CN102507628A - 基于暖体假人的高温防护服测试实验系统 - Google Patents

Abstract

一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，包括高温舱室，高温舱室的内部悬空设置有暖体假人，高温舱室内设置有热排风系统和高温辐射板，热排风系统和高温辐射板均与控制箱连接控制，暖体假人及其周围的探测器均与假人控制系统及数据采集系统相连，将假人穿上防护服，加热进行高温测试，模拟人体的热生理过程，使测试结果更贴近真实情况。

Description

基于暖体假人的高温防护服测试实验系统

技术领域

本发明涉及公共安全、消防安全技术等领域，具体涉及一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，可以用于开展公共安全和消防安全领域的高温环境中防护服的物理参数测定、防护服高温防护性能化测试、舒适度测试等。

背景技术

消防员和特殊产业的工人会经常暴露在强热辐射、高温的恶劣环境当中，而且持续的时间相差较大。在强辐射、高温的工作与应急环境当中，高温防护服被广泛使用。而防护服装的隔热性能直接关系到防护效能和人员安全，服装的穿着舒适度、热舒适度等指标则会直接影响到消防员的救援效率、工作的生产效率等。

我国近年来也出台了部分防护服性能的国家规定，如GB/T20097-2006《防护服一般要求》、GB 8965.1-2009《防护服装阻燃防护第1部分：阻燃服》、GA633-2006《消防员抢险救援防护服装》等。国际上，美国、欧盟等出台了一系列标准同时规定了防护服材料隔热性能，同时规范了防护性能的测试方法与标准流程。而国内目前针对防护服的防护性能如何测定仍缺乏统一认识，对于穿着舒适度等人因指标更是没有涉及，因此，研制一种可以推广的防护服防护性能与舒适性试验装置便十分必要。

传统的防护服测试手段主要采用加热平板对防护服纺织材料进行隔热性能测试，由于无法模拟真实着装状态，因而无法满足准确、真实地评价防护服在人体实际穿着时的战时性能的试验需求。而在火灾等高温环境中的研究人体热反应，或开展人体着装的测试，由于实验环境的危险性无法用真人进行实验，暖体假人便成为了一种可行的工具。

自20世纪40年代以下，暖体假人(Thermal Manikin)作为一种可以模拟人体与环境之间热湿交换的生物物理试验设备得到了长足的发展。其身材、物理参数与普通成年人相近，本体一般由金属材料或金属复合材料制作而成，采内部加热、内表面加热和外表面加热的方式模拟人体的体温或模拟人体代谢发热，先进的假人设备还具备发汗、呼吸等附加功能，不断应用于服装、环境等领域当中与人体舒适性相关的研究当中。

因此，建立一套以暖体假人为核心，在模拟灾害高温环境中对防护服在开展性能化测试的试验装置，对满足我国对防护服性能测试与试验研究的迫切需求有着重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷与能力上的不足，本发明的目的在于提供一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，创造一个可控的室内高温环境，利用暖体假人模拟人体在高温室内环境与环境间的热交互过程和人体热生理调节过程，令假人穿着防护服，满足根据不同实验工况准确进行防护服性能测试的研究需求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，包括高温舱室1，高温舱室1的内部悬空设置有暖体假人2，高温舱室1内设置有热排风系统3和高温辐射板4，热排风系统3和高温辐射板4均与控制箱5连接控制，暖体假人2及其周围的探测器11均与假人控制系统及数据采集系统6相连。

所述的高温舱室1由耐高温板材7搭建成空间基础支撑结构，高温辐射板4竖直放在高温舱室1内，在高温辐射板4与暖体假人2之间设置有可拆卸的辐射隔板8。

本发明使用与现有测试设备相比较更为先进的暖体假人来模拟人体的热生理过程，与现有的服装测试系统相比，本发明的优势明显：

(1)以暖体假人作为人体模拟设备，可以模拟保持体温恒定的生理活动，以及人体的发汗情况，拟真性更高，测试更为真实与准确。

(2)以暖体假人作为测试设备，在空间结构上更为接近人体着装的实际情况，使测试结果更贴近真实情况。

附图说明

图1是本发明的平面示意图

图2是本发明实施例的空间结构示意图

图3是本发明中控制箱5的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。

参照图1、图2，一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，包括高温舱室1，高温舱室1的内部悬空设置有暖体假人2，高温舱室1内设置有热排风系统3和高温辐射板4，热排风系统3和高温辐射板4均与控制箱5连接控制，暖体假人2及其周围的若干探测器11均与假人控制系统及数据采集系统6相连。

所述的高温舱室1由耐高温板材7搭建成空间基础支撑结构，高温辐射板4竖直放在高温舱室1内，在高温辐射板4与暖体假人2之间设置有可拆卸的辐射隔板8，高温舱室1还设置有观察窗9和舱门10，观察窗9用于观察高温舱室1内部的反应，舱门10用于放入和取出高温舱室1内的各个设备。

参照图3，所述的控制箱5包括主控芯片，主控芯片控制热排风系统3的风机开关和高温辐射板4的加热开关，控制箱5内的主控芯片包括高温加热控制单元，控制高温环境的加热模式，监测升温速率，记录高温舱室内的环境温度；主控芯片还包括热排风控制单元，控制高温环境在测试结束后热气排出系统的启动与停止。

所述的暖体假人2采用由多个与人体对应的解剖段组成的假人，假人按照人体的生理结构划分为：头部、胸部、背部、腹部、臀部、上肢、下脚、手、脚等独立解剖学区段。同时假人设备具备智能发热控制、发汗功能，且各区段可独立控制。

假人控制系统及数据采集系统6内的暖体假人控制单元控制暖体假人的发热速率、发汗速率等参数，并进行实时记录；参数测量单元由多个控制器与若干探测器11组成，用于监测舱室内、假人表面、服装内外表面等各点的温度、相对湿度等物理参数。

高温辐射板4的高温环境加热控制模式有两种：(1)恒功率模式和(2)恒温模式。(1)恒功率控制模式当中，设定加热系统的发热功率，使之保持在预设的功率值进行测试；(2)恒温模式当中，可为高温环境设定目标温度，利用自动控制系统智能控制加热系统的开关与功率，实现将环境温度在一定控制范围内的控制目的。

本发明的工作原理为：本发明中，高温辐射板4与暖体假人2置于高温舱室内部，其余各控制系统均置于舱室外部，高温排风系统出风口置于顶部，入风部置于侧面结构上。高温辐射板4与暖体假人2分别位于舱室两侧。高温辐射板4，立于舱室地面之上；暖体假人利用吊挂结构悬挂在舱室内，室内有多个吊挂点，可根据要求自行改变假人的悬挂位置。

本发明提出的基于暖体假人的高温防护服测试系统，在测试过程中，在为暖体假人2穿着好测试服装后，连接和打开各系统电源，启动各控制与采集系统，确认各个控制系统工作正常，以及采集系统可以正常采集数据，从而确认可以正常开始测试流程。启动运行于计算机上的假人控制单元，启动暖体假人进行预热，使假人表面温度达到人体表面温度的平均值35℃后，可以设定暖体假人继续保持体温以模拟人体的新陈代谢情况，以及人体的发汗水平。然后设定加热控制系统的控制模式，恒温模式下可设定为室温至400℃范围的温度控制模式，恒功率模式可设定为1至32kW定功率的发热模式。确认各部分功率正常后，关闭高温舱室防火门，启动高温加热板即可开始测试。利用暖体假人控制与采集系统得到的假人表面温度、表面热电阻得到的服装内、外表面温度以及室温等信息，可以得到高温下服装性能的测试结果。测试停止时，首先关闭高温加热系统，然后开始排风系统对房间进行降温，待到房间温度降低至35℃以下，可以停止排风进行自然降温。

下面为本发明的一个具体实施例

一、高温舱室1

耐高温结构：由耐高温库板组成。库板采用岩棉保温钢板，厚度100mm，容重100kg/m³，彩钢板的钢板厚度0.6mm。顶板与侧板布置：考虑高温舱室内温度最高可达400℃。因此，顶板和侧板岩棉保温板为100毫米+100毫米双层布置(层间为100毫米空气层)。同时，由于在升温过程中，通常使用的岩棉与钢板连接的化学胶，会融化和蒸发，钢板和岩棉之间会脱落，造成彩钢岩棉板材失去强度，发生变形。所以，本专利当中对舱体用螺栓加固的方式进行连接，从而增加整体强度，同时保证外观的美观。地板加固：考虑到地板的强度要求，在两层岩棉彩钢板的上面加铺一层防滑铝板

二、高温辐射板4即辐射热源

本实施例中使用碳化硅红外加热板作为热源，由32块组合成为宽1.0米、高0.8米的热辐射面，装配支架后底端距地面0.8米，从而构成高温系统的热源。产生的最大辐射热通量为40kW/m²，辐射总功率为0至32kW，步进为1kW。加热板使用稳压电源保证加热器的工作功率。

三、辐射隔板8

本实例当中使用宽2.0米、高1.6米的铝合金百叶形结构构成阻隔直接辐射的隔板，百叶结果面向辐射板一面加装金属衬网以保证吸热与升温均匀，同时增加了隔板的机械强度。外部使用角钢构成外框，挂于基于舱室顶部的悬挂系统之上，底端距地面0.4米。安装后，可以完全遮挡辐射板对假人的直接辐射角度。

四、热排风系统3

排风通过消防排烟风机直接排出室外。通过计算确定热通风系统功率：经过冬季、夏季两个工况的热力计算，得到排热必须的最大风量，确定了使用，风速定为6米/秒，风量3000立方米/小时。

五、暖体假人2

本实施例中，使用美国西北测试科技公司的型号为“NEWTON”的20区暖体假人。本实施例中，使用美国西北测试科技公司的型号为“NEWTON”的20区暖体假人。此模型由环氧金属组成基本结构，内置加热装置、温度传感器，同地配备发汗系统。借助专用的计算机软件可以进行控制与数据的采集。计算机与假人电控箱相连，电控箱再与假人通过电缆进行连接。发汗系统包括水泵箱、去离子水桶以及水管等组成。

六、控制箱5

本实施例当中，高温加热控制与监测单元以及热排风控制单

元使用一体化设计旋转于一个控制箱5内。使用PLC自动控制电路，对加热、热排风系统进行智能控制、数据记录。使用触摸式控制屏幕进行实验参数的输入和设定、数据的显示等。

暖体假人2的控制通过运行于计算机上的控制软件实现，设定软件中的参数实现假人控制参数的设定。

在本实施例当中，对室内温度、相对湿度、假人表面温度、服装内外表面温度进行测量。在室温至60℃范围中，室内相对温度和相对湿度使用温湿度传感器进行监测，在60℃至400℃范围内，温度探测换为使用高温温度传感器进行监测。暖体假人2表面温度由假人自带的温度传感器进行监测，由软件完成记录。采用多个表面热电阻贴或夹在服装内、外之上，对服装内、外表面的温度进行监测。同时，使用多通道数据采集仪对环境温度、相对湿度、服装内外表面温度进行数据采集，集体仪与计算机相连实现数据的实时监测与记录。

Claims (2)

1.一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，其特征在于，包括高温舱室(1)，高温舱室(1)的内部悬空设置有暖体假人(2)，高温舱室(1)内设置有热排风系统(3)和高温辐射板(4)，热排风系统(3)和高温辐射板(4)均与控制箱(5)连接控制，暖体假人(2)及其周围的探测器(11)均与假人控制系统及数据采集系统(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于暖体假人的高温防护服测试实验系统，其特征在于，所述的高温舱室(1)由耐高温板材(7)搭建成空间基础支撑结构，高温辐射板(4)竖直放在高温舱室(1)内，在高温辐射板(4)与暖体假人(2)之间设置有可拆卸的辐射隔板(8)。

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