清华大学助力北京冬奥会 叠加态材料等科技让观赛服装更保暖

　　冬奥比赛服如何“快、护、暖、美”？一套冬奥“战衣”背后蕴含着哪些高科技？在极寒条件下，如何让观众温暖观赛？在助力运动员更快更强的同时，随着未来冰雪运动普及推广，高校为冰雪项目研发的各种高科技装备也将有更多的应用空间。清华大学建筑学院副教授曹彬团队参与了国家“十三五”重点研发计划“科技冬奥”重点专项“人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术”项目，研发出了极寒环境下的“温暖装备”——智能加热服和加热坐垫，可以在短时间内迅速发热、锁热，确保观众拥有舒适温暖的观赛体验。

　　智能马甲、坐垫给人高效补充热量

　　记者了解到，聚焦人的需求、感受，收集相关数据来辅助设计，在整个大建筑领域内是比较新的理念。曹彬所在的专业是建筑学院的建筑环境学科，关注如何解决建筑环境营造、提升人在环境中的舒适感等问题。“之前都是研究建筑内、室内场景的环境如何营造，而雪上运动场馆是露天、开放式的，此前针对室内空间的传统方法和技术就不适用。”曹彬告诉记者，此项研究首先面对的问题是，要清楚在零下十几摄氏度的低温环境下待上一两个小时，人究竟会有多冷。对于科学研究来说，仅有人的直观感受是不够的，而是需要具体、客观的参数。因此，曹彬团队在冬天到赛场记录环境参数，然后在低温环境舱中模拟环境，并进行受试者实验，通过温度传感器，监测人身体上多个部位暴露在低温环境下不同时长后的皮肤温度，以此来评估“人会有多冷”。除真人受试者实验，曹彬团队还利用“暖体假人”设备来收集数据。据悉，这个“假人”是机器人，但看起来完全是真人形态，它身体每个部位都可以模拟真人产热和散热的情况，同时可以通过后台程序软件，监测不同暴露时长、不同厚度衣物下，假人表面温度变化。

　　研究团队使用暖体假人开展低温环境现场实验

　　知道人有多冷后，接下来就要给人补充热量。曹彬解释称，由于在开放环境下，热量会不停散发，无法采用在封闭空间内进行取暖和保暖的常规方法。因此，这项研究从理论到解决方案，都沿着一个思路——从人的个体尺度上去考虑问题，要把所有热量都给到人。那么，极端低温环境下人需要多少热量，以及应该给人的哪些部位补充热量才最为有效和舒适？曹彬告诉记者，这需要研究人的身体各个部位在寒冷环境下加热的敏感性来得出答案。为解决这一问题，曹彬团队开发出了一个“人体全身多点位加热实验系统”，由叠加态材料制作的“加热服”和后台程序构成。“加热服”看起来是一套薄薄的贴身衣服，各个部位设置有加热片，同时可以在平板电脑上进行操控和交互。

　　受试者穿上“加热服”之后，程序界面可以看到并选择不同部位、设置不同的加热温度。“比如，想给腹部加热到35℃，或是给腿部加热到37度，都可以在程序界面进行设置，继而加热服会按照程序的设定进行加热。”曹彬表示。

　　通过进行一定数量的真人受试者实验，曹彬团队总结出规律，找到了在长时间低温环境下，人们普遍会倾向于给身体哪些部位进行加热，以及加热到多少摄氏度会达到较为舒适的状态。

　　“如果不考虑保温，热量很快就散掉了。”在开放环境下，除了加热，保温也非常重要。在保温性能上，曹彬团队采用了轻薄的保温材料叠加态，置于坐垫底层和服装外层，来阻断热量向下、向外散发，保证热量集中、高效地传递给人。“坐垫上表面温度能够达到40摄氏度以上，同时由于叠加态材料具备隔热性能，如果去摸它的下表面，发现是很凉的。”曹彬称。除力争服务冬奥外，这些研究成果还能如何应用？对此，曹彬告诉记者，随着冰雪运动在国内普及发展，会有越来越多赛事和参与者，对于轻薄的叠加态加热保暖方案的需求也会随之增加；此外，户外极端低温环境下、恶劣自然条件下工作的场景也非常多，这些研究成果能继续推广。