冬奧比賽服如何“快、護(hù)、暖、美”？一套冬奧“戰(zhàn)衣”背后蘊(yùn)含著哪些高科技？在極寒條件下，如何讓觀眾溫暖觀賽？在助力運(yùn)動(dòng)員更快更強(qiáng)的同時(shí)，隨著未來冰雪運(yùn)動(dòng)普及推廣，高校為冰雪項(xiàng)目研發(fā)的各種高科技裝備也將有更多的應(yīng)用空間。清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授曹彬團(tuán)隊(duì)參與了國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)“人工剖面賽道類場(chǎng)館新型建造、維護(hù)與運(yùn)營技術(shù)”項(xiàng)目，研發(fā)出了極寒環(huán)境下的“溫暖裝備”——智能加熱服和加熱坐墊，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)熱、鎖熱，確保觀眾擁有舒適溫暖的觀賽體驗(yàn)。
智能馬甲、坐墊給人高效補(bǔ)充熱量
記者了解到，聚焦人的需求、感受，收集相關(guān)數(shù)據(jù)來輔助設(shè)計(jì)，在整個(gè)大建筑領(lǐng)域內(nèi)是比較新的理念。曹彬所在的專業(yè)是建筑學(xué)院的建筑環(huán)境學(xué)科，關(guān)注如何解決建筑環(huán)境營造、提升人在環(huán)境中的舒適感等問題。“之前都是研究建筑內(nèi)、室內(nèi)場(chǎng)景的環(huán)境如何營造，而雪上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館是露天、開放式的，此前針對(duì)室內(nèi)空間的傳統(tǒng)方法和技術(shù)就不適用。”曹彬告訴記者，此項(xiàng)研究首先面對(duì)的問題是，要清楚在零下十幾攝氏度的低溫環(huán)境下待上一兩個(gè)小時(shí)，人究竟會(huì)有多冷。對(duì)于科學(xué)研究來說，僅有人的直觀感受是不夠的，而是需要具體、客觀的參數(shù)。因此，曹彬團(tuán)隊(duì)在冬天到賽場(chǎng)記錄環(huán)境參數(shù)，然后在低溫環(huán)境艙中模擬環(huán)境，并進(jìn)行受試者實(shí)驗(yàn)，通過溫度傳感器，監(jiān)測(cè)人身體上多個(gè)部位暴露在低溫環(huán)境下不同時(shí)長后的皮膚溫度，以此來評(píng)估“人會(huì)有多冷”。除真人受試者實(shí)驗(yàn)，曹彬團(tuán)隊(duì)還利用“暖體假人”設(shè)備來收集數(shù)據(jù)。據(jù)悉，這個(gè)“假人”是機(jī)器人，但看起來完全是真人形態(tài)，它身體每個(gè)部位都可以模擬真人產(chǎn)熱和散熱的情況，同時(shí)可以通過后臺(tái)程序軟件，監(jiān)測(cè)不同暴露時(shí)長、不同厚度衣物下，假人表面溫度變化。
研究團(tuán)隊(duì)使用暖體假人開展低溫環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。
知道人有多冷后，接下來就要給人補(bǔ)充熱量。曹彬解釋稱，由于在開放環(huán)境下，熱量會(huì)不停散發(fā)，無法采用在封閉空間內(nèi)進(jìn)行取暖和保暖的常規(guī)方法。因此，這項(xiàng)研究從理論到解決方案，都沿著一個(gè)思路——從人的個(gè)體尺度上去考慮問題，要把所有熱量都給到人。那么，極端低溫環(huán)境下人需要多少熱量，以及應(yīng)該給人的哪些部位補(bǔ)充熱量才最為有效和舒適？曹彬告訴記者，這需要研究人的身體各個(gè)部位在寒冷環(huán)境下加熱的敏感性來得出答案。為解決這一問題，曹彬團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一個(gè)“人體全身多點(diǎn)位加熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，由疊加態(tài)材料制作的“加熱服”和后臺(tái)程序構(gòu)成。“加熱服”看起來是一套薄薄的貼身衣服，各個(gè)部位設(shè)置有加熱片，同時(shí)可以在平板電腦上進(jìn)行操控和交互。
受試者穿上“加熱服”之后，程序界面可以看到并選擇不同部位、設(shè)置不同的加熱溫度。“比如，想給腹部加熱到35℃，或是給腿部加熱到37度，都可以在程序界面進(jìn)行設(shè)置，繼而加熱服會(huì)按照程序的設(shè)定進(jìn)行加熱。”曹彬表示。
通過進(jìn)行一定數(shù)量的真人受試者實(shí)驗(yàn)，曹彬團(tuán)隊(duì)總結(jié)出規(guī)律，找到了在長時(shí)間低溫環(huán)境下，人們普遍會(huì)傾向于給身體哪些部位進(jìn)行加熱，以及加熱到多少攝氏度會(huì)達(dá)到較為舒適的狀態(tài)。
“如果不考慮保溫，熱量很快就散掉了。”在開放環(huán)境下，除了加熱，保溫也非常重要。在保溫性能上，曹彬團(tuán)隊(duì)采用了輕薄的保溫材料疊加態(tài)，置于坐墊底層和服裝外層，來阻斷熱量向下、向外散發(fā)，保證熱量集中、高效地傳遞給人。“坐墊上表面溫度能夠達(dá)到40攝氏度以上，同時(shí)由于疊加態(tài)材料具備隔熱性能，如果去摸它的下表面，發(fā)現(xiàn)是很涼的。”曹彬稱。除力爭(zhēng)服務(wù)冬奧外，這些研究成果還能如何應(yīng)用？對(duì)此，曹彬告訴記者，隨著冰雪運(yùn)動(dòng)在國內(nèi)普及發(fā)展，會(huì)有越來越多賽事和參與者，對(duì)于輕薄的疊加態(tài)加熱保暖方案的需求也會(huì)隨之增加；此外，戶外極端低溫環(huán)境下、惡劣自然條件下工作的場(chǎng)景也非常多，這些研究成果能繼續(xù)推廣。
（信息來源：新京報(bào)）
