睡袋適溫(二)保暖值測量單位、方法與舒適模型

在第二部份中，我們將由「保暖值」開始說起，介紹用來測量保暖值的單位和意義。接下來則是要詳細介紹目前主要的織品與假人保暖值測試方法，讓大家能明白各種測試的設定條件與測試結果，最後是如何以保暖值來換算適溫也就是「舒適模型」。在本篇的最後則是要看看，以假人測試所推算出的適溫模型與真人測試(不過真人仍是處在實驗室內)所得到的結果會有多少的差距。

三、保暖值的單位: 
1.保暖值的意義:
要了解保暖值之前我們得先了解熱導率。所謂「熱導率」是用來度量材料傳導熱量的能力，熱導率愈高，熱量在該材料內的損耗就越少。
★「熱導率」定義為單位截面、長度的材料在單位溫差下和單位時間內直接傳導的熱量，公制單位是瓦W/mK的，通常用K表或λ來表示熱導率。
★「熱導係數」，單位是W/m2.K，在系統中這個值通常被稱為總傳熱係數(OHTC);和熱導率相對的是「熱阻率」，用來表示材料阻止熱量在某方向上傳導的能力，熱阻係數的單位是m K/W 熱導率(K表值)和熱阻率互為倒數，而「熱阻值」(R)和「熱導係數」(U值)互為倒數。
而這兩組量之間的差別在於，熱導率/熱阻率描述的是材料在某一方向(一維)上的特性，而熱阻值/熱導係數描述的是單位面積上，一定條件下通過的熱量。

在了解熱傳導和熱阻後，我們就可以進一步了解材質的保溫(暖)性與材料的導熱性有關，使用導熱係數λ表示，單位是W/m‧℃，其值愈小表示材料導熱性越低，絕熱性或保暖性愈高。空氣的熱導性很怟，所以在空氣不流動的情況下，織物中的空氣愈多，保溫性愈好；另外，水的導熱係數較大，故隨著纖維回潮率(濕)提高，紡織材料的導熱係數將增大。

要用熱阻R(m‧℃/W)或絕熱率(保溫率)表示紡織材料的絕熱性，就是在熱板上，測量維持熱板恆溫所需熱量，若維持裸板恆溫所需單位時間內熱量為Q0，包覆織物時為Q1，則絕熱率T為: T＝Q0-Q1/Q0×100(％) 。從這個公式我們可知紡織材料的絕熱率與試樣厚度有關─厚度愈厚，單位時間內散失的熱量愈少，絕熱率就愈大。此外還有使用熱歐姆(m2‧℃/W）表示熱阻，指溫度差為1℃時，熱能以每平方米1瓦特的速率通過，即表示為一個熱阻單位。

2.CLO值:
Clo的定義:21℃室溫、相對溼度50%、氣流10cm/s的環境下，一個人靜坐時感到清爽舒適的狀態下感覺舒適並保持其體表溫度為33℃時，則該穿著服裝的保暖值為 1clo，若換算為截面積上1Clo=0.155m2 K/W，若換算代謝熱量1clo約為50 Kcal /㎡/ hr或為58.15 W/㎡/ hr。

clo值是用來表示織物隔熱性能，也就是由皮膚表面到衣服外表之熱阻抗單位。而看到了clo值你是不會覺得和標示睡墊保暖能力的R值嗎似曾相認?重新來回憶一下熱阻值R的定義─在指定的溫度下，某種材料在單位面積上阻止熱量穿過的能力。材料的R值越高，就越適合作為保溫材料。而連續的絕熱材料的R值可以相加(就是說二個睡墊疊在一起保暖力會增加)，而R值同樣和材料厚度具有線性關係。熱阻值R常被用在建築工程中，用來評價材料或者系統的相對保溫能力。而clo值通常用來表示"服裝"的熱阻值，它和穿著此種服裝的人在給定的條件下的舒適程度相關。clo大致上相當於R值的1.136倍。而Clo值和R值的單位相同，但是Clo值和人體的舒適程度相關。

3.TOG值:
Tog在1960年代被公佈，clo和Tog的換算如下:
1 tog=0.1m2 K/W=0.645 clo
1 clo=0.155m2 K/W=1.550 tog

4.各材質的clo值:
棉:0.04
美利諾羊毛:0.08
Polartec 100,200,300:0.16
Polarguard 3D:0.63
Exceloft:0.68
Polarguard Delta:0.68
Climashield HL:0.68
羽絨(550 fill):0.7
Primaloft ECO:0.74
Primaloft Sport:0.73(新款為0.79)
Climashield Combat:0.79
Climashield XP:0.82
Primaloft One:0.84(新款為0.92)
羽絨(850+FP):2.53
以上的單位是材質1oz/平方碼的保暖值，簡單來說其值越大保暖性越好，不過這是材質是乾的時候。這個表的功能之一就是如果你知道你保暖服裝或睡袋保暖材質的單位重量，那你便可以算出整件服裝或睡袋的保暖總值。我們可以看出來在單位重量相同時化纖材質以Primaloft one保暖度最佳，不過和850FP的羽絨還有很遠的差距。

四、織品測試方法介紹: 
在實驗室中測量材質熱阻值可以追溯至1930年代，測量的方法有許多種，以下只介紹其中主要的二種。

1.BS4085-1984: 
這個從1960年代開始的測試也被常稱為Tog測試，而它會廣為人知則是因為很多寢具使用它做為被子或床墊的保暖標示。

測試方法:把一個布料或保暖填充材質被放置在一個加熱板上，而整組的測試檥器則放在一個有風扇的櫃子中，這些風扇可以確保有足夠的空氣流通也避免樣品受到外界氣流的影響。

當一個圓形、直徑33公分的樣品被金屬板加熱後，材質二面的溫度就會被溫差電偶記錄下來，本測試最長可以進行三個小時的加熱，材質熱阻的計算是基於金屬板加熱的區域以及材質二側的表面溫度，最終測試結果則被換為Tog或m2 K/W。

2.ISO5085-1989與ISO5085-1990:
ISO的測試有二種方法，第一部份是針對低熱阻的材質─最高到0.2m2 K/W或是0.4m2 K/W但厚度低於2公分，這部份的測試方法和BS4085法十分相似。

第二部份則是針對較厚且具有較高的熱阻值的材質─介於0.2-2m2 K/W之間，而睡袋大都是落在這個區間。本試測需要在一個受控制的環境或櫃子內，樣本大小為60X45公分，置於加熱板上至少四小時以達到一個穩定的溫度後再測量需要輸入維持固定溫度的熱量。這個模型所計算的是材質與環境的溫度差以及加熱板加熱面積的熱阻值。

3.舒適模型(Comfort Model): 
前文說過材質測試只是一個理想值，對於睡袋來說也不能測試出外型和隔間設計所造成的影響，也因此材質測試的熱阻值必需再加上真人測試的結果才能得到一個能符合實際的適溫換算，這也就是(熱)舒適模型*。

最早的舒適模型是由英國的里茲大學發展出來的，它不但是最早的模型也廣泛的被英國睡袋製造商所採用，里茲舒適模型數值請參閱原文的附表。在表中可以看到，每個保暖值都有對應的適溫，舉例來1.0 m2K/W的熱阻值(等於10Tog或6.5clo) 相對應就是-10度C的適溫。

在此要說明，(熱)舒適模型在睡袋適溫標示中是一個很重要的部份，因為它代表了各個標準如何把測試得出的保暖性(熱阻結果clo、tog值等)導入，經由模型換算成建議的適溫值，而各個適溫模型的不同也就造成各個標準在相同保暖值換算的適溫差距。

舉例來說，假設一個睡袋經測試得出熱阻值為1.0 m2 K/W(等於10Tog或6.5Clo)，那依各標準所換算出的舒適溫度如下:
EN13537舒適溫度:  +2度C
NF G08-013:         -3度C
EN13537舒適下限:  -4度C
Thelma舒適模型:     -10度C
里茲舒適模型:        -11度C
美國廠商標示:        -16度C

我們可以看出同一個保暖值卻因為不同模型的換算，會產生從+2度C到-16度C的適溫差距，這個部份會在第三部份以圖表來做更詳細的說明。

*這個假人與真人的測試和比較，請參考文末的SINTEF測試。

五、假人測試方法介紹:
1.ASTM F1720: 
首先介紹的ASTM F1720是美國的國家標準，以下部份內容我未依原文，而是以ASTM F1720最新資料來介紹和補充

①測量方法概述:
⑴把全身都沒有穿著任何服飾，體表溫度恆定為32度C的銅製假人，放入一個完全膨漲*的睡袋內。
⑵睡袋的帽兜收緊至只留下約5公分的空隙，模擬實際使用時能讓使用者呼吸的大小。
⑶實驗室環境設定為溫度不高於22度C、濕度30-70%、風速0.3公尺/秒。
⑷在熱能輸入假人30分鐘後，測量假人所需要輸入以保持體表溫度的熱量(這被視為等同假人的熱流失量)。

②保暖值換算:
ASTM F1720法把測量所得到的輸入熱量換算成clo值，而依ASTM F1720法的舒適模型，0.1個單位的clo值換算後等於1度F的適溫標示，舉例來說，一顆7clo和8clo的睡袋適溫差距就是10度F。

為了讓大家可以更容易了解的clo單位的保暖能力，以下用舉例的方式來和大家說明。一件厚重的羊毛衣最多有1clo的保暖值，而一個基本的三季的三層式穿著則大約有1.5-2clo的保暖值，三季的輕量quilts款式睡袋約有2.5-4clo的保暖值，而一般木乃伊型的三季睡袋則有4-7clo的保暖值，至於一顆冬季睡袋加上穿著保暖衣、睡墊以及抗風的遮蔽所可以達到8以上的clo保暖值。

③對於ASTM F1720測試方法的質疑: 
根據堪薩斯州立大學織品實驗室指出三個會造成ASTM F1720法在測量上產生誤差的主要原因包括:
⑴操作的錯誤。
⑵使用儀器的不同。
⑶睡袋樣本的構造和材質。
雖然堪薩斯州立大學織品實驗室強調建立起實驗室標準操作規範可以減少實驗中變數的發生，但是在睡袋樣本這項的變數卻往往提高了測試結果的不確定性，最終讓ASTM F1720法的測量更困難而且更昂貴。

織品實驗室人員提到，即使樣品只有5%的誤差也會造成測試結果產生明顯不同。舉例來說，在5%的誤差下，一顆保暖值7clo的睡袋實際上可能是位在6.7至7.4clo這個範圍區間。而再把clo直換算為適溫後，這顆睡袋的適溫誤差會是在12-19度F間，其中那個數字才是正確的?或是製造商會標示在產品上的會是那一個適溫數字?雖然製造商不會誤報在統計學上誤差範圍外的數字，但是他們標示的數字可能會選擇在誤差範圍內對他們最有利的。

④改進方法:
⑴製做商是有可能提供一顆填充量較多的睡袋做為測試樣品以得到比較好的適溫測試結果，所以針對目前只以一個樣品做三次測試，廠商應該改為至少以三個同款樣品進行測試並公佈在誤差範圍內得到的結果。至於更進一步的樣品改善方式應該是不再由製造商直接提供樣本，而是讓獨立的第三者在生產線上隨機抽出三個樣本來做測試會更好。
⑵廠商應該公佈三個樣品在統計學上的適溫誤差範圍，例來說就是一個睡袋的適溫標示上應為12/19度F如此比較適當。

⑤附註:
很多製造商不明白，用一個樣品來進行三次測試所得到的結果絕不能指出適溫標示中的差異性和錯誤，事實上，它只能測量出適溫實驗方法中的變數，而這變數反映在適溫標示中對消費者來說幾乎是無意義的。

一些ASTM F1720標準委員會的成員希望把睡袋適溫改為睡袋保暖效能，舉例來說以clo/kg.clo/cm或保暖/重量.保暖/膨脹高度做為標示*，如此一來可以讓消費者選購時有更明確的資可以參考。很不幸的，廠商始終認為消費者是愚笨的，所以不願提供更多的資訊，但事實卻往往是廠商不願提供足夠的資訊讓消費者比較和參考。

*所謂完全膨脹是指要把睡袋完全攤開24小時後再進行測試。
*目前已經有一些國外廠商開始以clo值的方法做為保暖度標示。

2.G08-013 1994: 
這個法國標準是歐洲假人測試的原型，同時也是第一個定義舒適和極限溫度的熱阻適溫模型，同時也是第一個區分新手和老手不同適溫的測試。
Comfort temperature:一個新手不會覺得不舒適，甚至不會有局部覺得冷。
Limit of comfort temperature:一個老手不會覺得熱或冷，而一位新手可能會覺得有些不舒適。
Extreme temperature:老手會覺得冷，而沒有經過考驗的受測者有在睡眠後段的數小時則有失溫的危險。

G08-013和美國的ASTM F1720法很相似，不同的是法國的測試假人有穿著長袖內衣褲和襪子並且躺在一個睡墊上。至於G08-013的熱阻與適溫換算模型則和EN13537相似，但適溫值比起EN13537低上大約5度C。

六、Thelma(SINTEF)假人測試:
1.測試方法:
這個測試的重要性在於它是第一個被北歐市場廣泛接受的假人測試。它在低舒適性的計算與ISO11076低溫環境評估相同。

SINTEF測試方法是一個裸體(沒有穿著任何服飾)的假人被放入測試樣本的睡袋中，睡袋下則是一個1公分厚的睡墊，而整個睡眠系統則是位在實驗室中一張只有金屬骨架的行軍床上。

假人被加熱到表面能保持穩定的34度C，當所有的讀數都達到穩定時，把三十分鐘內身體二十個部份所需的保持表面溫度的加熱能量進行取樣，最後這個取樣的平均值被舒適模型換算為不同的睡袋的適溫值。

2.SINTEF真人與假人測試的結果與比較:
1997年SINTEF在實驗室中也進行了一連串的真人實驗，這是為了對根據ISO11079所建立的舒適模型進行評估。

他們選擇7顆不同保暖值的睡袋做為評估依據，第一步是以假人對這7顆睡袋在實驗室中測試出其保暖值。接下來的真人測試是以6位男性(年齡為28.2歲正負7.8歲)以及6位女性(24歲正負2.4歲)來進行。受測者在實驗室中使用不同的睡袋過夜，身上僅穿著最少的衣著(內衣)。在負15度C以上的實驗環境中，受試者使用的是1cm厚的睡墊，但在負15度C以下時，睡墊會多加一層(厚度最多0.5cm)，而受測者頭上也會多戴上保暖帽。

在測試期間，受測者的核心與體表溫度持續被監測著，當測試結束，他們則會被詢問一連串的問題以測量受測者對於保暖度的實際感受。 如果當所有受測者都因為太冷而睡不著時，這次的試驗就宣告放棄，接下來會以同一個睡袋但較高的環境設定溫度再進行一次，這樣的測試會持續進行直到睡袋的適溫限度被建立起來。

最後再把七顆睡袋由適溫模型換算出的適溫值對應上真人測試的平均適溫值後發現(請參考原文附表)，兩者在95%的信心水準下，-15度C以上的差距約在正負1度C，但在更低的溫度(-15度C)下二者的差距則會加大一些。但是要注意的是在男性和女性受測者間可以發現有明顯差距的存在，這也代表著女性使用者部份應該要有分開的測試。

小結:
各種睡袋保暖測試方法基本設定的不同─實驗室環境設定、睡眠系統、以及假人設定(熱輸出量、衣著)等等固然造成保暖值結果的差異。不過各測試由保暖值換算為適溫的舒適模型不同，更讓保暖值產生高低不一的適溫標示，這種狀況往往更讓消費者無所適從。那接下來我們是不是要思考應該有一個統一的標準來統合適溫標示呢?在第三篇文章中我們就要來談談EN13537，這是個現在被歐洲所採用的標準，另外在各項標準間的差異究竟有多少?結果可能會讓你大吃一驚。

山行者豪哥 2010/09/29