涼感運動服裝是如何影響運動員的整體表現的?

衣服是我們的第二層皮膚,它為我們提供了一道熱屏障,保護我們在寒冬免受免狂風和暴風雪的侵襲。同時,在較溫暖的氣候下,衣服可以減少我們的皮膚暴露在有害的紫外線下,從而保障肌膚健康。服裝不僅僅是能讓人眼前一亮的東西,還是設計師用來表達情感、創造力和風格的畫布。設計師在選擇製作服裝的面料時,除了需要考慮美觀度以外,還需考慮面料在極端環境條件(寒風或烈日)的化學性能和衛生問題等,以更好地防護身體。就運動服裝而言,吸溼、排汗、快乾及散熱是服裝材料的一個極其重要的特性,它對運動員的溫度調節能力和整體表現有重大影響。

熱性能的重要性
研究員們在研究適合運動服的最佳面料,已投入了大量的時間和精力,並希望這些研究的應用能為運動員們提供舒適感體驗,而這些研究在極高賽事水平比賽中對運動員來說尤為重要。 1992年巴塞羅那夏季奧運會女子100米最後衝刺,就是一個證明衣服的熱調節能力對在高水平體育賽事中有重要影響的案例。這場賽事成為了奧運歷史上成績最接近的短跑決賽賽事之一。參加比賽的女運動員全力以赴地衝刺,結果第一名和第五名的完成時間相差不到十分之一秒。短跑運動要求運動員爭分奪秒,並激勵運動員發揮競爭優勢,甚至突破自身潛能。當贏得金牌和落榜者的時間成績差距,比在紙上寫一個字母的時間還要短時,即使是像穿著性能更高的運動服這樣的極小優勢,也會對結果產生巨大影響。像這樣的賽事,讓我們知道一件衣服的面料種類能帶來多大的競爭優勢,以及這種小小的優勢會對一個運動員的成績產生多大的影響。

圖一:田徑比賽

圖一:田徑比賽

服裝的技術特性
從技術上講,服裝可以被視為一個多孔、多相的材料系統,通常以一種獨特的圖案將多層薄纖維編織在一起。我們的身體充當內部熱源,身體和環境之間形成溫差。與其他溫差相比,這種梯度之所以如此獨特,是因為我們周圍環境瞬息變化,它會經歷巨大的溫度波動。衣服為我們提供了一層或多層保護,可以減少這種溫差效應,並通過維持我們的內部體溫來幫助我們的身體保持溫度平衡的舒適狀態。毫無疑問,服裝的這種保持人體溫度平衡穩定的特性源於服裝面料的熱傳導性

加拿大冬季天气

圖二:加拿大冬季天氣

熱輻射率
熱輻射率將影響材料熱容(材料散熱性能)與熱擴散率(材料散熱速度)結合起來,並與材料的觸感直接相關。熱輻射率解釋了為什麼金屬和木材放在同樣的穩定溫度環境中,金屬的觸感比木材更冷。這是因為皮膚和金屬之間發生的熱傳遞比皮膚和木材之間發生的熱傳遞快得多,這使得金屬在觸摸時比木材顯得更冷。熱輻射率的平方根與材料的密度、熱導率和比熱容成正比。這些熱性能之間的關係解釋了為什麼具有高導熱性的材料也會表現出高的熱輻射率。

熱輻射率在服裝設計中的應用
運動服的設計經常選擇具有高散熱性的面料,因為它們能夠將熱量從穿著者身上轉移到周圍環境中,防止運動員過熱。服裝的傳熱率受多種因素的影響,比如服裝的纖維類型、紗線類型和材料厚度等,科學家們一直在研究這些變量,並決心找到最有效的熱調節面料種類。研究人員進行了大量研究,分析各種面料對熱應力的反應,以及這種應力如何影響材料的熱輻射率。研究表明,棉或羊毛等天然纖維比聚酯等合成纖維更能吸收水分。當我們鍛煉身體並消耗大量體力時,我們就會開始出汗。當汗水暴露在空氣中時,就會開始蒸發,這會讓穿著者產生一種降溫的感覺,有助於降低體溫。大多數服裝面料的纖維通常在其股線之間含有空氣氣穴,這自然會降低其熱輻射率值,因為空氣低熱導率很低。當這些織物暴露在汗水中時,水分子將取代空氣氣穴並增加面料的熱輻射率。這種熱輻射率增加,會導致熱傳遞峰值的出現,而這是因為水與空氣相比,具有更高的導熱性。由於這種降溫效應,讓我們皮膚上的熱受體很快就能感受到溫度的下降,同時我們的體溫會降低。吸水性面料會導致增加熱射流性,同時它們的舒適性和透氣性的特點,也成為了運動服的最熱賣點。

棉花植物

圖三:棉花植物

熱輻射與運動表現的關係
保持涼爽是運動員的首要任務,因為熱應激會對心理和身體表現產生影響。用具有高熱輻射的面料製作服裝,是設計師用來提高運動員整體表現的一種方法。多項科學研究表明,棉質服裝在隔熱性和透氣性方面優於滌綸服裝,因為棉質服裝吸收水分的能力更強。實驗還表明,在高溫環境下穿著聚酯纖維面料的人,往往比穿著棉質或羊毛面料的人體溫更高,出汗更多,感到更不舒服。如這些實驗所示,在選擇運動服裝材料時,經驗法則是選擇大約95%棉和5%滌綸纖維的面料最佳。其他如尼龍、羊毛和氨綸面料,熱調節性能都不太好,而100%再生聚酯製成的服裝,在保持運動員涼爽舒適度方面表現最差。

結論
根據科學研究,似乎有無數的變量需要考慮並融入運動服的設計中,包括製成服裝面料的熱輻射性。這種熱特性使織物具有涼爽的觸感,並可以提高運動員的舒適度和表現水平。除了熱輻射性之外,服裝的面料還應是透氣的,以通過對流增強冷卻,並有效吸收和釋放由汗水產生的水分。運動員投入大量的時間和精力來實現他們的職業目標,服裝師也應盡最大努力為這些運動員提供最好的服裝,助力其夢想的實現。散熱性影響觸感,同時也與服裝的整體舒適度有關,應在任何運動服設計中都予以重視。

 

參考文獻:

10 Insanely, Incredibly Close Olympic Finishes. (n.d.). Wired. Retrieved January 24, 2021, from https://www.wired.com/2012/07/10-incredibly-close-olympic-finishes/
Clothing | National Collaborating Centre for Environmental Health | NCCEH – CCSNE. (n.d.). Retrieved January 21, 2021, from https://ncceh.ca/content/clothing
Pan, N. (2019). Unique Thermal Properties of Clothing Materials. Global Challenges, 3(7), 1800082. https://doi.org/10.1002/gch2.201800082
Sokolowski, Susan. (2020, September 1). The best athletic wear for staying cool in hot weather. Fast Company. https://www.fastcompany.com/90545487/the-best-athletic-wear-for-staying-cool-in-hot-weather
Van der Tempel, L. (2019). The effective temperature at which fingertips sense thermal effusivity and the bias of measurements at room temperature. Measurement, 135, 747–752. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.11.053