CN107748584A - 一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，包括产热装置、产湿装置、补水系统和控制系统，产热装置从外至内由表面绝缘层、电加热层、内绝缘层和人体模型组成；产湿装置自上而下由水箱、雾化水槽和底座组成，水箱和底座之间封装有电磁阀、超声波振子、小型风机、供电模块和控制模块；补水系统由补水箱、补水泵、补水电磁阀及补水分配管路组成；所述控制系统由电能表、产热装置控制器、电子秤、产湿装置控制器、温度传感器和上位机组成。本发明系统既可以用于模拟单个人体或人体群产热，同时也可以用于模拟单个人体或人体群产湿。能够实现人体或人群不同活动强度下的产热和产湿，并实现自动控制，操作方便，运行稳定，使用范围广泛。

Description

一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统

技术领域

本发明涉及一种人体模型系统，更具体的说，是涉及一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统。

背景技术

在建造环境中维持环境的温度和湿度是最基本要求之一，尤其是在对于空调精度要求较高的环境。在建筑环境尤其是人员密集环境中人员产热产湿对环境热湿条件有明显影响，是建造环境热控试验中关键因素之一。另外人是热控试验的研究对象和研究目标之一。因此，人员对于试验尤为重要。目前，建造环境热控试验中主要采用真人志愿者和假人模型两种方式。采用真人志愿者进行建造环境热控实验需要昂贵的资金支持。因此，国内外学者多采用假人模型代替真人进行热控实验。用于建造环境热控试验的假人模型应具备：(1)稳定，可靠的产热产湿功能；(2)产热分布与真人一致(3)实现人员不同活动强度下的热湿模拟。

目前，国外实用的假人模型功能复杂，成本非常高，一般机构无力购买。国内专利CN203455674公开了一种发热假人模型集群系统，包括发热假人模型，功率控制系统。该模型可以用于建造环境热控试验中仅对温度有严格要求的工况。建造环境中另外一个重要的参数为环境相对湿度，人员产湿对建造环境湿度有非常重要的影响。但是该产热假人模型并未考虑人体产湿量，无法实现对人员由于呼吸和出汗导致的湿量散发进行模拟。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，该系统既可以用于模拟单个人体或人体群产热，同时也可以用于模拟单个人体或人体群产湿。能够实现人体或人群不同活动强度下的产热和产湿，并实现自动控制，操作方便，运行稳定，使用范围广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，包括产热装置、产湿装置、补水系统和控制系统，所述产热装置从外至内由表面绝缘层、电加热层、内绝缘层和人体模型组成；所述产湿装置自上而下由水箱、雾化水槽和底座组成，水箱和底座之间封装有电磁阀、超声波振子、小型风机、供电模块和控制模块；所述补水系统由补水箱、补水泵、补水电磁阀及补水分配管路组成；所述控制系统由电能表、产热装置控制器、电子秤、产湿装置控制器、温度传感器和上位机组成。

所述电磁阀为横向设置的微型电磁阀，所述微型电磁阀连接有浮球液位开关。

所述电磁阀为竖向设置的推拉式电磁阀，所述推拉式电磁阀下部带有挡板，并在水箱下部对应挡板的位置设有开口，水箱顶部设有单向排气阀。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)增加了产湿模拟模块，不仅能够模拟人体显热散热还可以模拟人散湿量；(2)产湿装置可以实现自动补水，操作更为简便，可以满足长时间连续实验的需求；(3)该系统能实现了产热和产湿量的调节。

附图说明

图1-1和图1-2为本发明实施例1产热装置实物图；

图2为本发明实施例1产热装置结构原理示意图；

图3为本发明实施例1产湿装置结构示意图；

图4为本发明实施例2产湿装置结构示意图；

图5为本发明实施例补水系统结构示意图；

图6为本发明实施例控制系统原理示意图；

图7为本发明产热装置控制流程图；

图8为本发明产湿装置控制流程图；

图9为本发明补水控制流程图。

附图标记：1—假人模特，2—电加热片，3—绝缘层，4—水箱，5—雾化水槽，6—底座，7—供电模块，8—控制模块，9—超声波振子，10—小型风机，11—补水管，12—微型电磁阀，13—浮球液位开关，14—单向排气阀，15—推拉式电磁阀，16—挡板，17—开口，18—补水箱，19—补水泵，20—补水电磁阀，21—产湿装置，22—电子秤，23—产热装置，24—电源，25—光固态继电器，26—变压稳压装置，27—上位机，28—产热装置控制器，29—电能表，30—温度采集模块，31—补水系统控制模块，32—电缆，33—信号线，34—热电阻

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

建造环境热控试验人体热湿模拟系统主要有图1中所示的产热装置，图3或图4中所示的产湿装置，图5中的补水系统及图6所示的控制系统组成。下面分别说明不同部分的组成和工作过程。

产热装置是由图1-1中的假人模特1，镍铬合金电加热片2，以及绝缘层3组成；将镍铬合金电加热片2按照热量分配缠绕在假人模特1表面，电加热片2的缠绕实施方式如图2所示。图2中所示缠绕方式为本装置的实施方式之一。在产热假人模特1与镍铬合金电加热片2之间，以及电加热片2外表面敷设绝缘层3，实施效果图如图1-2所示。

产湿装置总体上由产湿装置水箱4，雾化水槽5，底座6组成；在雾化水槽5底部安装有用于产生水雾的超声波振子9，在供电模块7和控制模块8的驱动下，将水雾化，并由小型风机10将水雾携带进入环境，实现散湿的目的。当加湿装置水箱4内水用完后，通过补水管11，向水箱4内补水。图3和图4为产湿装置实施的两种方案。图3中产湿装置水箱4和雾化水槽5之间通过微型电磁阀12控制，当雾化水槽内水位低于下限时，水箱4内水流入雾化水槽5，保持雾化水槽内液位在最佳范围内。图4中采用推拉式电磁阀15控制产湿装置水箱4与雾化水槽5之间的连通，根据压力差维持雾化水槽5内水位在较小范围内波动。

图3与图4中两种实施方案的主要区别是：在加湿装置运行阶段，图3中微型电磁阀12根据浮球液位开关13发出的电信号实现开闭，从而实现加湿水箱4内的水流入雾化水槽5。当雾化水槽内水位到达下限时，浮球液位开关13闭合，微型电磁阀12导通，水箱4内水依靠重力作用经过微型电磁阀12流入雾化水槽5；当雾化水槽5内液位到达上限浮球液位开关13上限开关闭合，微型电磁阀12关闭。这种方案在单位时间内加湿量较大的情况下，微型电磁阀12开启关闭较为频繁，因此该实施方案适用于单位时间内加湿量较小的情况。图4中为第二种实施方案，该方案中采用推拉式电磁阀15带动其下部的挡板16控制加湿装置水箱4下部的开口17与雾化水槽5的连通。在加湿装置超声波振子9运行阶段，推拉式电磁阀15下部的挡板16与加湿水箱下部开口17是分离状态，加湿装置水箱4与雾化水槽处于连通状态。由于加湿水箱4上部单向排气阀14为单向的因此能保证其密闭，因此雾化水槽5能够自动保持水位，当雾化水槽5内的水位低于加湿水箱4出口位置时，水箱4内的水依靠压力差流入雾化水槽5内，并有一部分空气从水箱下部开口17进入产湿装置水箱4；当雾化水槽5内水面淹没加湿装置水箱最下部的开口17压力达到平衡时，水停止流动。当加湿水箱4处于补水阶段时，推拉式电磁阀15带动其下部挡板将水箱4与雾化水槽5隔离。通过补水管11向水箱内补水时由于水箱内压力升高，箱体内空气通过自动单向排气阀14排出。图4所示的实施方案，推拉式电磁阀15工作时间短，且雾化水槽5内的水位波动较小，适用于任何产湿量的情况。

补水系统结构如图5所示，补水系统主要由补水箱18，补水泵19，补水电磁阀20，补水管11和电子秤22组成。工作过程如下：电子秤22用来监测位于其上方的产湿装置21的总重量，当总量小于下限值时，补水泵19和补水电磁阀20同时开启，补水箱18内的水，在水泵19的作用下通过补水管11送入水箱4；当电子秤22示数达到上限时，对应管路布水电磁阀20关闭，停止向加湿装置水箱4内补水，当所有并联的产湿装置21补水完成后补水泵19关闭。

该建造环境热控试验人体(群)热湿模拟装置供电及控制原理如图6所示。产热装置供电主要是通过电源24通过电缆32连接，分别经过光固态继电器25，进入变压稳压装置26，经过电能表29，最后进入末端产热装置23。

产热装置控制系统由上位机27通过信号线33连接至产热装置控制器28控制光固态继电器25；并将贴在产热装置23表面的热电阻34采集的信号传递至温度采集模块30，并同电能表29采集的耗电量一起通过信号线33接至上位机27。

产热装置的控制流程如图7所示。产热装置控制步骤如下：

1)在上位机27上设定产热装置23加热量；

2)根据设定参数，推算产热装置23运行占空比，并通过信号线33将信号传递给产热装置控制器28；

3)产热装置控制器28控制光固态继电器25的导通时间和间隔时间；

4)电能表29监测产热装置23的加热功率，反馈给上位机27；

5)上位机27将设定值与反馈的加热功率比较，通过PID调节的方式调节运行占空比。

具体的，产湿装置供电主要包括：电源24通过电缆32接到变压稳压装置26并接至产湿装置供电模块7和电子秤22。

产湿装置控制部分主要有上位机通过信号线33控制产湿装置的控制模块8，并通过电子秤22采集加湿装置21总重量通过信号线33传递至上位机27。

产湿装置控制流程如图8所示；产湿量装置控制步骤如下：

1)上位机27中设定单位时间产湿量；

2)根据设定参数，推算产湿装置控制模块8数字电位器的电阻值，并通过信号线33将信号传递给产湿装置控制模块8；

3)产湿装置控制模块8的输出电压控制超声波振子9的加湿速率；

4)电子秤22监测产湿装置21的总重量，将数据传递给上位机27，上位机27计算产湿装置实际产湿量；

5)上位机27判断实际产湿量与设定产湿量是否一致，通过PID调节调加湿装置控制模块8，控制超声波振子9加湿速率。

具体的，补水系统供电有电源24供电给补水泵19和补水电磁阀20；

具体的，补水系统控制部分由电子秤22与上位机27连接；上位机27与补水系统控制模块31连接；并通过补水系统控制模块31控制补水泵19和补水电磁阀20的开关；由电子秤22采集产湿装置21总重量；将信号传递给上位机27。

补水系统控制流程如图9所示，补水系统控制步骤如下：

1)电子秤22监测产湿装置总重量；并将示数传递给上位机27；

2)对比电子秤22的示数于与下限值，当任意一个位于产湿装置下部的电子秤22示数小于下限值时，即产湿装置水箱4内水量达到下限，即处于缺水状态；

3)上位机27发送命令至产湿装置控制模块8，控制产湿装置水箱4与雾化水槽5之间的连接切断，即关闭微型电磁阀12(或将推拉式电磁阀15通电，带动下部挡板16关闭水箱下端的开口17)；

4)上位机27发送命令至补水系统控制模块31启动缺水产湿装置21对应的补水电磁阀20和补水泵19，将补水箱18内的水分配至产湿装置水箱4内；

5)巡检各电子秤22示数，判断电子秤22示数是否达到上限，达到上限时发送命令至补水系统控制模块31，关闭对应管路补水电磁阀20，同时发送命令至产湿装置控制模块8，打开微型电磁阀12或提升挡板16，超声波振子9恢复工作；

6)巡检各电子秤22示数是否有低于下限值，当所有电子秤22示数大于下限值时，关闭补水泵19。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，其特征在于，包括产热装置、产湿装置、补水系统和控制系统，所述产热装置从外至内由表面绝缘层、电加热层、内绝缘层和人体模型组成；所述产湿装置自上而下由水箱、雾化水槽和底座组成，水箱和底座之间封装有电磁阀、超声波振子、小型风机、供电模块和控制模块；所述补水系统由补水箱、补水泵、补水电磁阀及补水分配管路组成；所述控制系统由电能表、产热装置控制器、电子秤、产湿装置控制器、温度传感器和上位机组成。

2.根据权利要求1所述一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，其特征在于，所述电磁阀为横向设置的微型电磁阀，所述微型电磁阀连接有浮球液位开关。

3.根据权利要求1所述一种建造环境热控实验人体湿热模拟系统，其特征在于，所述电磁阀为竖向设置的推拉式电磁阀，所述电磁阀为竖向设置的推拉式电磁阀，所述推拉式电磁阀下部带有挡板，并在水箱下部对应挡板的位置设有开口，水箱顶部设有单向排气阀。