專利名稱：一種被服熱阻測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱傳遞領(lǐng)域，涉及一種被服熱阻測(cè)試裝置，主要適用測(cè)試被褥、毯子等織物熱阻值，以解決人體夜間休眠時(shí)，被服的隔熱保溫作用及人體熱舒適性的評(píng)價(jià)等問(wèn)題。
背景技術(shù)：
被服是人類最基本的需要之一，人體休息時(shí)影響人體熱舒適的重要因素，對(duì)人的生存和生活具有重要意義。隨著人類的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)被服舒適性的要求越來(lái)越高，同時(shí)被被服種類也越來(lái)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(shí)，被服體現(xiàn)了重要的保溫作用。熱阻值是定量評(píng)價(jià)服裝隔熱性能的重要指標(biāo)，其準(zhǔn)確性對(duì)設(shè)計(jì)、制作及休眠時(shí)人體熱舒適的合理評(píng)價(jià)具有積極作用。目前，被服生產(chǎn)制造過(guò)程中多從定性的角度確定其防寒保暖作用，未對(duì)被服熱阻進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法定量的評(píng)價(jià)被服的隔熱保溫性能，因此對(duì)于被服的選用只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出。這對(duì)于科學(xué)的設(shè)計(jì)、制作被服及其在不同地區(qū)、季節(jié)及領(lǐng)域等條件下的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了一定的局限性。同時(shí)，未掌握被服熱阻，也難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)休眠時(shí)人體熱舒適狀況。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前被服熱阻難以準(zhǔn)確獲得的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一套被服熱阻的測(cè)試裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:一種被服熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，由恒溫室、假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床組成，其中，假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床均位于恒溫室內(nèi)部，假人模型放置在試驗(yàn)床上；所述的假人模型系統(tǒng)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(guò)導(dǎo)線連接加熱控制器，在薄銅皮上分布有熱電偶，熱電偶通過(guò)導(dǎo)線連接多通道溫度測(cè)試儀，薄銅皮的外表面用于放置被服；所述的試驗(yàn)床由簡(jiǎn)易試驗(yàn)床和保溫板組成；所述的恒溫室包括簡(jiǎn)易室，室外空調(diào)機(jī)組，溫度控制器，孔板送風(fēng)口，百葉回風(fēng)口和空氣溫度傳感器；孔板送風(fēng)口和百葉回風(fēng)口構(gòu)成上送下回的氣流，通過(guò)室外空調(diào)機(jī)組和溫度控制器的控制可使恒溫室有均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；利用熱平衡原理，根據(jù)假人模型表面溫度與恒溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恒定所需的供熱量可計(jì)算得到被服的熱阻值。本發(fā)明的被服熱阻測(cè)試裝置所帶來(lái)的技術(shù)效果是:1、解決了被服熱阻的難以測(cè)試問(wèn)題通過(guò)由恒溫室、假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床組成的一整套被服熱阻測(cè)試裝置，利用熱平衡原理，可解決被服熱阻測(cè)試問(wèn)題。2、裝置使用方便，操作性強(qiáng)假人模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易制作，測(cè)試過(guò)程操作簡(jiǎn)單，只需調(diào)節(jié)溫度控制器使測(cè)試空間處于恒溫狀態(tài)，進(jìn)而測(cè)得模型假人表面溫度、恒溫室空氣溫度及電阻絲發(fā)熱功率，便可進(jìn)行計(jì)算。3、對(duì)被服制作及準(zhǔn)確評(píng)價(jià)睡眠時(shí)人體熱舒適性有積極意義通過(guò)完善的測(cè)試系統(tǒng)可準(zhǔn)確掌握被服熱阻值，對(duì)被服設(shè)計(jì)、制作提供合理的物性參數(shù)，進(jìn)而對(duì)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)休眠時(shí)人體熱舒適性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明的被服熱阻測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是恒溫室的簡(jiǎn)示意圖；圖3是假人模型及加熱系統(tǒng)示意圖；圖4是假人模型表面溫度測(cè)試系統(tǒng)示意圖；圖5是試驗(yàn)床示意圖；圖6是假人模型上放置被服的截面圖。圖中的標(biāo)號(hào)分別表示:1、簡(jiǎn)易室，2、室外空調(diào)機(jī)組，3、溫度控制器，4、孔板送風(fēng)口，
5、百葉回風(fēng)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(dǎo)線，11、薄銅皮，12、多通道溫度測(cè)試儀，13、熱電偶，14、簡(jiǎn)易試驗(yàn)床，15、保溫板，16、被服。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1 圖6，本實(shí)施例給出一種被服熱阻測(cè)試裝置，由恒溫室、假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床組成，其中，假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床均位于恒溫室內(nèi)部，假人模型放置在試驗(yàn)床上；被服熱阻的測(cè)試在恒溫室的內(nèi)部完成。假人模型系統(tǒng)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(guò)導(dǎo)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(guò)導(dǎo)線10連接多通道溫度測(cè)試儀12，薄銅皮11的外表面用于放置被服16 ；所述的試驗(yàn)床由簡(jiǎn)易試驗(yàn)床14和保溫板15組成；圖2為恒溫室結(jié)構(gòu)，包括簡(jiǎn)易室1，室外空調(diào)機(jī)組2，溫度控制器3，孔板送風(fēng)口 4，百葉回風(fēng)口 5和空氣溫度傳感器6 ;孔板送風(fēng)口 4設(shè)置在恒溫室上部，百葉回風(fēng)口 5設(shè)置在下部，以使室內(nèi)擁有均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)?？諝鉁囟葌鞲衅髟谠O(shè)置距地面在1.5m左右，在簡(jiǎn)易試驗(yàn)床14上方?？装逅惋L(fēng)口 4和百葉回風(fēng)口 5構(gòu)成上送下回的氣流，通過(guò)室外空調(diào)機(jī)組2，溫度控制器3使恒溫室有均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；利用熱平衡原理，根據(jù)假人模型7表面溫度與恒溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型7表面溫度恒定所需的供熱量可計(jì)算得到被服16的熱阻值。其中，簡(jiǎn)易室I的結(jié)構(gòu)層采用不銹鋼板、內(nèi)層采用聚氨酯或巖棉等保溫材料，恒溫室通過(guò)室外空調(diào)機(jī)組2，溫度控制器3采用PID溫度控制器，以提高室內(nèi)溫度的精確度和穩(wěn)定性。圖3為假人模型系統(tǒng)，由于被服熱阻與被服形狀有一定關(guān)系，考慮到人休息時(shí)姿勢(shì)和被服的形狀，將人體模型簡(jiǎn)化為假人模型系統(tǒng)，其中的假人模型7采用硬塑料半圓柱體，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(shí)為了測(cè)試時(shí)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(shí)測(cè)多點(diǎn)的多路溫度測(cè)試儀12與電偶13連接?？紤]常用被服的尺寸和便于實(shí)驗(yàn)操作，假人模型7的半徑取0.5m，長(zhǎng)度取1.5m。考慮到假人模型7表面溫度和恒溫室空氣之間的溫差，加熱控制器9通過(guò)鎳鉻電阻絲8將假人模型7表面溫度調(diào)節(jié)至高于37°C，并具有一定的調(diào)節(jié)范圍。圖4為假人模型7表面上的溫度測(cè)試系統(tǒng)，包括薄銅皮11，多通道溫度測(cè)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(shè)置和假人模型接觸緊密的半圓筒面薄銅皮11，同時(shí)熱電偶13設(shè)置在薄銅皮11表面。為使假人模型7表面溫度測(cè)試的準(zhǔn)確性，在薄銅皮11最頂部和側(cè)面均勻的取多個(gè)測(cè)點(diǎn)。圖5為試驗(yàn)床,簡(jiǎn)易試驗(yàn)床14采用木板制作,其高度應(yīng)當(dāng)適用于實(shí)驗(yàn)人員的操作，簡(jiǎn)易試驗(yàn)床14床面尺寸大于假人模型7以便于測(cè)試，為了減小測(cè)試時(shí)假人模型7散熱量，簡(jiǎn)易試驗(yàn)床14上鋪裝尺寸略大于假人模型7底面積的保溫板15。人體在鋪蓋被服休息時(shí)，人體-服裝-環(huán)境三者之間復(fù)雜的熱交換過(guò)程中，被服在人與環(huán)境之間既有隔熱作用，又有導(dǎo)熱作用。人體的散熱量通過(guò)人體與被服的接觸以導(dǎo)熱的形式向被服傳遞，同時(shí)熱量通過(guò)被服外表面以對(duì)流換熱的形式向環(huán)境傳熱。該被服熱阻測(cè)試裝置利用熱平衡原理，假人模型測(cè)被服熱阻是根據(jù)被服熱阻與假人表面溫度與恒溫室空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恒定所需的供熱量計(jì)算得到被服的熱阻值。借鑒服裝熱阻的常用測(cè)試指標(biāo):服裝總熱阻和服裝熱阻，定義假人模型表面到被服外表環(huán)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(fā)被服熱阻的影響，被服外表面對(duì)流換熱熱阻為Ia，單位為Clo。被服熱阻值可根據(jù)以下方法計(jì)算:根據(jù)熱平衡原理，按圓筒壁的傳熱計(jì)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后模型半徑，m，(參見(jiàn)圖6); λ為被服的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)；I為假人模型的長(zhǎng)度，m ；TS為假人模型表面溫度(由于薄銅皮具有較高的導(dǎo)熱性能，近似認(rèn)為假人模型和薄銅皮表面溫度相等)，°c;Ta為空氣溫度，°C ;h為被服外表面和恒溫室空氣對(duì)流換熱系數(shù)，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(duì)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(cè)試裝置利用熱平衡原理，被服熱阻是根據(jù)被服熱阻及假人模型7表面溫度與恒溫室空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恒定所需的供熱量計(jì)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(jiǎn)易試驗(yàn)床14上，在假人模型7上放置導(dǎo)熱性能良好的薄銅皮11，并在薄銅皮11的最頂部和側(cè)部均勻布置多個(gè)熱電偶13，把被服16較整齊的鋪蓋在假人模型7上，對(duì)纏繞有電阻絲8的假人模型7進(jìn)行加熱并保持一定的加熱功率。啟動(dòng)恒溫室控制系統(tǒng)(室外空調(diào)機(jī)組2和溫度控制器3),保持簡(jiǎn)易室I的室內(nèi)處于接近恒溫狀態(tài)，考慮到實(shí)驗(yàn)人員的熱舒適性，恒溫室空氣控制溫度盡量保持在人體舒適范圍內(nèi)，同時(shí)使薄銅皮11表面溫度和恒溫室空氣溫度存在一定的溫差。根據(jù)多通道溫度儀測(cè)得薄銅皮11表面溫度，溫度控制器3顯示的恒溫室空氣溫度，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外表面和恒溫室空氣的對(duì)流換熱系數(shù)h。根據(jù)計(jì)算式(2) (3)可計(jì)算得被服熱阻為:
權(quán)利要求
1.一種被服熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，由恒溫室、假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床組成，其中，假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床均位于恒溫室內(nèi)部，假人模型放置在簡(jiǎn)易試驗(yàn)床上； 所述的假人模型系統(tǒng)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(guò)導(dǎo)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(guò)導(dǎo)線(10)連接多通道溫度測(cè)試儀(12)，薄銅皮(11)的外表面用于放置被服(16); 所述的試驗(yàn)床由簡(jiǎn)易試驗(yàn)床(14)和保溫板(15)組成； 所述的恒溫室包括簡(jiǎn)易室(1)，室外空調(diào)機(jī)組(2)，溫度控制器(3)，孔板送風(fēng)口(4)，百葉回風(fēng)口(5)和空氣溫度傳感器(6);孔板送風(fēng)口(4)和百葉回風(fēng)口(5)構(gòu)成上送下回的氣流，通過(guò)室外空調(diào)機(jī)組(2)，溫度控制器(3)的控制，使恒溫室有均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；利用熱平衡原理，根據(jù)假人模型(7)表面溫度與恒溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型(7)表面溫度恒定所需的供熱量可計(jì)算得到被服(16)的熱阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的被服熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述的假人模型(7)為半圓柱體，采用硬塑料制作。
3.如權(quán)利要求1所述的被服熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述的簡(jiǎn)易室(I)的結(jié)構(gòu)層采用不銹鋼板、內(nèi)層采用聚氨酯或巖棉保溫材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種被服熱阻測(cè)試裝置，由恒溫室、假人模型系統(tǒng)和試驗(yàn)床組成，其中，假人模型系統(tǒng)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(guò)導(dǎo)線連接加熱控制器，在薄銅皮上分布有熱電偶，熱電偶通過(guò)導(dǎo)線連接多通道溫度測(cè)試儀，薄銅皮的外表面用于放置被服；恒溫室包括簡(jiǎn)易室，室外空調(diào)機(jī)組，溫度控制器，孔板送風(fēng)口，百葉回風(fēng)口和空氣溫度傳感器；孔板送風(fēng)口和百葉回風(fēng)口構(gòu)成上送下回的氣流，通過(guò)室外空調(diào)機(jī)組和溫度控制器的控制可使恒溫室有均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；利用熱平衡原理，根據(jù)假人模型表面溫度與恒溫室的空氣溫度的溫差及為保持假人模型表面溫度恒定所需的供熱量可計(jì)算得到被服的熱阻值。
文檔編號(hào)G01N25/20GK103207207SQ201310100359
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者劉艷峰, 馬超, 王登甲, 劉加平 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)