一種被服熱阻測試裝置的製作方法

2023-08-03 09:15:26 1

專利名稱：一種被服熱阻測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱傳遞領域，涉及一種被服熱阻測試裝置，主要適用測試被褥、毯子等織物熱阻值，以解決人體夜間休眠時，被服的隔熱保溫作用及人體熱舒適性的評價等問題。
背景技術：
被服是人類最基本的需要之一，人體休息時影響人體熱舒適的重要因素，對人的生存和生活具有重要意義。隨著人類的發展進步，人們對被服舒適性的要求越來越高，同時被被服種類也越來越多，如棉被、羊絨被、羽絨被和蠶絲被等。被服防寒保暖是它的主要功能，尤其是在冬季休息時，被服體現了重要的保溫作用。熱阻值是定量評價服裝隔熱性能的重要指標，其準確性對設計、製作及休眠時人體熱舒適的合理評價具有積極作用。目前，被服生產製造過程中多從定性的角度確定其防寒保暖作用，未對被服熱阻進行測試，無法定量的評價被服的隔熱保溫性能，因此對於被服的選用只能根據經驗給出。這對於科學的設計、製作被服及其在不同地區、季節及領域等條件下的廣泛應用產生了一定的局限性。同時，未掌握被服熱阻，也難以準確評價休眠時人體熱舒適狀況。

發明內容
針對目前被服熱阻難以準確獲得的問題，本發明的目的在於，提供一套被服熱阻的測試裝置。為了實現上述任務，本發明採用如下的技術解決方案:一種被服熱阻測試裝置，其特徵在於，由恆溫室、假人模型系統和試驗床組成，其中，假人模型系統和試驗床均位於恆溫室內部，假人模型放置在試驗床上；所述的假人模型系統包括假人模型，在假人模型的外表面上有電阻絲和薄銅皮，電阻絲通過導線連接加熱控制器，在薄銅皮上分布有熱電偶，熱電偶通過導線連接多通道溫度測試儀，薄銅皮的外表面用於放置被服；所述的試驗床由簡易試驗床和保溫板組成；所述的恆溫室包括簡易室，室外空調機組，溫度控制器，孔板送風口，百葉迴風口和空氣溫度傳感器；孔板送風口和百葉迴風口構成上送下回的氣流，通過室外空調機組和溫度控制器的控制可使恆溫室有均勻的溫度場和速度場；利用熱平衡原理，根據假人模型表面溫度與恆溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恆定所需的供熱量可計算得到被服的熱阻值。本發明的被服熱阻測試裝置所帶來的技術效果是:1、解決了被服熱阻的難以測試問題通過由恆溫室、假人模型系統和試驗床組成的一整套被服熱阻測試裝置，利用熱平衡原理，可解決被服熱阻測試問題。2、裝置使用方便，操作性強假人模型系統結構簡單易製作，測試過程操作簡單，只需調節溫度控制器使測試空間處於恆溫狀態，進而測得模型假人表面溫度、恆溫室空氣溫度及電阻絲髮熱功率，便可進行計算。3、對被服製作及準確評價睡眠時人體熱舒適性有積極意義通過完善的測試系統可準確掌握被服熱阻值，對被服設計、製作提供合理的物性參數，進而對準確的評價休眠時人體熱舒適性提供基礎數據。


圖1是本發明的被服熱阻測試裝置的結構示意圖；圖2是恆溫室的簡示意圖；圖3是假人模型及加熱系統示意圖；圖4是假人模型表面溫度測試系統示意圖；圖5是試驗床示意圖；圖6是假人模型上放置被服的截面圖。圖中的標號分別表示:1、簡易室，2、室外空調機組，3、溫度控制器，4、孔板送風口，
5、百葉迴風口，6、空氣溫度傳感器，7、假人模型，8、電阻絲，9、加熱控制器，10、導線，11、薄銅皮，12、多通道溫度測試儀，13、熱電偶，14、簡易試驗床，15、保溫板，16、被服。下面結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步的詳細說明。
具體實施例方式參見圖1 圖6，本實施例給出一種被服熱阻測試裝置，由恆溫室、假人模型系統和試驗床組成，其中，假人模型系統和試驗床均位於恆溫室內部，假人模型放置在試驗床上；被服熱阻的測試在恆溫室的內部完成。假人模型系統包括假人模型7，在假人模型7的外表面上有電阻絲8和薄銅皮11，電阻絲8通過導線10連接加熱控制器9，在薄銅皮11上分布有熱電偶13，熱電偶13通過導線10連接多通道溫度測試儀12，薄銅皮11的外表面用於放置被服16 ；所述的試驗床由簡易試驗床14和保溫板15組成；圖2為恆溫室結構，包括簡易室1，室外空調機組2，溫度控制器3，孔板送風口 4，百葉迴風口 5和空氣溫度傳感器6 ;孔板送風口 4設置在恆溫室上部，百葉迴風口 5設置在下部，以使室內擁有均勻的溫度場和速度場。空氣溫度傳感器在設置距地面在1.5m左右，在簡易試驗床14上方。孔板送風口 4和百葉迴風口 5構成上送下回的氣流，通過室外空調機組2，溫度控制器3使恆溫室有均勻的溫度場和速度場；利用熱平衡原理，根據假人模型7表面溫度與恆溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型7表面溫度恆定所需的供熱量可計算得到被服16的熱阻值。其中，簡易室I的結構層採用不鏽鋼板、內層採用聚氨酯或巖棉等保溫材料，恆溫室通過室外空調機組2，溫度控制器3採用PID溫度控制器，以提高室內溫度的精確度和穩定性。圖3為假人模型系統，由於被服熱阻與被服形狀有一定關係，考慮到人休息時姿勢和被服的形狀，將人體模型簡化為假人模型系統，其中的假人模型7採用硬塑料半圓柱體，半圓柱體上均勻纏繞鎳鉻電阻絲8，鎳鉻電阻絲8連接加熱控制器9，同時為了測試時假人模型7上被服16受熱的均勻性，在假人模型7上放置具有較好傳熱效果半圓筒面的薄銅皮U。假人模型7表面分布熱電偶13，用可同時測多點的多路溫度測試儀12與電偶13連接。考慮常用被服的尺寸和便於實驗操作，假人模型7的半逕取0.5m，長度取1.5m。考慮到假人模型7表面溫度和恆溫室空氣之間的溫差，加熱控制器9通過鎳鉻電阻絲8將假人模型7表面溫度調節至高於37°C，並具有一定的調節範圍。圖4為假人模型7表面上的溫度測試系統，包括薄銅皮11，多通道溫度測試儀12，熱電偶13。為了使假人模型7和被服16接觸表面溫度均勻，在假人模型7表面設置和假人模型接觸緊密的半圓筒面薄銅皮11，同時熱電偶13設置在薄銅皮11表面。為使假人模型7表面溫度測試的準確性，在薄銅皮11最頂部和側面均勻的取多個測點。圖5為試驗床,簡易試驗床14採用木板製作,其高度應當適用於實驗人員的操作，簡易試驗床14床面尺寸大於假人模型7以便於測試，為了減小測試時假人模型7散熱量，簡易試驗床14上鋪裝尺寸略大於假人模型7底面積的保溫板15。人體在鋪蓋被服休息時，人體-服裝-環境三者之間複雜的熱交換過程中，被服在人與環境之間既有隔熱作用，又有導熱作用。人體的散熱量通過人體與被服的接觸以導熱的形式向被服傳遞，同時熱量通過被服外表面以對流換熱的形式向環境傳熱。該被服熱阻測試裝置利用熱平衡原理，假人模型測被服熱阻是根據被服熱阻與假人表面溫度與恆溫室空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恆定所需的供熱量計算得到被服的熱阻值。借鑑服裝熱阻的常用測試指標:服裝總熱阻和服裝熱阻，定義假人模型表面到被服外表環境空氣的熱阻為服裝總熱阻It，假人表面到被服外表面的熱阻為被服熱阻1。1;被服熱阻Id指的是被服本身的顯熱熱阻，即不考慮人體表面水蒸氣蒸發被服熱阻的影響，被服外表面對流換熱熱阻為Ia，單位為Clo。被服熱阻值可根據以下方法計算:根據熱平衡原理，按圓筒壁的傳熱計算方法，則有: Q = ^Ts-O⑴『+丄
λ f\ h其中，Q為假人模型的加熱功率(考慮電阻絲的熱量損失)，W 為假人模型的半徑，m;r2為假人模型鋪蓋被服後模型半徑，m，(參見圖6); λ為被服的導熱係數，W/(m.K)；I為假人模型的長度，m ；TS為假人模型表面溫度(由於薄銅皮具有較高的導熱性能，近似認為假人模型和薄銅皮表面溫度相等)，°c;Ta為空氣溫度，°C ;h為被服外表面和恆溫室空氣對流換熱係數，W/(m2.K)。由式(I)得:(2)
1 0.155(；Icl = It-1a (3)其中，It為被服總熱阻，clo ;Ιε1為被服熱阻，Icd即°.155^ln^，clo;Ia為被服
外表面對流換熱熱阻，clo, Ia即0.155_| ； A為鋪蓋在假人模型上的被服上表面面積，A即
HTi r2l, m2。被服熱阻測試裝置利用熱平衡原理，被服熱阻是根據被服熱阻及假人模型7表面溫度與恆溫室空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恆定所需的供熱量計算得到被服的熱阻值。將纏繞有電阻絲8的假人模型7放置在有保溫板15的簡易試驗床14上，在假人模型7上放置導熱性能良好的薄銅皮11，並在薄銅皮11的最頂部和側部均勻布置多個熱電偶13，把被服16較整齊的鋪蓋在假人模型7上，對纏繞有電阻絲8的假人模型7進行加熱並保持一定的加熱功率。啟動恆溫室控制系統(室外空調機組2和溫度控制器3),保持簡易室I的室內處於接近恆溫狀態，考慮到實驗人員的熱舒適性，恆溫室空氣控制溫度儘量保持在人體舒適範圍內，同時使薄銅皮11表面溫度和恆溫室空氣溫度存在一定的溫差。根據多通道溫度儀測得薄銅皮11表面溫度，溫度控制器3顯示的恆溫室空氣溫度，加熱控制器9加熱的功率(需要考慮假人模型中電阻絲向下的熱量損失)，鋪蓋在假人模型7上被服16上表面積A及被服16外表面和恆溫室空氣的對流換熱係數h。根據計算式(2) (3)可計算得被服熱阻為:
權利要求
1.一種被服熱阻測試裝置，其特徵在於，由恆溫室、假人模型系統和試驗床組成，其中，假人模型系統和試驗床均位於恆溫室內部，假人模型放置在簡易試驗床上； 所述的假人模型系統包括假人模型(7)，在假人模型(7)的外表面上有電阻絲(8)和薄銅皮(11)，電阻絲(8)通過導線(10)連接加熱控制器(9)，在薄銅皮(11)上分布有熱電偶(13)，熱電偶(13)通過導線(10)連接多通道溫度測試儀(12)，薄銅皮(11)的外表面用於放置被服(16); 所述的試驗床由簡易試驗床(14)和保溫板(15)組成； 所述的恆溫室包括簡易室(1)，室外空調機組(2)，溫度控制器(3)，孔板送風口(4)，百葉迴風口(5)和空氣溫度傳感器(6);孔板送風口(4)和百葉迴風口(5)構成上送下回的氣流，通過室外空調機組(2)，溫度控制器(3)的控制，使恆溫室有均勻的溫度場和速度場；利用熱平衡原理，根據假人模型(7)表面溫度與恆溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型(7)表面溫度恆定所需的供熱量可計算得到被服(16)的熱阻值。
2.如權利要求1所述的被服熱阻測試裝置，其特徵在於，所述的假人模型(7)為半圓柱體，採用硬塑料製作。
3.如權利要求1所述的被服熱阻測試裝置，其特徵在於，所述的簡易室(I)的結構層採用不鏽鋼板、內層採用聚氨酯或巖棉保溫材料。
全文摘要
本發明公開了一種被服熱阻測試裝置，由恆溫室、假人模型系統和試驗床組成，其中，假人模型系統包括假人模型，在假人模型的外表面上有電阻絲和薄銅皮，電阻絲通過導線連接加熱控制器，在薄銅皮上分布有熱電偶，熱電偶通過導線連接多通道溫度測試儀，薄銅皮的外表面用於放置被服；恆溫室包括簡易室，室外空調機組，溫度控制器，孔板送風口，百葉迴風口和空氣溫度傳感器；孔板送風口和百葉迴風口構成上送下回的氣流，通過室外空調機組和溫度控制器的控制可使恆溫室有均勻的溫度場和速度場；利用熱平衡原理，根據假人模型表面溫度與恆溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恆定所需的供熱量可計算得到被服的熱阻值。
文檔編號G01N25/20GK103207207SQ201310100359
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者劉豔峰, 馬超, 王登甲, 劉加平 申請人:西安建築科技大學