高原高寒睡袋的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

高原高寒睡袋的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

1高原寒冷睡眠袋的實(shí)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(huà)說(shuō)，高緯度和高海拔。在我國(guó),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?jī)H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(jì)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(shí)用性的要求是軍需產(chǎn)品的立身之本。對(duì)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(jì)是功能決定樣式的最好體現(xiàn)。在款式設(shè)計(jì)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(lái)最高的效率、最大的方便、最優(yōu)異的舒適性的問(wèn)題。),需要盡量包體的設(shè)計(jì),并且為了達(dá)到最大的保暖效果,最好采用側(cè)開(kāi)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(hù)外運(yùn)動(dòng)使用的睡袋都會(huì)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(shuō),在某個(gè)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(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同國(guó)家和地區(qū)測(cè)試及標(biāo)注方法也差異較大。睡袋上標(biāo)注的舒適溫度來(lái)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(guò)理論計(jì)算得出需要的保暖性能,在計(jì)算值的基礎(chǔ)上留出一定余量進(jìn)行睡袋設(shè)計(jì),通過(guò)暖體假人測(cè)試驗(yàn)證保暖性能和適用溫度,條件允許時(shí)進(jìn)行真人低溫艙測(cè)試或?qū)嵉販y(cè)試。208高原寒冷睡眠袋的研究和設(shè)計(jì)2.1用于人體呼吸的睡眠袋經(jīng)過(guò)考證,無(wú)論是戶(hù)外運(yùn)動(dòng)使用的低溫睡袋,還是國(guó)外高山部隊(duì)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(dòng)空氣,降低人體熱量損失。在該種款式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,睡袋設(shè)計(jì)應(yīng)符合使用者體型需要,特別要避免睡袋尺寸過(guò)大。這是因?yàn)樗氖孢m性和保暖性是一對(duì)矛盾,睡袋尺寸大,使用者受到的拘束小,感覺(jué)比較舒適,但睡袋內(nèi)流動(dòng)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(jì)上要求盡量減小內(nèi)部空間。2.2有效選用臥袋長(zhǎng)度和體型調(diào)查國(guó)外軍用寒區(qū)睡袋的尺寸,歐美國(guó)家睡袋長(zhǎng)度多在215～230cm之間,肩胸部尺寸在85cm以上,與國(guó)內(nèi)民用睡袋尺寸進(jìn)行比較,此種尺寸在國(guó)內(nèi)屬大號(hào)睡袋;我們初次試驗(yàn)用睡袋長(zhǎng)度為215cm,而經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn),相對(duì)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(kāi)始使用睡袋的人會(huì)覺(jué)得木乃伊型睡袋空間小,但從測(cè)試反饋看,受試者普遍覺(jué)得睡袋尺寸足夠大甚至感覺(jué)太大,這也說(shuō)明了睡袋空間相對(duì)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(zhǎng))×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(shí)在里層考慮使用救援色,以備在特殊情況下方便營(yíng)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(jì)首先根據(jù)ISO11079《冷環(huán)境的評(píng)估-所需服裝隔熱值的判定》和設(shè)計(jì)使用溫度(-25℃)進(jìn)行計(jì)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(guó)外標(biāo)準(zhǔn),保暖量設(shè)計(jì)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(hù)外測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)。睡袋上部面料采用目前市場(chǎng)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(zhǎng)絲的問(wèn)題里料需具備以下幾個(gè)功能:·防鉆絨:這就對(duì)里料經(jīng)緯向密度提出了要求,經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試,選用230T以上的滌長(zhǎng)絲可以解決這一問(wèn)題?！し门?對(duì)里料230T滌長(zhǎng)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(zhǎng)期使用的公用物資,應(yīng)當(dāng)考慮里料的結(jié)實(shí)程度。·衛(wèi)生性:抗霉抗菌效果?！し漓o電設(shè)計(jì):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(wèn)題。308分析了武陵高原寒冷睡眠袋的性能和小型現(xiàn)場(chǎng)保暖試驗(yàn)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(shí)要達(dá)到熱舒適,即人體感覺(jué)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(duì)流、輻射和呼吸作用。·傳導(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)?！?duì)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(lái)保留更多的靜止空氣在人體周?chē)?同時(shí)使用防風(fēng)透汽面料防止風(fēng)造成的強(qiáng)制對(duì)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(guò)呼吸散發(fā)出的熱量也非常多。3.1.2野外宿營(yíng)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(duì)流,大大增強(qiáng)了空氣對(duì)流導(dǎo)致的熱量散失,形成所謂的“風(fēng)冷效應(yīng)”。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11079《冷環(huán)境的評(píng)估-所需服裝隔熱值的判定》,當(dāng)氣溫為-10℃,風(fēng)力為3級(jí)時(shí),人體實(shí)際感受到的溫度相當(dāng)于-18℃。正是因?yàn)轱L(fēng)寒效應(yīng)的影響顯著,野外宿營(yíng)時(shí)的防風(fēng)措施非常重要。首先,要求帳篷或宿營(yíng)車(chē)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(jì),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(cè)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(guò)實(shí)地測(cè)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(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)考慮呢?這是因?yàn)?人體在一次8h睡眠過(guò)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(shí)主要以潛汗形式排汗。當(dāng)睡袋面料透濕性能不足的時(shí)候,潛汗積聚后冷凝成液態(tài),使睡袋變得潮濕,會(huì)明顯降低保暖性能。3.208.高原寒冷睡眠袋的小現(xiàn)場(chǎng)保暖試驗(yàn)3.2.1對(duì)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(shí)使用的被褥,其實(shí)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(yàn)和受過(guò)相關(guān)訓(xùn)練的人員在使用同樣一款睡袋時(shí),相比沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)的舒適睡眠時(shí)間。此次的試驗(yàn)反饋表明,受試人員基本上沒(méi)有使用睡袋的經(jīng)驗(yàn)。他們還是從使用被褥的習(xí)慣出發(fā)來(lái)使用睡袋,例如:有的將頭部甚至是軀干部位暴露,有的因?yàn)楦杏X(jué)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(yàn)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)使用培訓(xùn)是十分重要的。培訓(xùn)應(yīng)從以下幾點(diǎn)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(shì)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(yàn)結(jié)果及分析為了全面檢驗(yàn)高原睡袋的使用效果,2008年4月下旬項(xiàng)目組在西藏那曲組織參加試驗(yàn)人員,模擬野外睡眠條件,連續(xù)兩天對(duì)睡袋進(jìn)行了實(shí)地8h睡眠試驗(yàn),并與受試人員進(jìn)行座談,通過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)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(jì)、保暖量的設(shè)置、材料等全方面檢驗(yàn)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(cè)試相關(guān)信息如下:·測(cè)試環(huán)境:海拔4,680米,夜間最低氣溫-11℃,最大風(fēng)力3級(jí)?！y(cè)試時(shí)間:2008年4月21日至22日晚上24點(diǎn)至凌晨6點(diǎn)。·睡袋: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(cè)試時(shí)著絨衣褲和襯衣褲,22日受試人員測(cè)試時(shí)著襯衣褲;測(cè)試時(shí)穿07冬襪?！な茉嚾藛T:30名,男性,年齡在18～23歲之間?！y(cè)試結(jié)果:表1～表4現(xiàn)場(chǎng)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(jì)與實(shí)際應(yīng)用的影響因素分析通過(guò)分析測(cè)試記錄,我們認(rèn)為后2～4小時(shí)熱舒適性不足,存在以下幾個(gè)影響因素。4.1氣候和地理?xiàng)l件4.1.1環(huán)境高差測(cè)試根據(jù)測(cè)試記錄,測(cè)試開(kāi)始時(shí)氣溫為2℃,結(jié)束時(shí)為-11.2℃,整個(gè)測(cè)試過(guò)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(cè)試在海拔4,000m以上地區(qū),氧氣含量?jī)H為海平面氧氣含量的50～60%。測(cè)試地點(diǎn)海拔高達(dá)4,680m,氧氣含量?jī)H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(guò)程)。4.2影響睡眠袋內(nèi)的殘余熱量4月中旬的測(cè)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(shí),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(shí)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(huà),因熱量過(guò)剩引起前半夜出汗,是導(dǎo)致后半夜形成濕冷時(shí)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(cè)試人員大多數(shù)來(lái)自四川、浙江、江蘇等南方地區(qū),且大多數(shù)入伍時(shí)間只有幾個(gè)月,在生理和心理上還處于對(duì)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(yíng)時(shí)人體睡眠熱舒適性取決于以下幾個(gè)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(gè)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)