤子,其材质的保暖度 Rct = 0,049 m² K/W ± 10%; 还有一及膝长袜,其材质的保暖度 Rct = 0,054 m² K/W ± 10%;
2.测试场地为:12mm厚的木板 (55*185cm);上加一垫子,其保暖度0,85
m²K/W ± 7%.
木板下也会垫点支撑物以确保木板下的空气可流通.
EN13537睡袋温标检测标准解释
MAXIMUM(最高温标):高温的舒适范围上限为,在标准的测试环境下对标准的健康男性进行测算,在睡觉时身体部分没有盖住睡袋,且不会出太多的汗。
COMFORT(舒适温度):在标准的测试环境下对处于放松状态的标准健康女性进行测算,不会感到寒冷(全身发抖),而且整晚保持身体舒适感。
LIMIT(限定温度):在标准的测试环境下对蜷缩在睡袋里的标准健康男性进行测算,身体没有发抖,而且整晚能保持身体舒适感。
EXTREME(极限低温):在标准的测试环境下对标准的健康女性进行测算,受到严寒天气的侵袭(全身发抖)。此时存在体温过低、甚至死亡的威胁。极限温度属于理论范围,仅被视为难以达到的危险临界点。
最后,EN13537附加说明:许多影响睡眠质量的因素并没用包含在EN 13537内,诸如大风侵袭、湿气、睡垫厚度、着装量等外部因素都会影响睡眠舒适度。还有饥饿、疲劳、环境适应能力等个人因素也对睡眠质量产生重大影响。另一个重要因素就是局部不适;醒来时觉得脸上冰凉是因为睡帽敞开,或是因为双脚露在睡垫以为的冰冷地面是常见的局部不适现象,都是会影响夜间睡眠质量。