首先我們給制冷空調(diào)服分一下類：

（1）空氣制冷：空氣冷卻空調(diào)服通過加速干燥空氣在皮膚表面的流動: 一方面加速蒸發(fā)汗液，帶走熱量; 另一方面對體表進(jìn)行強制對流冷卻,，以達(dá)到降溫的目的,。

（2）凝膠/冰袋制冷：凝膠/冰袋冷卻方法則是將冷凍后的凝膠或冰袋放置在空調(diào)服內(nèi)層的口袋中，通過凝膠/冰袋融化吸熱達(dá)到降低人體溫度的目的,。

（3）相變制冷：相變冷卻則利用某些材料( 如石蠟) 在從固體到液體相變時吸熱的性質(zhì),，將相變材料整合在空調(diào)服內(nèi)部，當(dāng)人體溫度升高時通過相變材料吸熱帶走多余熱量,。

（4）液體制冷：液體冷卻空調(diào)服則使用埋藏在空調(diào)服內(nèi)部的液體管道,，通過低溫液體在管道內(nèi)的循環(huán)達(dá)到降低人體溫度的目的。

1.1 空氣冷卻空調(diào)服  

在沒有空調(diào)服對人體進(jìn)行體溫主動調(diào)節(jié)的情況下,，排汗是人體最為原始和有效的散熱方式,。研究表明，1L 汗液蒸發(fā)大約可帶走2400kJ的熱量,。汗液的蒸發(fā)效率與皮膚面積,、人體與外界的水蒸氣壓力差以及衣物的透氣性能直接相關(guān)。

空氣冷卻空調(diào)服一般具有2種結(jié)構(gòu)形式。第1種空氣冷卻空調(diào)服具有2層結(jié)構(gòu): 外層的不透氣材料和內(nèi)層的透氣材料,。經(jīng)干燥和冷卻的空氣在2 層織物間流動,，通過加速汗液蒸發(fā)和對皮膚表面進(jìn)行強制對流散熱降低人體體表溫度,。第2種空氣冷卻空調(diào)服只具有1層結(jié)構(gòu),，由安裝在空調(diào)服織物上不同部位風(fēng)扇或風(fēng)扇陣列直接將外界空氣送入空調(diào)服中，加速空調(diào)服內(nèi)的空氣流動,。

從空氣制冷空調(diào)服的發(fā)展來看,，由于其應(yīng)用場合較為單一，不能在空調(diào)服內(nèi)外穿著其他衣物,，且在外界環(huán)境溫度很高的情況下無法實現(xiàn)制冷效果,，僅在室內(nèi)環(huán)境工作人員中使用，目前還未在工業(yè)或軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。

1. 2 凝膠/冰袋冷卻空調(diào)服  

通過凝膠/冰袋進(jìn)行制冷的空調(diào)服內(nèi)層一般具有數(shù)個用來裝凝膠/冰袋的口袋,，人體熱量通過血液循環(huán)帶到體表后被凝膠或者冰袋吸收。通常情況下,，單個冰袋的質(zhì)量為400 ～ 700 g,，空調(diào)服內(nèi)使用2 ～ 6個，計算結(jié)果表明,，1 kg 冰融化可吸熱335 kJ,。使用凝膠/冰袋空調(diào)服可有效降低高溫環(huán)境中穿著者的心率以及體表溫度。

通過凝膠/冰袋進(jìn)行冷卻的空調(diào)服結(jié)構(gòu)簡單,，成本低廉,，且凝膠/冰袋可以重復(fù)利用。凝膠/冰袋冷卻空調(diào)服具有以下幾個缺點:

1) 凝膠/冰袋使用過后需要重新冷凍才能再使用( 過程可能需要數(shù)小時) ; 

2) 凝膠/冰袋在使用過程中表面會產(chǎn)生冷凝水,，浸透衣物后增加空調(diào)服穿著者的不適,，可能導(dǎo)致皮膚過敏; 

3) 凝膠/冰袋的溫度較低，穿著過程中緊貼皮膚可能導(dǎo)致血管收縮,，導(dǎo)致皮膚附近外周血回流,，反而影響了人體的自身溫度調(diào)節(jié)機制，導(dǎo)致身體核心溫度上升,、心跳加快,。

1. 3 相變冷卻空調(diào)服   

相變冷卻空調(diào)服基于相變材料(PCM) 可在相變時吸收熱量但溫度不發(fā)生變化的原理，吸收人體表面熱量,，降低人體溫度,。常用的相變材料有基于石蠟、聚乙二醇( PEG)等的混合物,，其常見的融化吸熱溫度區(qū)間為20 ～ 40 ℃; 在人體正常體溫范圍內(nèi),，其固化吸熱的溫度區(qū)間為-30 ～10 ℃。

相變材料與空調(diào)服的常見結(jié)合方式有3 種: 

1) 將相變材料袋( 5 ～ 15 cm 大小) 裝入空調(diào)服內(nèi)的口袋中; 

2) 將含有相變材料的微膠囊( 10 ～100 μm) 編織在空調(diào)服中;

3) 將相變材料納米纖維埋藏在空調(diào)服織物中。

從相變制冷空調(diào)服相變材料的排布方式看,，將含有微膠囊纖維編織成的空調(diào)服透氣性較好,，柔軟舒適，但是由于相變材料的總量不足,，只能維持大約15 W 的吸熱,，且能持續(xù)使用的時間不足; 使用袋裝相變材料的空調(diào)服則由于與人體貼合面積較大，不利于濕氣排出,，且影響了織物的柔軟度,，穿著不舒適。

與其他制冷方式的空調(diào)服相比,，相變制冷的空調(diào)服具有以下獨特優(yōu)勢:

1) 相變吸熱過程中材料溫度不發(fā)生改變,，不會像冰袋制冷那樣可能造成皮膚凍傷，能夠貼身穿戴降低熱損失; 

2) 相變材料使用后從液態(tài)到固態(tài)的恢復(fù)快,，只需要在冷水中浸泡約20 min,。

其缺點為: 

1) 與冰袋相比，吸熱量不足,，難以維持長時間( 3h 以上) 的工作; 

2) 某些相變材料具有一定毒性,，破裂后與人體直接接觸可能導(dǎo)致傷害。

1. 4 液體冷卻空調(diào)服   

凝膠/冰袋以及相變冷卻2 種空調(diào)服的工作方式均為被動工作,，其吸熱量和速度并不能人為進(jìn)行控制,，而液體冷卻空調(diào)服則通過冷卻液在換熱管道中循環(huán)的方式帶走人體多余熱量，這種制冷方式可根據(jù)人體和空調(diào)服的工作情況對液體工質(zhì)的溫度和流量進(jìn)行實時控制,，具有主動控制的能力,，代表了制冷空調(diào)服未來的發(fā)展方向。

早期的液體冷卻空調(diào)服是提供給空間環(huán)境中的宇航員使用,，在美國阿波羅計劃中登月用空調(diào)服就是基于液體冷卻原理,。到目前為止，液體冷卻空調(diào)服已被廣泛應(yīng)用在工業(yè),、礦井,、消防、醫(yī)療等領(lǐng)域,。液體冷卻空調(diào)服通常由液體儲存罐,、循環(huán)泵、換熱器,、空調(diào)服內(nèi)排布的換熱管道以及各類流量和溫度傳感器組成,。

目前液體冷卻空調(diào)服對液體工質(zhì)的冷卻方法有2 種: 

使用冰塊等制冷劑對液體工質(zhì)進(jìn)行冷卻或者使用類似空調(diào)原理的壓縮機系統(tǒng)對液體工質(zhì)進(jìn)行冷卻。其中: 利用冰塊,、冰袋等在換熱槽中對液體工質(zhì)進(jìn)行冷卻的方法較為常見且成本較低; 使用壓縮機系統(tǒng)對循環(huán)液體工質(zhì)進(jìn)行冷卻的研究還集中于軍用方面,。

大部分現(xiàn)有研究中,，液體循環(huán)冷卻空調(diào)服由3 層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，外層保護(hù)層,、中間層以及內(nèi)層與皮膚接觸層,，液體工質(zhì)循環(huán)管道被縫制在中間層與內(nèi)層之間。由于需要保證換熱管與皮膚的緊密接觸提高換熱效率,，空調(diào)服的外形設(shè)計上往往采取了一定程度的收緊,。目前大部分換熱管采用了聚氯乙烯( PVC) 材質(zhì)，內(nèi)徑為1.5 ～1.7 mm,，長度為90 ～ 100 m,，覆蓋了15% ～ 20%的皮膚面積,，典型的循環(huán)速度為0.5 ～2 g /s,，換熱速度為100～ 400 W。

常用的液體工質(zhì)為水,，或者50%水和50%丙二醇的混合物,。

目前液體冷卻空調(diào)服作為空調(diào)服領(lǐng)域應(yīng)用前景最為廣泛的技術(shù)，具有以下幾個顯著優(yōu)點:

1) 換熱量可以根據(jù)空調(diào)服內(nèi)外溫濕度環(huán)境的變化利用液體工質(zhì)循環(huán)速度進(jìn)行調(diào)節(jié); 

2) 與其他被動式制冷空調(diào)服相比,，持續(xù)使用時間長; 

3) 換熱管可對頭部進(jìn)行冷卻,，這是其他制冷空調(diào)服技術(shù)不能實現(xiàn)的。

液冷空調(diào)服作為未來智能服裝的發(fā)展方向,，還需克服以下幾個缺點:

1) 提高換熱效率,，減少空調(diào)服質(zhì)量，需要開展空調(diào)服內(nèi)層織物,、換熱管外形等方面的研究;

2) 需要與生命體征傳感器結(jié)合,，實現(xiàn)根據(jù)維持人體生命體征的需要，對空調(diào)服的運行進(jìn)行主動調(diào)節(jié)的目的; 

3) 優(yōu)化空調(diào)服的外形結(jié)構(gòu),，以適應(yīng)不同體型的人群穿著,，優(yōu)化換熱管的排布，提高換熱效率; 

4)考慮和增強頭部制冷,，頭部的發(fā)熱量僅次于軀干且頭部過熱會直接導(dǎo)致神志不清甚至昏厥,，在后續(xù)的空調(diào)服研究中，需要充分考慮頭部冷卻的需要,。

表1所示內(nèi)容對上述討論的幾種空調(diào)服在換熱介質(zhì)、空調(diào)服成本,、換熱速度,、工作時間、穿戴舒適程度這幾個方面進(jìn)行了比較,。實際研究和應(yīng)用中,，還需要根據(jù)不同使用場合的具體需要合理選擇,。在制冷空調(diào)服的試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)上，目前國內(nèi)尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),，國外可以參考的空調(diào)服檢測標(biāo)準(zhǔn)有2 項: 

一是用于穿戴在暖體假人身上的空調(diào)服試驗標(biāo)準(zhǔn),，ASTMF2371—2010e1《加熱人體模型測量個人冷卻系統(tǒng)的換熱效率標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》;

二是用于真人穿戴空調(diào)服的試驗檢測方法，ASTM F2300—2010《個人冷卻系統(tǒng)的性能測試方法》,。