CN114018322A - 一种小型动物产热产湿测量方法及测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型动物产热产湿测量方法及测量设备。所述方法包括：通过对所述生活舱内外的温度、湿度、设备产热量、通风量、压力及生活舱结构参数数据的监测或计算，根据热量平衡和湿度平衡原理进行产热产湿量的获得。所述系统包括：内外壁温度传感组件、进风口温度湿度传感组件、出风口温度湿度传感组件、出风口风量传感组件、控制系统，所述控制系统根据所述内外壁温度传感组件测得的温度、进风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口风量传感组件测得的风量进行生活舱内温度的稳定控制及动物产热产湿量的计算。本发明能够对产热产湿进行连续准确监测，能够提高动物产热量及产湿量的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种小型动物产热产湿测量方法及测量设备。
背景技术
在规模化的畜禽舍中，动物产热产湿数据对于畜禽舍的设计、环控系统的运行和管理必不可缺。在工程设计中，动物产热产湿数据是畜禽舍围护结构、环控设备设计的基本依据；实际生产中，动物产热产湿数据对于环控设备的使用具有指导意义。
目前使用产热产湿数据大多为几十年前所测得。近几十年来，我国遗传育种技术、饲养技术等方面都有很大的提高，近期所培育出来的动物品种在遗传特征、生存条件上都有了很大的变化，产热产湿与之前的数据存在较大的差异。在进行环境控制和工程设计时，产热产湿计算值如与实际产热产湿差距较大，会导致舍内热湿环境不能满足动物的需求，以及建筑和环控系统设计不合理的情况出现。
动物产热产湿对于畜禽养殖至关重要，而目前的测量装置和测量方法存在下列的一些问题：需要人工进行动物的饲喂与排泄物清理，过多人工操作会使动物舱内和舱外发生气体、热量交换，会对测量结果产生干扰，影响测量精度；测量装置主要利用测量进入、排出生活舱的二氧化碳、氧气等气体浓度变化，继而通过动物的代谢模型计算出产热产湿量，动物代谢模型对于产热产湿结果影响较大，且不同动物、不同动物品种需使用不同代谢模型，不具有普适性，同时，该方法通过氧气消耗量计算产热，不能够计算机体经过无氧代谢所产生的热量，从而导致计算结果存在误差；忽略了装置内部的温湿度环境控制，温湿度波动会导致动物产热产湿变化，从而无法测量到稳定的产热产湿数据。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种小型动物产热产湿测量方法及测量设备，以解决上述其中之一或多个问题，以提高动物产热产湿数据的测量精度。
本发明首先提出一种小型动物产热产湿测量方法，用于监测生活舱内动物的产热量与产湿量，所述生活舱的内部为密闭空间，所述生活舱设有进风口和出风口，所述方法包括：
通过对所述生活舱内外的温度、湿度、设备产热量、通风量、压力及生活舱结构参数数据的监测或计算，根据热量平衡和湿度平衡原理进行产热产湿量的获得。
根据本发明的一种实施方式，所述产热量的获得根据热量动态平衡方程获得，即通过动物的产热量、设备产热量、所述生活舱的围护结构传入或传出的热量、通风换热量、空气吸收的热量的矢量和相平衡，来获得动物的产热量。
根据本发明的一种实施方式，所述通风换热量的获得包括：
通过监测出风口的风速、进风口和出风口处的气温，以及获取出风口面积，根据通风散失的热量为离开生活舱的空气与进入生活舱的空气的干空气焓值计算所述通风换热量。
根据本发明的一种实施方式，所述空气吸收的热量的获得包括：
通过监测一段时间前后温度之差、获取所述生活舱的内部体积，计算一段时间内所述生活舱内空气干空气晗值的变化量得到所述空气吸收的热量。
根据本发明的一种实施方式，所述生活舱的围护结构传入或传出的热量的获得包括：通过监测围护结构的内外壁温差，获取围护结构的厚度、围护结构的散热面积、围护结构的导热系，利用傅里叶导热定律计算经过所述围护结构的热流量；
所述设备产热量的获得包括：根据所述生活舱内电机的发热功率之和获得。
根据本发明的一种实施方式，所述产湿量的获得根据通风换湿量与动物产湿量之和等于空气含湿量变化量的平衡来获得。
根据本发明的一种实施方式，所述通风换湿量的获得包括：
通过监测空气离开所述生活舱的流速、进出风口处的温度以及相对湿度，获取出风口的面积、空气密度、空气中水蒸气压力，根据进入所述生活舱的空气含湿量和离开所述生活舱的空气含湿量之差获得。
根据本发明的一种实施方式，所述空气含湿量变化量的获得包括：
通过监测进风口、出风口的温度和相对湿度计算某一段时间内的含湿量变化来计算生活舱内部含湿量变化的平均速率。
根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：
对所述生活舱的环境进行控制，即将温度作为系统的输入值，通过PID控制算法控制所述生活舱的风机转速及调节风量，以保证所述生活舱内温度的稳定。
本发明还提出一种执行所述小型动物产热产湿测量方法的设备，所述系统包括：内外壁温度传感组件、进风口温度湿度传感组件、出风口温度湿度传感组件、出风口风量传感组件、控制系统，所述控制系统根据所述内外壁温度传感组件测得的温度、进风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口风量传感组件测得的风量进行生活舱内温度的稳定控制及动物产热产湿量的计算。
本发明基于热湿平衡方程，通过动物生活舱围护结构导热量、通风换热量、动物产热量、显热潜热转换量构成的平衡关系计算得到动物产热量；通过动物的产湿量、通风换湿量、显热潜热转换量计算动物的产湿量。本发明通过平衡模型直接测量产热产湿量的方法能够直接计算得到产热产湿量，避免了代谢模型的中间计算，同时测量了有氧代谢和无氧代谢产热量，测量结果更精确。
附图说明
图1为本发明一实施例动物饲养及测量设备立体结构示意图；
图2为本发明一实施例一实施例动物饲养及测量设备正视结构示意图；
图3为本发明一实施例饲喂系统局部结构示意图；
图4为本发明一实施例清粪系统局部结构示意图；
图5为本发明一实施例通风管道爆炸结构示意图；
图6为本发明一实施例环境控制流程示意图；
图7为本发明一实施例系统控制流程示意图；
附图标号：
1、料桶，2、下料电机，3、下料管道，4、笼网，5、进风口，6、丝杠滑台，7、料槽，8、传送带，9、蛟龙清粪机，10、出风管道，11、水管，12、饮水器，13、水箱，14、电磁阀，15、下料口，16、滑台，17、波纹管，18、步进电机，19、丝杠，20、螺旋叶片，21、清粪电机，22、螺旋风速仪，23、轴流风机，24、传感器固定基座，25、出风口。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
本发明提出了一种用于动物的产热产湿测量方法与测量设备。该方法能够对产热产湿进行连续准确监测，能够提高动物产热量及产湿量的测量精度。
本发明首先提出一种小型动物产热产湿测量方法，用于监测生活舱内动物的产热量与产湿量，所述生活舱的内部为密闭空间，所述生活舱设有进风口和出风口，所述方法包括：
通过对所述生活舱内外的温度、湿度、设备产热量、通风量、压力及生活舱结构参数数据的监测或计算，根据热量平衡和湿度平衡原理进行产热产湿量的获得。
本发明还提出一种执行所述小型动物产热产湿测量方法的设备，所述设备包括：内外壁温度传感组件、进风口温度湿度传感组件、出风口温度湿度传感组件、出风口风量传感组件、控制系统，所述控制系统根据所述内外壁温度传感组件测得的温度、进风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口风量传感组件测得的风量进行生活舱内温度的稳定控制及动物产热产湿量的计算。
本发明基于热湿平衡方程，通过动物生活舱围护结构导热量、通风换热量、动物产热量、显热潜热转换量构成的平衡关系计算得到动物产热量；通过动物的产湿量、通风换湿量、显热潜热转换量计算动物的产湿量。本发明通过平衡模型直接测量产热产湿量的方法能够直接计算得到产热产湿量，避免了代谢模型的中间计算，同时测量了有氧代谢和无氧代谢产热量，测量结果更精确。
针对人工操作导致测量精度差的问题，本发明采用自动化技术对动物进行饲养，实验装置中包括了自动饲喂系统、自动清粪系统以及生理状态测量设备，能够对动物进行全自动化饲养，减少了人工操作对测量精度的影响。
针对装置内缺少环控装置，内部温湿度环境不稳定的问题，本发明基于PID控制算法，通过变频风机、温湿度传感器和风速传感器进行装置内温湿度控制，保证了装置内部温湿度稳定，减少了测量中产热产湿量的波动。
针对分析气体浓度法导致结果不精确的问题，本发明基于热湿平衡方程，提出一种产热产湿的精确测量方法：通过动物生活舱围护结构导热量、通风换热量、动物产热量、显热潜热转换量构成的平衡关系计算得到动物产热量；通过动物的产湿量、通风换湿量、显热潜热转换量计算动物的产湿量。该种通过平衡模型直接测量产热产湿量的方法能够直接计算得到产热产湿量，避免了代谢模型的中间计算，同时测量了有氧代谢和无氧代谢产热量，测量结果更精确。
具体地，根据本发明的一种实施方式，用于动物的饲养系统，如图1、2、3所示，该系统对动物进行自动饲喂，保证生活舱中动物的正常生长发育，自动饲养系统主要包括了动物生活舱、自动饲喂系统、自动清粪系统以及支撑自动饲喂系统的必要的杆件等。
动物生活舱主要由笼网4、透明塑料板组成：笼网4用于限制动物的活动区域、避免动物对监测装置内部的系统破坏；透明塑料板作为生活舱的围护结构，将生活舱与外界环境隔绝开。在生活舱的围护结构上包括了下料口15、进水口、排粪口三处开口，为保证生活舱的密闭性，排粪口处设置专用盖，在未排粪时将排粪口密封。
自动饲喂系统又包括自动喂料系统和喂水系统。
如图1、2、3所示，自动喂料系统主要用于为动物提供饲料，喂料系统主要包括料桶1、下料电机2、下料管道3、丝杠滑台6、下料口15以及料槽7：料桶1用于储存饲料；下料电机2用于控制饲料下料；丝杠滑台6用于带动下料口15左右移动向料槽7中补充饲料；丝杠滑台6主要包括了丝杠19、步进电机18、滑台16：通过步进电机18提供动力，滑台16可沿着丝杠19水平往复运动。下料口15与滑台16固定连接，下料口15与进料口通过波纹管17连接，可通过步进电机18提供动力使滑台16带动下料口15沿丝杠19往复运动，同时饲料通过软管下落至下料口15，达到向料槽7中补充饲料的目的。
喂水系统用于为动物提供饮水，喂水系统包括了水箱13、电磁阀(常开)14、水管11、饮水器12。水箱13置于生活舱外，用于为饮水系统提供水源；电磁阀14用于控制饮水系统的开闭，紧急状况下可打开电磁阀14，关闭供水；饮水器12用于动物直接饮水，饮水器12优选动物触碰式饮水器，动物需要饮水时触碰饮水器饮水，避免饮用水挥发对生活舱内的湿度产生影响，例如对于家禽，饮水器选择自动乳头式饮水器。
如图4所示，清粪系统用于排出生活舱中动物的粪便，保证生活舱内的环境卫生，主要包括了传送带8、蛟龙清粪机9：传送带8用于收集粪便，并将粪便传送至蛟龙清粪机9中；蛟龙清粪机9用于将粪便传送出生活舱。蛟龙清粪机9又由清粪电机21带动螺旋叶片20旋转。
该自动饲养系统能够通过生活舱中的喂水、喂料、清粪系统对动物进行自动饲养，能够自动将生活舱外部饲料、水供给到动物料槽、水杯中，将生活舱内部产生的粪便运输出生活舱外部。具体流程如下：①系统通过料槽下方的称重传感器监测料槽中的饲料重量，当饲料较低时，首先打开丝杠滑台步进电机，滑台连同下料口做往复运动，同时打开下料电机，饲料从料箱中沿下料管道下落至出料口，然后到达料槽中，当系统监测到料槽中的饲料达到饱和值后，即关闭下料电机、关闭步进电机。②系统读取当前时间，若当前时间为供水时间，打开电磁阀为动物供水；若当前时间为停止供水时间，关闭电磁阀，停止供水。③系统监测传送带下方的称重传感器，若称重传感器重量值大于清粪设定值，首先打开蛟龙清粪机，随后打开传送带，将传送带中的粪便送入螺旋清粪机中，通过排粪口排除。
环境控制系统用于保持动物生活舱中环境的温湿度稳定。动物产热产湿量受环境中温湿度影响较大，环境中温湿度波动过大将会使动物产热产湿波动量变化，从而导致监测装置无法监测到稳定的产热产湿值。
环境控制及饲料、粪便的控制流程如图7所示。
本发明一实施方式中的环境控制系统包括了PWM(脉冲宽度调制)轴流风机23、可调进风口、垂直风速仪、温湿度传感器：PWM风机风量可调，可根据控制系统的输出模拟量改变风量，用于为生活舱通风提供动力；可调进风口可手动调节进风口大小；如图5所示，螺旋风速仪22则用于测量生活舱的通风量；温湿度传感器用于测量环控舱内部的温湿度。控制流程如图6所示。
可调进风口安装于出风口25的对角处(如图1)，保证整个生活舱均能进行通风换气，同时风机可采用负压通风，避免通风死角。如图5所示，PWM轴流风机23安装于出风管道10的出风口25处，垂直风速仪如螺旋风速仪22安装于出风管道10中，出风管道10处内径与螺旋风速仪22的螺旋浆尺寸相同，使风均通过螺旋桨排出，保证风量测量的准确性。螺旋桨使用金属支架固定，同时通风管道连接处均使用橡胶圈密封，保证气密性。出风管道10中的传感器固定基座24用于安装固定温湿度传感器。
如图6所示，环控系统控制方法为：环控系统主要使用PID控制算法，温度作为系统的输入值，通过PID算法输出0-10之间的模拟量，通过模拟量控制风机转速，调节风量，保证温度稳定，并通过螺旋风速仪实时反馈风机风量。
本发明一实施方式提出一种基于热湿平衡模型的直接测量方法，通过所测量的生活舱内外的温度、湿度、电机产热量、通风量等数据计算动物的产热产湿的方法。该方法根据热量平衡和湿度平衡原理进行产热产湿计算。生活舱内外设置有温湿度传感器、铂热电阻，内部设置有螺旋风速仪。
具体地，生活舱六面围护结构内外壁均安装贴片铂热电阻，用于测量内外壁温度，六个面内壁温度平均值分别为Twi1、Twi2、Twi3、Twi4、Twi5、Twi6、六个面外壁温度平均值分别为Two1、Two2、Two3、Two4、Two5、Two6；生活舱进风口5、出风口处均设置温湿度传感器，以测量进风口处的温度Ti、湿度
出风口处的温度To，湿度
出风口处安装螺旋风速仪以监测生活舱出风口处的风速v；测量大气压力Pa，同时记录t1时刻舱内温度Tt1、湿度
以及t时间后t2时刻的舱内温度Tt2、湿度
进行产热产湿量监测时，设备除进出风口外，其他区域密闭，设置自动进行动物饲养、排泄物清理的方式，无人工干扰，且可长时间监测。此外，本计算方法将生活舱温度变化对产热量监测的影响考虑在内，由于生活舱内部温度无法精准控制为恒温，舱内空气会储存或释放热量，从而使得空气温度变化，在计算产热量的同时将引起温度变化的热量计算在内，保证了产热量监测的精确性。
下面进行产热量的计算实施方式说明。
在各种环境因素中，温度对于动物产热湿的影响较大。所以生活舱运行期间，使用温度作为排气扇的控制参数，将温度控制在稳定范围内。动物产生的热量散失到生活舱内的空气中，使得生活舱内外存在温差(内高外低)，生活舱通过围护结构向舱外以热传导的方式传递一部分热量，同时通过换气扇排除另一部分热量，由于实验装置系统误差，换气扇并不能精准排出余下热量，剩下部分热量具体表现为环控舱温度变化，在计算产热产湿量时将环控舱温度变化考虑在内。
生活舱内的热环境平衡是一个动态平衡，以生活舱内空气能量守恒定律、空气质量守恒定律为基础，建立一个热量的动态平衡方程：
Qb+Qe-Qw-Qv-QT＝0 (1-1)
其中：Qb——动物散发出来的热量；
Qe——设备产热；
Qw——通过围护结构传入或传出的热量；
Qv——换气扇带入或者带出的热量；
QT——使空气温度变化的热量。
(1)内部设备产热
在生活舱内的设备在运行时也会产生热量，其中包括了步进电机、减速电机、风机等。电机的产热可使用公式(1-2)进行计算：
P＝I2R (1-2)
其中：P——电机发热功率，W；
I——电机运行时的电流，A；
R——电机的线圈电阻，Ω。
Qe为环控舱内部所有电机产热量之和：
(2)围护结构散热量
由于生活舱体积小，加之设计了循环风机，可以认为舱内的温度分布均匀，同时为了简化计算，将通过围护结构的传热简化为一维稳态传热，围护结构两侧温度已知，且围护结构导热系数不随外界条件改变，则可以通过利用傅里叶导热定律计算通过一面围护结构的热流量：
其中：Qwn——通过第n面围护结构的热量，W；
Twin-Twon——生活舱第n面维护结构内外壁温差，℃；
δ——围护结构的厚度，m；
An——第n面围护结构的散热面积，m2；
λ——围护结构的导热系数，w/(m·℃)。
本设计使生活舱的底面悬于空中，则生活舱六面体的六个面的热流量均可按照上述公式进行计算。
其中Qwn为第n面的传热量，总传热量Qw为每个面的传热量之和。
(3)通风换热量
动物产生的另外一部分热量在通风时散失，由于进出生活舱的空气的温度不同，通过通风散失的热流量为离开生活舱的空气与进入生活舱的空气的干空气焓值计算所得，具体计算公式如下：
Qv＝ρavScp(Ti-To) (1-4)
其中：Qv——通风换热量，W；
ρa——空气密度，为353/(T0+273)，Kg/m3；
v——出风口的风速，m/s；
S——出风口面积，m2；
cp——空气定压质量比热容，取1030J/(Kg·℃)；
Ti、To——进风口和出风口处的气温，℃
(4)空气吸收热能
空气储存(释放)的热能为舱内空气温度升高(降低)所需要的热能，可通过计算一段时间内舱内空气干空气晗值的变化量计算所得。
QT＝cpρaVΔT/t (1-5)
其中：QT——空气温度变化所吸收或释放的热量，W；
cp——空气定压质量比热容，取1030J/(Kg·℃)；
ρa——空气密度，为353/(T0+273)，Kg/m3；
V——环控舱内部体积，m3；
ΔT——一段时间前后温度之差，为Tt2-Tt1，℃；
t——时间，t。
下面实施方式进行产湿量的计算说明。
动物产生的水蒸气散发到生活舱内，使得生活舱内的湿度增加。在生活舱通风换气的时候，动物所产生的水蒸气由于气流的作用，均匀混合在空气中，并一起排出生活舱。生活舱的排气扇用于控制室内温度的稳定，所以在生活舱内部的相对湿度的含量会发生变化。在产湿量平衡模型中主要包括三项：通风引起的湿度变化量、动物产湿量、空气含湿量变化。
在进行含湿量计算时，进、出生活舱的空气密度会因为空气温度、湿度的不同而不同，但是差距较小，所以忽略空气密度产生的影响。动物产生的粪便也会向空气中散发水蒸气，在进行实验时，增加粪便清理的次数，从而减小粪便散发的水蒸气，该部分的水蒸气也可以忽略。同时忽略空气中水蒸气的凝结以及围护结构的吸湿与散湿。可以建立生活舱中的湿度平衡：
Wc+Wa＝Wi (2-1)
其中：Wc——动物产湿量，kg/h；
Wa——通风换湿量，kg/h；
Wi——生活舱内部的空气含湿量变化，kg/h。
(1)通风换湿量计算
通风换湿量计算公式：
Wa＝ρvs(di-do) (2-2)
其中：ρ——空气密度，kg/m3；
v——离开生活舱流速，m/h；
s——出风口处的面积，m2；
di、do——含湿量，由下列公式计算得出，kg/kg。
生活舱进、出风口的风速相同，即通风量相同，通风的换湿量可以根据进入和离开生活舱的含湿量之差进行计算。含湿量的计算公式如下：
其中：d——空气的含湿量，kg/kg；
pv——空气中水蒸气压力，Pa；
p——大气压，Pa。
空气中的水蒸气压力可以根据空气的干球温度和相对湿度计算，公式如下：
其中：
——空气相对湿度；
ps——当前温度下的饱和水蒸气分压，Pa；
T——温度，℃；
c1-c7——已知系数。
根据上述公式，通过测量得到的进出风口处的温度以及相对湿度，从而得到进入舱内空气的含湿量di和离开舱内空气的含湿量do：
其中：
为进、出风口的相对湿度；
Ti、To为进、出风口温度，℃；
pa为大气压，Pa；
c1-c7：为已知常数，可通过湿空气计算相关表查得。
(2)内部含湿量的变化
通风换湿量是瞬时量，可通过测量进风口、出风口的温度和相对湿度计算某一时刻的含湿量变化。但生活舱内部的含湿量变化则不能通过在某一时刻测量得到，只能测量某一段时间内含湿量的变化，计算一段时间内含湿量差，通过公式(2-4)的计算结果作为该段时间的含湿量变化：
W＝ρV·Δd/t (2-4)
其中：W——t时间内生活舱内部含湿量变化的平均速率，Kg/h；
ρ——生活舱内空气密度，kg/m3；
V——生活舱的体积，m3；
Δd——t时间内换湿量差(dt1-dt2)，kg/kg；
t——一段时间，h；
Δd可通过测量舱内部一段时间相对湿度，该变量计算得出，根据下列公式计算：
其中：
为t1时刻与t2时刻生活舱内的相对湿度；
Tt1、Tt2为t1时刻与t2时刻生活舱内的温度，℃；
Pa为大气压，Pa；
c1-c7：为已知常数，可通过湿空气计算相关表查得。
所以可得：Δd＝dt2-dt1
(3)结果
将上面的含湿量变化带入湿度平衡方程，可以得到动物产湿量的计算值。
需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种小型动物产热产湿测量方法，用于监测生活舱内动物的产热量与产湿量，所述生活舱的内部为密闭空间，所述生活舱设有进风口和出风口，其特征在于，所述方法包括：
通过对所述生活舱内外的温度、湿度、设备产热量、通风量、压力及生活舱结构参数数据的监测或计算，根据热量平衡和湿度平衡原理进行产热产湿量的获得。
2.根据权利要求1所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述产热量的获得根据热量动态平衡方程获得，即通过动物的产热量、设备产热量、所述生活舱的围护结构传入或传出的热量、通风换热量、空气吸收的热量的矢量和相平衡，来获得动物的产热量。
3.根据权利要求2所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述通风换热量的获得包括：
通过监测出风口的风速、进风口和出风口处的气温，以及获取出风口面积，根据通风散失的热量为离开生活舱的空气与进入生活舱的空气的干空气焓值计算所述通风换热量。
4.根据权利要求2或3所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述空气吸收的热量的获得包括：
通过监测一段时间前后温度之差、获取所述生活舱的内部体积，计算一段时间内所述生活舱内空气干空气晗值的变化量得到所述空气吸收的热量。
5.根据权利要求2或3所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，
所述生活舱的围护结构传入或传出的热量的获得包括：通过监测所述维护结构的内外壁温差，获取围护结构的厚度、围护结构的散热面积、围护结构的导热系，利用傅里叶导热定律计算经过所述围护结构的热流量；
所述设备产热量的获得包括：根据所述生活舱内电机的发热功率之和获得。
6.根据权利要求1至3任一项所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述产湿量的获得根据通风换湿量与动物产湿量之和等于空气含湿量变化量的平衡来获得。
7.根据权利要求6所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述通风换湿量的获得包括：
通过监测空气离开所述生活舱的流速、进出风口处的温度以及相对湿度，获取出风口的面积、空气密度、空气中水蒸气压力，根据进入所述生活舱的空气含湿量和离开所述生活舱的空气含湿量之差获得。
8.根据权利要求6所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述空气含湿量变化量的获得包括：
通过监测进风口、出风口的温度和相对湿度计算某一段时间内的含湿量变化来计算生活舱内部含湿量变化的平均速率。
9.根据权利要求1至3任一项或7或8所述的小型动物产热产湿测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述生活舱的环境进行控制，即将温度作为系统的输入值，通过PID控制算法控制所述生活舱的风机转速及调节风量，以保证所述生活舱内温度的稳定。
10.一种执行权利要求1至9任一项所述小型动物产热产湿测量方法的设备，其特征在于，所述设备包括：内外壁温度传感组件、进风口温度湿度传感组件、出风口温度湿度传感组件、出风口风量传感组件、控制系统，所述控制系统根据所述内外壁温度传感组件测得的温度、进风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口温度湿度传感组件测得的温度与湿度、出风口风量传感组件测得的风量进行生活舱内温度的稳定控制及动物产热产湿量的计算。
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| CN202111247211.1A CN114018322A (zh) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | 一种小型动物产热产湿测量方法及测量设备 |
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