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你听说过冷暖空调服吗？空调作为一种可以主动调节人体温度的可穿戴设备，应用非常广泛。在医学领域，可用于特殊疾病患者的体温控制，神经外科手术中患者的体温保持等。在工业领域，可用于在极端环境下(地下、玻璃/钢铁熔炉)保持工人的体温；在体育领域，也可用于比赛过程中调节赛车手的体温，以及各种运动医学研究等。在军事领域，不仅可以帮助调节士兵体温以适应各种战场环境的需要，还可以用于各种军用车辆的高温环境或寒冷深海潜水等活动。

1.制冷空调服有哪些？首先，让我们对制冷空调服进行分类：

(1)风冷：风冷空调服加速皮肤表面干燥空气的流动：一方面加速汗液的蒸发，带走热量；另一方面在体表进行强制对流冷却，达到降温的目的。

(2)凝胶/冰袋制冷：凝胶/冰袋制冷法是将冷冻的凝胶或冰袋放在空调服内层的口袋里，通过融化吸热来降低人体的温度。

(3)相变降温：相变降温是利用某些材料(如石蜡)由固体变为液体时的吸热特性，将相变材料集成到空调服中，使人体温度升高时，多余的热量被相变材料吸收。

(4)液体制冷：液冷空调服利用空调服内部埋设的液体管道，低温液体在管道内循环，达到降低人体温度的目的。

1.1风冷空调服

在没有空调服主动调节体温的情况下，出汗是最原始有效的散热方式。研究表明，1L汗液的蒸发可以带走约2400kJ的热量。汗液的蒸发效率与皮肤面积、人体与外界的水蒸气压差、衣服的透气性有直接关系。

风冷空调服一般有两种结构形式。第一款风冷空调服有两层结构：外层的不透气材料和内层的透气材料。干燥冷却后的空气在两层面料之间流动，通过加速汗液蒸发和皮肤表面强制对流散热来降低体表温度。第二种风冷空调服只有一层结构，安装在空调服面料不同部位的风扇或风扇阵列直接将外界空气送入空调服内，加速空调服内的空气流动。

从风冷空调服的发展来看，由于其应用场合单一，无法在空调服内外穿其他衣服，在外界环境温度较高的情况下无法达到降温效果。只供室内环境工作者使用，目前还没有广泛应用于工业或军事领域。

1.2件凝胶/冰袋冷却空调服

一般用凝胶/冰袋降温的空调服内层都有几个装凝胶/冰袋的口袋。人体的热量通过血液循环带到体表，然后被凝胶或冰袋吸收。通常单个冰袋质量在400 ~ 700 g，空调服用2 ~ 6个冰袋。计算结果表明，1公斤冰可以吸收335千焦的热量。使用凝胶/冰袋空调服可以有效降低高温环境下穿着者的心率和体表温度。

凝胶/冰袋制冷的空调服结构简单，成本低，凝胶/冰袋可重复使用。凝胶/冰袋冷却空调服有以下缺点：

1)凝胶/冰袋在使用后需要重新冷冻才能再次使用(该过程可能需要几个小时)；

2)凝胶/冰袋表面在使用过程中会产生冷凝水，增加空调服穿着者浸泡衣服后的不适感，并可能导致皮肤过敏；

3)凝胶/冰袋的温度低，并且粘在sk上

基于相变材料(PCM)在相变过程中可以吸热，但温度不变的原理，相变降温空调服可以吸收人体表面热量，降低人体温度。常用的相变材料是基于石蜡、聚乙二醇(PEG)等的混合物。其常见的熔融吸热温度范围为20 ~ 40；在正常体温范围内，固化吸热的温度范围为-30 ~ 10。

相变材料与空调服结合的常见方式有三种：

1)将相变材料袋(5 ~ 15 cm大小)放入空调服内的口袋中；

2)将含有相变材料的微胶囊(10 ~ 100微米)编织成空调服；

3)将相变材料纳米纤维嵌入空调服装面料中。

从相变制冷空调服中相变材料的排列来看，用微胶囊纤维织成的空调服透气性好，柔软舒适。但由于相变材料用量不足，只能保持15 W左右的吸热，持续使用的时间不足。而袋装相变材料的空调服不利于湿气排出，影响面料的柔软度，穿着不舒服。

与其他空调服相比，相变制冷空调服具有以下独特优势：

1)材料在相变吸热过程中温度不变，可能不会像冰袋制冷那样造成皮肤冻伤，可以贴身穿着，减少热量流失；

2)相变材料使用后迅速由液态恢复为固态，只需在冷水中浸泡20分钟左右。

它的缺点是：

1)与冰袋相比，吸热不足，难以维持长时间(3h以上)工作；

2)部分相变材料有毒，破裂后直接接触人体可能造成伤害。

1.4液冷空调服

凝胶/冰袋和相变降温空调服都是被动工作，其吸热和速度无法人为控制。而液冷空调服是通过换热管内的冷却液循环，带走人体多余的热量。这种制冷方式可以根据人体和空调服的工作状况实时控制液态工质的温度和流量，具有主动控制的能力，代表了制冷空调服未来的发展方向。

早期的液冷空调服是为太空环境中的宇航员提供的，美国阿波罗计划中登月的空调服就是基于液冷原理。到目前为止，液冷空调服已经广泛应用于工业、矿山、消防、医疗等领域。液冷空调服通常由储液罐、循环泵、热交换器、设置在空调服内的换热管以及各种流量和温度传感器组成。

目前液冷空调服对液体工质的冷却方式有两种：

用冰块等制冷剂冷却液体工质，或用类似空调原理的压缩机系统冷却液体工质。其中，利用冰块、冰袋等冷却换热槽内液态工质的方法较为常见，成本较低；利用压缩机系统冷却循环液体工质的研究也集中在军事方面。

在现有的大多数研究中，液体循环冷却空调服由外保护层、中间层和内皮肤接触层三层组成，在中间层和内层之间缝制有液体工质循环管道。因为需要保证换热管与皮肤的紧密接触来提高换热效率，所以空调服的外形设计往往会有一定程度的收紧。目前换热管大多采用聚氯乙烯材质，内径1.5 ~1.7 mm，长度90 ~ 100 m，覆盖15% ~ 20%的表皮面积。典型的循环速度为0.5 ~ 2 g/s，换热速度为100 ~ 400 W。

常用的液体工作介质是水，或50%水和50%丙二醇的混合物。

目前，作为最广泛使用的

1)为了提高热交换效率，降低空调服的质量，有必要对空调服的内层面料和换热管的形状进行研究。

2)需要结合生命体征传感器，实现根据维持人体生命体征的需要，主动调节空调服运行的目的；

3)优化空调服的外形结构，以适应不同体型的人，优化换热管的布置，提高换热效率；

4)考虑并加强头部的冷却。头部的发热量仅次于躯干，头部过热会直接导致意识不清甚至昏厥。在空调服的后续研究中，要充分考虑头部降温的需要。

2.相关标准表1所示内容从换热介质、空调服成本、换热速度、工作时间、穿着舒适性等方面对以上讨论的几种空调服进行了比较。在实践和应用中，需要根据不同应用场合的具体需求进行合理选择。制冷空调服的检测和试验标准，目前国内还没有相关标准。空调服在国外有两个检测标准可以参考：

首先是暖体假人穿空调服的测试标准，ASTM F2371-2010E1《加热人体模型测量个人冷却系统的换热效率标准试验方法》；

二、真人穿空调服的测试方法，ASTM F2300—2010 《个人冷却系统的性能测试方法》。

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