CN103207207A

CN103207207A - 一种被服热阻测试装置

Info

Publication number: CN103207207A
Application number: CN2013101003591A
Authority: CN
Inventors: 刘艳峰; 马超; 王登甲; 刘加平
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: CN103207207B

Abstract

本发明公开了一种被服热阻测试装置，由恒温室、假人模型系统和试验床组成，其中，假人模型系统包括假人模型，在假人模型的外表面上有电阻丝和薄铜皮，电阻丝通过导线连接加热控制器，在薄铜皮上分布有热电偶，热电偶通过导线连接多通道温度测试仪，薄铜皮的外表面用于放置被服；恒温室包括简易室，室外空调机组，温度控制器，孔板送风口，百叶回风口和空气温度传感器；孔板送风口和百叶回风口构成上送下回的气流，通过室外空调机组和温度控制器的控制可使恒温室有均匀的温度场和速度场；利用热平衡原理，根据假人模型表面温度与恒温室的空气温度的温差及为保持假人模型表面温度恒定所需的供热量可计算得到被服的热阻值。

Description

一种被服热阻测试装置

技术领域

本发明属于热传递领域，涉及一种被服热阻测试装置，主要适用测试被褥、毯子等织物热阻值，以解决人体夜间休眠时，被服的隔热保温作用及人体热舒适性的评价等问题。

背景技术

被服是人类最基本的需要之一，人体休息时影响人体热舒适的重要因素，对人的生存和生活具有重要意义。随着人类的发展进步，人们对被服舒适性的要求越来越高，同时被被服种类也越来越多，如棉被、羊绒被、羽绒被和蚕丝被等。被服防寒保暖是它的主要功能，尤其是在冬季休息时，被服体现了重要的保温作用。热阻值是定量评价服装隔热性能的重要指标，其准确性对设计、制作及休眠时人体热舒适的合理评价具有积极作用。

目前，被服生产制造过程中多从定性的角度确定其防寒保暖作用，未对被服热阻进行测试，无法定量的评价被服的隔热保温性能，因此对于被服的选用只能根据经验给出。这对于科学的设计、制作被服及其在不同地区、季节及领域等条件下的广泛应用产生了一定的局限性。同时，未掌握被服热阻，也难以准确评价休眠时人体热舒适状况。

发明内容

针对目前被服热阻难以准确获得的问题，本发明的目的在于，提供一套被服热阻的测试装置。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种被服热阻测试装置，其特征在于，由恒温室、假人模型系统和试验床组成，其中，假人模型系统和试验床均位于恒温室内部，假人模型放置在试验床上；

所述的假人模型系统包括假人模型，在假人模型的外表面上有电阻丝和薄铜皮，电阻丝通过导线连接加热控制器，在薄铜皮上分布有热电偶，热电偶通过导线连接多通道温度测试仪，薄铜皮的外表面用于放置被服；

所述的试验床由简易试验床和保温板组成；

所述的恒温室包括简易室，室外空调机组，温度控制器，孔板送风口，百叶回风口和空气温度传感器；孔板送风口和百叶回风口构成上送下回的气流，通过室外空调机组和温度控制器的控制可使恒温室有均匀的温度场和速度场；利用热平衡原理，根据假人模型表面温度与恒温室的空气温度的温差及为保持假人模型表面温度恒定所需的供热量可计算得到被服的热阻值。

本发明的被服热阻测试装置所带来的技术效果是：

1、解决了被服热阻的难以测试问题

通过由恒温室、假人模型系统和试验床组成的一整套被服热阻测试装置，利用热平衡原理，可解决被服热阻测试问题。

2、装置使用方便，操作性强

假人模型系统结构简单易制作，测试过程操作简单，只需调节温度控制器使测试空间处于恒温状态，进而测得模型假人表面温度、恒温室空气温度及电阻丝发热功率，便可进行计算。

3、对被服制作及准确评价睡眠时人体热舒适性有积极意义

通过完善的测试系统可准确掌握被服热阻值，对被服设计、制作提供合理的物性参数，进而对准确的评价休眠时人体热舒适性提供基础数据。

附图说明

图1是本发明的被服热阻测试装置的结构示意图；

图2是恒温室的简示意图；

图3是假人模型及加热系统示意图；

图4是假人模型表面温度测试系统示意图；

图5是试验床示意图；

图6是假人模型上放置被服的截面图。

图中的标号分别表示：1、简易室，2、室外空调机组，3、温度控制器，4、孔板送风口，5、百叶回风口，6、空气温度传感器，7、假人模型，8、电阻丝，9、加热控制器，10、导线，11、薄铜皮，12、多通道温度测试仪，13、热电偶，14、简易试验床，15、保温板，16、被服。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1～图6，本实施例给出一种被服热阻测试装置，由恒温室、假人模型系统和试验床组成，其中，假人模型系统和试验床均位于恒温室内部，假人模型放置在试验床上；被服热阻的测试在恒温室的内部完成。

假人模型系统包括假人模型7，在假人模型7的外表面上有电阻丝8和薄铜皮11，电阻丝8通过导线10连接加热控制器9，在薄铜皮11上分布有热电偶13，热电偶13通过导线10连接多通道温度测试仪12，薄铜皮11的外表面用于放置被服16；

所述的试验床由简易试验床14和保温板15组成；

图2为恒温室结构，包括简易室1，室外空调机组2，温度控制器3，孔板送风口4，百叶回风口5和空气温度传感器6；孔板送风口4设置在恒温室上部，百叶回风口5设置在下部，以使室内拥有均匀的温度场和速度场。空气温度传感器在设置距地面在1.5m左右，在简易试验床14上方。

孔板送风口4和百叶回风口5构成上送下回的气流，通过室外空调机组2，温度控制器3使恒温室有均匀的温度场和速度场；利用热平衡原理，根据假人模型7表面温度与恒温室的空气温度的温差及为保持假人模型7表面温度恒定所需的供热量可计算得到被服16的热阻值。

其中，简易室1的结构层采用不锈钢板、内层采用聚氨酯或岩棉等保温材料，恒温室通过室外空调机组2，温度控制器3采用PID温度控制器，以提高室内温度的精确度和稳定性。

图3为假人模型系统，由于被服热阻与被服形状有一定关系，考虑到人休息时姿势和被服的形状，将人体模型简化为假人模型系统，其中的假人模型7采用硬塑料半圆柱体，半圆柱体上均匀缠绕镍铬电阻丝8，镍铬电阻丝8连接加热控制器9，同时为了测试时假人模型7上被服16受热的均匀性，在假人模型7上放置具有较好传热效果半圆筒面的薄铜皮11。假人模型7表面分布热电偶13，用可同时测多点的多路温度测试仪12与电偶13连接。考虑常用被服的尺寸和便于实验操作，假人模型7的半径取0.5m，长度取1.5m。

考虑到假人模型7表面温度和恒温室空气之间的温差，加热控制器9通过镍铬电阻丝8将假人模型7表面温度调节至高于37℃，并具有一定的调节范围。

图4为假人模型7表面上的温度测试系统，包括薄铜皮11，多通道温度测试仪12，热电偶13。为了使假人模型7和被服16接触表面温度均匀，在假人模型7表面设置和假人模型接触紧密的半圆筒面薄铜皮11，同时热电偶13设置在薄铜皮11表面。为使假人模型7表面温度测试的准确性，在薄铜皮11最顶部和侧面均匀的取多个测点。

图5为试验床，简易试验床14采用木板制作，其高度应当适用于实验人员的操作，简易试验床14床面尺寸大于假人模型7以便于测试，为了减小测试时假人模型7散热量，简易试验床14上铺装尺寸略大于假人模型7底面积的保温板15。

人体在铺盖被服休息时，人体-服装-环境三者之间复杂的热交换过程中，被服在人与环境之间既有隔热作用，又有导热作用。人体的散热量通过人体与被服的接触以导热的形式向被服传递，同时热量通过被服外表面以对流换热的形式向环境传热。该被服热阻测试装置利用热平衡原理，假人模型测被服热阻是根据被服热阻与假人表面温度与恒温室空气温度的温差及为保持假人模型表面温度恒定所需的供热量计算得到被服的热阻值。

借鉴服装热阻的常用测试指标：服装总热阻和服装热阻，定义假人模型表面到被服外表环境空气的热阻为服装总热阻I_t，假人表面到被服外表面的热阻为被服热阻I_cl，被服热阻I_cl指的是被服本身的显热热阻，即不考虑人体表面水蒸气蒸发被服热阻的影响，被服外表面对流换热热阻为I_a，单位为clo。被服热阻值可根据以下方法计算：

根据热平衡原理，按圆筒壁的传热计算方法，则有：

Q = \frac{π r_{2} l (T_{s} - T_{a})}{\frac{r_{2}}{λ} \ln \frac{r_{2}}{r_{1}} + \frac{1}{h}} - - - (1)

其中，Q为假人模型的加热功率（考虑电阻丝的热量损失），W；r₁为假人模型的半径，m；r₂为假人模型铺盖被服后模型半径，m，（参见图6）；λ为被服的导热系数，W/(m·K)；l为假人模型的长度，m；T_s为假人模型表面温度（由于薄铜皮具有较高的导热性能，近似认为假人模型和薄铜皮表面温度相等），℃；T_a为空气温度，℃；h为被服外表面和恒温室空气对流换热系数，W/(m²·K)。

由式（1）得：

I_{t} = \frac{A (T_{s} - T_{a})}{0.155 Q} - - - (2)

I_cl＝I_t-I_a （3）

其中，I_t为被服总热阻，clo；I_cl为被服热阻，I_cl即clo；I_a为被服外表面对流换热热阻，clo，I_a即

A为铺盖在假人模型上的被服上表面面积，A即πr₂l，m²。

被服热阻测试装置利用热平衡原理，被服热阻是根据被服热阻及假人模型7表面温度与恒温室空气温度的温差及为保持假人模型表面温度恒定所需的供热量计算得到被服的热阻值。

将缠绕有电阻丝8的假人模型7放置在有保温板15的简易试验床14上，在假人模型7上放置导热性能良好的薄铜皮11，并在薄铜皮11的最顶部和侧部均匀布置多个热电偶13，把被服16较整齐的铺盖在假人模型7上，对缠绕有电阻丝8的假人模型7进行加热并保持一定的加热功率。启动恒温室控制系统（室外空调机组2和温度控制器3），保持简易室1的室内处于接近恒温状态，考虑到实验人员的热舒适性，恒温室空气控制温度尽量保持在人体舒适范围内，同时使薄铜皮11表面温度和恒温室空气温度存在一定的温差。根据多通道温度仪测得薄铜皮11表面温度，温度控制器3显示的恒温室空气温度，加热控制器9加热的功率（需要考虑假人模型中电阻丝向下的热量损失），铺盖在假人模型7上被服16上表面积A及被服16外表面和恒温室空气的对流换热系数h。根据计算式（2）（3）可计算得被服热阻为：

I_{cl} = \frac{A (T_{s} - T_{a})}{0.155 Q} - I_{a} - - - (4)

为了被服热阻测试结果的准备性，可调节加热控制器9和温度控制器3，使假人模型表面温度与恒温室空气温度二者有不同温度差，多次计算得出被服热阻。

Claims

1.一种被服热阻测试装置，其特征在于，由恒温室、假人模型系统和试验床组成，其中，假人模型系统和试验床均位于恒温室内部，假人模型放置在简易试验床上；

所述的假人模型系统包括假人模型（7），在假人模型（7）的外表面上有电阻丝（8）和薄铜皮（11），电阻丝（8）通过导线（10）连接加热控制器（9），在薄铜皮（11）上分布有热电偶（13），热电偶（13）通过导线（10）连接多通道温度测试仪（12），薄铜皮（11）的外表面用于放置被服（16）；

所述的试验床由简易试验床（14）和保温板（15）组成；

所述的恒温室包括简易室（1），室外空调机组（2），温度控制器（3），孔板送风口（4），百叶回风口（5）和空气温度传感器（6）；孔板送风口（4）和百叶回风口（5）构成上送下回的气流，通过室外空调机组（2），温度控制器（3）的控制，使恒温室有均匀的温度场和速度场；利用热平衡原理，根据假人模型（7）表面温度与恒温室的空气温度的温差及为保持假人模型（7）表面温度恒定所需的供热量可计算得到被服（16）的热阻值。

2.如权利要求1所述的被服热阻测试装置，其特征在于，所述的假人模型（7）为半圆柱体，采用硬塑料制作。

3.如权利要求1所述的被服热阻测试装置，其特征在于，所述的简易室（1）的结构层采用不锈钢板、内层采用聚氨酯或岩棉保温材料。