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文檔簡介
高原高寒睡袋的設(shè)計與試驗
1高原寒冷睡眠袋的實際需求1.1高原復(fù)離子生物學(xué)在高原的分布有兩種情況。換句話說,高緯度和高海拔。在我國,高緯度例如東北以及新疆北部,高海拔例如青藏高原,冬日氣溫多在-30℃以下,晝夜溫差大,常年有風(fēng)。特別是青藏高原,緯度雖不太高,但平均海拔處在3,000m以上,晝夜溫差達(dá)到20~30℃,并且下有凍土,上有寒風(fēng),含氧量僅為平原的一半甚或更低,在高原徒步行走和平原負(fù)重50kg行走所消耗的體力相當(dāng)。因此睡袋的設(shè)計要考慮到足夠的保暖量和防風(fēng)因素之外,還要考慮到自身重量和使用便捷等因素。1.2材料選擇與使用要求功能性與實用性的要求是軍需產(chǎn)品的立身之本。對功能性的要求在很大程度上已決定了產(chǎn)品的內(nèi)、外在形式。寒區(qū)睡袋的設(shè)計是功能決定樣式的最好體現(xiàn)。在款式設(shè)計上,出于保暖需要(保暖是第一位的,在此種前提下,再考慮如何創(chuàng)造更為合理的生存方式,給使用者帶來最高的效率、最大的方便、最優(yōu)異的舒適性的問題。),需要盡量包體的設(shè)計,并且為了達(dá)到最大的保暖效果,最好采用側(cè)開拉鏈,保證前胸軀干部位的保暖量。但出于作戰(zhàn)及處突需要,迅速脫卸又是軍品必須考慮的因素;在顏色選擇上,隱蔽色與救生色需要兼顧;在使用上,要求攜行及使用方便、快捷,并且作為公用物資,還要考慮衛(wèi)生及耐洗滌功能。因此采用哪種制式,必須綜合考慮以上因素。1.3確定睡眠袋使用溫度睡袋保暖量大小的確定取決于使用環(huán)境,尤其是溫度條件。通常戶外運動使用的睡袋都會標(biāo)注舒適溫度和極限溫度,方便使用者選擇。但是如何確定睡袋的使用溫度,或者說,在某個溫度下應(yīng)該選擇具有何種程度保暖性能的睡袋呢?目前在國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同國家和地區(qū)測試及標(biāo)注方法也差異較大。睡袋上標(biāo)注的舒適溫度來源于商業(yè)慣例和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。比較通用的做法是:根據(jù)應(yīng)用要求,經(jīng)過理論計算得出需要的保暖性能,在計算值的基礎(chǔ)上留出一定余量進(jìn)行睡袋設(shè)計,通過暖體假人測試驗證保暖性能和適用溫度,條件允許時進(jìn)行真人低溫艙測試或?qū)嵉販y試。208高原寒冷睡眠袋的研究和設(shè)計2.1用于人體呼吸的睡眠袋經(jīng)過考證,無論是戶外運動使用的低溫睡袋,還是國外高山部隊使用的睡袋,基本上都采用木乃伊型款式,即肩部寬,向腳部逐漸收窄。這是為了減少人體和睡袋之間的間隙,減少睡袋中的流動空氣,降低人體熱量損失。在該種款式設(shè)計基礎(chǔ)上,睡袋設(shè)計應(yīng)符合使用者體型需要,特別要避免睡袋尺寸過大。這是因為睡袋的舒適性和保暖性是一對矛盾,睡袋尺寸大,使用者受到的拘束小,感覺比較舒適,但睡袋內(nèi)流動空氣量增多,很不利于保暖,而低溫睡袋的首要功能在于保暖,因此設(shè)計上要求盡量減小內(nèi)部空間。2.2有效選用臥袋長度和體型調(diào)查國外軍用寒區(qū)睡袋的尺寸,歐美國家睡袋長度多在215~230cm之間,肩胸部尺寸在85cm以上,與國內(nèi)民用睡袋尺寸進(jìn)行比較,此種尺寸在國內(nèi)屬大號睡袋;我們初次試驗用睡袋長度為215cm,而經(jīng)過實地測試發(fā)現(xiàn),相對于西方人體而言,我方受試者的體型偏小,特別是在青藏高原地區(qū),兵員多為四川、江西、湖南、湖北、浙江籍貫,大多數(shù)身高在170cm上下,所以睡袋和體型之間不匹配。通常剛開始使用睡袋的人會覺得木乃伊型睡袋空間小,但從測試反饋看,受試者普遍覺得睡袋尺寸足夠大甚至感覺太大,這也說明了睡袋空間相對受試者偏大,綜合以上因素,調(diào)整后的睡袋尺寸確定為210cm(長)×78cm(寬)。2.3顏色顯示面料圖案沿用武警寒區(qū)數(shù)碼迷彩。既有很好的隱蔽作用,又比較耐臟,同時在里層考慮使用救援色,以備在特殊情況下方便營救。2.4材料篩選2.4.1材料單位面積質(zhì)量此次使用的睡袋的保暖量設(shè)計首先根據(jù)ISO11079《冷環(huán)境的評估-所需服裝隔熱值的判定》和設(shè)計使用溫度(-25℃)進(jìn)行計算得出結(jié)論:需要使用的保暖材料單位面積質(zhì)量為450g/m2左右。根據(jù)相關(guān)國外標(biāo)準(zhǔn),保暖量設(shè)計未考慮風(fēng)冷效應(yīng)的影響。最終選定保暖材料質(zhì)量為400g/m2和500g/m2兩種規(guī)格的睡袋進(jìn)行戶外測試。2.4.2透氣性和透濕量為了達(dá)到有效的防風(fēng)、拒水、透濕的效果,應(yīng)選擇防風(fēng)透濕性較好的面料,考慮到成本因素,面料選擇兩種,以透氣性和透濕量作為評價指標(biāo)。睡袋上部面料采用目前市場上較為先進(jìn)的PTFE覆膜技術(shù),保證其透濕量在10000g/㎡·d以上,睡袋下部面料采用TPU涂層技術(shù),使其透濕量達(dá)到5000g/㎡·d,都以230T滌絲紡作為基布,在經(jīng)緯向強(qiáng)力得到保證的情況下,增強(qiáng)柔軟度,以達(dá)到比較舒適的效果。2.4.3解決滌長絲的問題里料需具備以下幾個功能:·防鉆絨:這就對里料經(jīng)緯向密度提出了要求,經(jīng)過對比測試,選用230T以上的滌長絲可以解決這一問題?!し门?對里料230T滌長絲材料表面進(jìn)行拉絨處理,得到較為柔軟的手感效果?!つ湍タ构?作為長期使用的公用物資,應(yīng)當(dāng)考慮里料的結(jié)實程度。·衛(wèi)生性:抗霉抗菌效果。·防靜電設(shè)計:高原氣候干燥,容易產(chǎn)生靜電,在里料中加入抗靜電絲可以有效地解決這一問題。308分析了武陵高原寒冷睡眠袋的性能和小型現(xiàn)場保暖試驗3.108.高原寒冷睡眠袋的性能分析3.1.1人體熱損失的主要途徑人體睡眠時要達(dá)到熱舒適,即人體感覺不太冷也不太熱,需要達(dá)到人體的熱平衡。熱平衡指的是人體產(chǎn)生的熱量等于或稍大于人體損失的熱量。人體產(chǎn)生熱量靠自身的新陳代謝,人體損失熱量的途徑包括傳導(dǎo)、對流、輻射和呼吸作用?!鲗?dǎo):人體熱量向地面的傳導(dǎo)是主要的熱量散失因素。睡袋雖然可以改善一些,但是睡袋和地面之間的睡墊更為重要,選擇隔熱系數(shù)高的的睡墊可以減少向地面的熱傳導(dǎo)。·對流:這是睡袋散失熱量的主要因素,可以采用優(yōu)質(zhì)的保暖材料來保留更多的靜止空氣在人體周圍,同時使用防風(fēng)透汽面料防止風(fēng)造成的強(qiáng)制對流?!ぽ椛?僅占人體散失熱量的很少部分?!ず粑?在寒冷環(huán)境下,通過呼吸散發(fā)出的熱量也非常多。3.1.2野外宿營的防風(fēng)效果在影響人體熱量損失的因素中,除了環(huán)境溫度外,最重要的是風(fēng)速。風(fēng)使得睡袋表面空氣以及睡袋保暖層內(nèi)空氣產(chǎn)生強(qiáng)制對流,大大增強(qiáng)了空氣對流導(dǎo)致的熱量散失,形成所謂的“風(fēng)冷效應(yīng)”。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11079《冷環(huán)境的評估-所需服裝隔熱值的判定》,當(dāng)氣溫為-10℃,風(fēng)力為3級時,人體實際感受到的溫度相當(dāng)于-18℃。正是因為風(fēng)寒效應(yīng)的影響顯著,野外宿營時的防風(fēng)措施非常重要。首先,要求帳篷或宿營車的防風(fēng)效果好;其次,要求睡袋面料有良好的防風(fēng)作用;第三,要求睡袋做防風(fēng)設(shè)計,如增加拉鏈風(fēng)擋,胸領(lǐng),肩部和頭部拉繩等。睡墊是隔絕人體和地面之間熱傳導(dǎo)的重要裝備。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13537《睡袋要求》中,給出的標(biāo)準(zhǔn)測試參數(shù)是睡墊clo值在5.5左右。同等材質(zhì)的睡墊越厚則隔熱效果越好,經(jīng)過實地測試,使用的厚度為8mm睡墊為溫區(qū)配發(fā)品種,偏薄,厚度應(yīng)控制在10mm為宜。3.1.3睡眠排汗方式為什么把透濕量作為睡袋材料一個重要的標(biāo)準(zhǔn)考慮呢?這是因為:人體在一次8h睡眠過程中排汗量約200~300ml。人體排汗分為顯汗(液體汗)和潛汗(汽體汗),在低溫下睡眠時主要以潛汗形式排汗。當(dāng)睡袋面料透濕性能不足的時候,潛汗積聚后冷凝成液態(tài),使睡袋變得潮濕,會明顯降低保暖性能。3.208.高原寒冷睡眠袋的小現(xiàn)場保暖試驗3.2.1對受試人群的影響睡袋或睡袋系統(tǒng)(包括睡袋、睡墊,帳篷)的使用不同于防寒服裝,也不同于正常睡眠時使用的被褥,其實際使用效果很大程度上取決于使用者的使用方法。富有經(jīng)驗和受過相關(guān)訓(xùn)練的人員在使用同樣一款睡袋時,相比沒有經(jīng)驗的普通人,能抵御更低的溫度,或者在同樣溫度下能達(dá)到更長的舒適睡眠時間。此次的試驗反饋表明,受試人員基本上沒有使用睡袋的經(jīng)驗。他們還是從使用被褥的習(xí)慣出發(fā)來使用睡袋,例如:有的將頭部甚至是軀干部位暴露,有的因為感覺不舒服將襪子脫掉。這些不正確的使用影響了睡袋保暖效果。因此試驗時的現(xiàn)場使用培訓(xùn)是十分重要的。培訓(xùn)應(yīng)從以下幾點著手。3.2.1.外巖器的使用包括帳篷的正確使用、睡墊的正確使用、睡袋的正確使用(充分蓬松,睡袋放置方向)、外衣物的合理放置(作頭腳部位填充,例如腳部的充填及包裹取暖)等;3.2.1.2.根據(jù)季節(jié)穿的衣服確,例如夏季秋衣秋褲,春秋、冬季絨衣絨褲,需要強(qiáng)調(diào)的是頭腳部位的保暖非常重要。3.2.1.3睡眠姿勢提倡抱臂蜷縮,弓形側(cè)睡,盡量避免仰睡,不允許俯睡。3.2.2試驗結(jié)果及分析為了全面檢驗高原睡袋的使用效果,2008年4月下旬項目組在西藏那曲組織參加試驗人員,模擬野外睡眠條件,連續(xù)兩天對睡袋進(jìn)行了實地8h睡眠試驗,并與受試人員進(jìn)行座談,通過試驗和現(xiàn)場問卷調(diào)查等方式,準(zhǔn)確掌握高原地區(qū)自然環(huán)境條件狀況,從款式設(shè)計、保暖量的設(shè)置、材料等全方面檢驗高原睡具的使用效果,考察保暖量是否合適,樣式結(jié)構(gòu)及主、輔材料性能是否科學(xué)合理,為產(chǎn)品定型、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定以及下一步的被裝生產(chǎn)提供依據(jù)。測試相關(guān)信息如下:·測試環(huán)境:海拔4,680米,夜間最低氣溫-11℃,最大風(fēng)力3級?!y試時間:2008年4月21日至22日晚上24點至凌晨6點?!に?面料為210TPU涂層滌絲紡,保暖材料為3M新雪麗中空纖維棉,有400g/m2和500g/m2兩種質(zhì)量?!ぽo助裝備:8mm厚防潮墊,下墊木板;有些用單帳篷,但防風(fēng)效果不好;21日受試人員測試時著絨衣褲和襯衣褲,22日受試人員測試時著襯衣褲;測試時穿07冬襪?!な茉嚾藛T:30名,男性,年齡在18~23歲之間?!y試結(jié)果:表1~表4現(xiàn)場受試者使用400g/m2睡袋、500g/m2睡袋腳趾部位和前胸部位體表溫度變化情況。結(jié)果表明,受試人員使用400g/m2的睡袋后半夜偏冷,使用500g/m2的前半夜熱,后半夜冷。4睡眠袋設(shè)計與實際應(yīng)用的影響因素分析通過分析測試記錄,我們認(rèn)為后2~4小時熱舒適性不足,存在以下幾個影響因素。4.1氣候和地理條件4.1.1環(huán)境高差測試根據(jù)測試記錄,測試開始時氣溫為2℃,結(jié)束時為-11.2℃,整個測試過程環(huán)境溫差達(dá)到13℃。后半夜溫度明顯下降,而且人體新陳代謝在后半夜減慢,產(chǎn)熱能力下降,從而熱平衡被打破,造成寒冷的人體感受。4.1.2空氣含量測試在海拔4,000m以上地區(qū),氧氣含量僅為海平面氧氣含量的50~60%。測試地點海拔高達(dá)4,680m,氧氣含量僅為平原地區(qū)的40%左右。在這樣的高海拔條件和缺氧環(huán)境下,人體消耗的能量增加,而新陳代謝水平下降(新陳代謝是耗氧并提供人體熱量的過程)。4.2影響睡眠袋內(nèi)的殘余熱量4月中旬的測試結(jié)果表明,如果使用常規(guī)PU涂層面料,透濕量在4000g/㎡·d以下時,睡袋的透濕就要受到比較明顯的影響,使用質(zhì)量為500g/m2的睡袋時觀察到睡袋內(nèi)濕氣相當(dāng)大,由于其保暖量遠(yuǎn)大于所需值,所以剩余熱量的散發(fā)尤為重要。如果睡袋面料的透濕性能較差的話,因熱量過剩引起前半夜出汗,是導(dǎo)致后半夜形成濕冷時熱舒適不足的原因之一。4.3在適應(yīng)期和適應(yīng)期內(nèi),普遍處于“氣候”的適應(yīng)期,抗寒性有待加強(qiáng)此次參與測試人員大多數(shù)來自四川、浙江、江蘇等南方地區(qū),且大多數(shù)入伍時間只有幾個月,在生理和心理上還處于對高原高寒環(huán)境的適應(yīng)期,抗寒能力有待加強(qiáng)。5輔助產(chǎn)品的使用通常,使用睡袋野外宿營時人體睡眠熱舒適性取決于以下幾個因素:人體新陳代謝水平,包括年齡、性別、體質(zhì)、健康狀況等個體差異;睡袋的保暖性能,包括使用的保暖材料的保暖性能,面料是否防風(fēng)
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