ZB-34暖體出汗假人測試系統方案

一、暖體出汗假人，用以模擬人體、服裝和環境之間的熱濕交換過程。暖體出汗假人可在多種環境下進行連續試驗，是進行服裝熱濕性能試驗的理想設備。應用暖體出汗假人，有利于隨時地測試服裝整體或局部的熱學性能參數，為選擇服裝材料和改進結構設計提供試驗參考依據

一直以來，如何真實、周全的評價服裝熱濕傳遞性能，模擬人體—服裝系統的熱濕交換過程，是個困擾業界的難題。目前市場上主要測試熱阻和濕阻的標準和儀器，還是基于紡織品織物面料方面的測試，但是服裝的熱濕性能不僅與面料有關，還與服裝的設計、結構、加工等工藝過程有關，而且真實人體的各部分的出汗程度也不相同，僅僅依靠對面料進行測試，不能周全評估成品服裝的保溫和透濕功能。

我公司開發的RANZI-34暖體出汗假人，采用中國50分位標準人體尺寸數據，假人模型由環氧金屬組成，內置加熱裝置，溫度傳感器和可選配的出汗系統，加熱裝置和出汗系統用來模擬新陳代謝熱量和汗液的排出水平。專用電腦的以及預安裝的RanziDAQ軟件，可以控制暖體出汗假人模型的溫度和所有內部系統可顯示的數據。

二、 出汗暖體出汗假人符合以下相關測試標準

ISO 7730、ISO 7726、ISO/DIS 11079、ISO/DIS 14505、ISO/DIS 7933、ISO/DIS 15831；prEN 13537；ASTM F1291、ASTM F2370、ASTM F1720、ASTM F2371；ENV342、 ANSI/ASHRAE Standard 55-2004、EN344、EN 511；GB/T13459、GB/T18398

三、 出汗暖體出汗假人原理熱阻濕阻：應用暖體出汗假人測試服裝熱阻濕阻的基本原理，是模擬人體—服裝—環境之間熱濕交換的過程中，從暖體出汗假人的皮膚表面溫度與環境溫度之間的溫差、暖體出汗假人的皮膚表面濕度與環境之間的濕度差，體表單位面積的散熱率等物理參數之間的關系，可以定量計算出服裝的熱阻和濕阻值。

四、暖體出汗假人系統組成框架

該系統包括人體模型、運動控制系統、數據采集及傳輸系統、溫濕度及風速測試系統、PC計算機以及控制軟件RANZI-DAQ。其中人體模型包括環氧出汗假人、出汗系統、溫控系統、溫度保護等子系統。

1. 暖體出汗假人高度為 1.7±0.2m，表面積為 1.8±0.3m2。采用中國50分位標準人體尺寸數據，暖體出汗假人設有肩關節、肘關節，髖關節、膝關節和踝關節，各個關節具有活動角度，活動角度范圍如下表

連接              旋轉運動                      橫向運動

2. 暖體出汗假人分為 34 個獨立發熱區，每個發熱區都擁有獨立的溫控系統、出汗系統和數據采集系統?？梢詫Ψb進行全身或局部測試

3. 溫控系統采用了PT1000溫度傳感器、緊密貼合暖體出汗假人表面均勻分布的加熱器

4. 發汗系統采用進口高精度微量調節閥，體積零件設計同時可獨立控制各個分區的發汗速率，發汗液體溫度由加熱系統控制，可以發汗溫度可以設定為跟暖體出汗假人各個暖體分區溫度一致

5. 暖體出汗假人可提供三種測試模式： 

l 溫度控制模式（=皮膚溫度穩定性/熱流可變性）：測量是按要求的加熱功率來維持皮膚溫度在一個固定的溫度點。

l 熱流量控制模式（=熱流恒量/皮膚溫度可變性）：加熱功率是設置一個固定值，代表著人體代謝的發生（比如70W/m2　?。?。因而人體模型的皮膚溫度是可計算出的。

l 可編程控制模式：在這個操作上，人體模型設置獲得一個時間順序文件。這個可以供應模仿實際級別能力或按照準確時間表循環工作。

6. 數據采集系統采用 RS232串口 通訊方式，可高頻率地實時采集環境及暖體出汗假人的各項測試數據。

(一) 運動控制系統

l 暖體出汗假人有靜止站立、平躺以及動態步行三種姿態，其中靜止平躺姿態主要為了測試被子及睡袋的熱阻性能，而靜止站立和動態行走為服裝類測試。

l 運動控制系統采用外置式曲柄連桿電機驅動聯接方式，可以方便的選擇動靜兩種狀態進行測試。整體框架采用高強度航空用鋁型材，伺服電機驅動運動機構，能準備的設置和控制暖體出汗假人的行走速度

(一) 周圍環境數據測試系統

在暖體出汗假人周圍安裝環境溫度傳感器 2個，相對濕度傳感器 2 個，全向型風速傳感器 3 只，分別安裝在可移動支架上，放置在距假人周圍一米位置處；在假人放置和著裝測試時，可以移開傳感器支架。溫度傳感器的精度±0.2℃，分辨率0.01℃；相對濕度傳感器的精度±3%，分辨率0.1；風速傳感器精度±0.1m/s，分辨率±0.01m/s

(二) PC電腦及RANZIDAQ 控制軟件

l RANZIDAQ軟件提供一個完整的和直接的環境來進行寬闊空間的熱舒適度分析。RANZIDAQ軟件是全自動數據獲取和控制程序，并且能夠實時顯示，使操作者能夠瀏覽整個測試的進展情況和利用內置統計分析功能。數據文件可以直接使用EXCEL格式打開，或其他windows支持的電子表格格式。

l RANZIDAQ軟件可以在測試過程或測試后從數據文件中自動生成總結性報告，也可以載入之前的測試數據，進行直觀瀏覽、數據分析和生成報告。

l 在剛打開RANZIDAQ軟件的軟件主界面，使用此界面，可以開始一個新的測試，瀏覽實時參數，或手動控制假人。

l 該界面由三大區域組成：工具欄，數據表和圖像顯示區。圖像顯示區展示了假人的外形和每一個區的區域分割。還有每一個區的數據輸出值，可以標示出不同區域的參數。另外，用戶也可以點擊圖中的任一區域或區域組，彈出菜單選擇顯示所選定區域的其他實時數據。

l 數據表顯示了假人和環境條件的一些信息，包括：

假人區域部分：顯示了假人區域的信息，和根據實驗類型實時顯示RCT或RET值。

加熱控制部分：顯示假人區域的溫度和熱流量的設定值。也重新設定加熱器控制模式和設定值。

環境部分：顯示環境條件的信息，包含環境溫度，相對濕度和風速。如果假人具有行走支架選項，也會顯示行走速度和行走設定值。

區域組加權平均值：如果定義一個區域組，也會顯示相應所選區域組的熱阻或濕阻值。

l 實驗界面是當開始一個實驗時出現，顯示實時測試情況的數據和圖像。該界面由四個主要區域構成：工具欄、實驗界面表，實驗顯示現行圖和底部的工具欄。這些區域給操作者提供了寬闊的顯示和控制的選擇。

(一) 出汗暖體出汗假人服裝熱阻濕阻測試程序

熱阻測試程序

l 制作適合假人穿著的服裝。

l 實驗前需將實驗服裝在溫度（ (20 ± 5)℃ 、相對濕度（50 ± 20)RH％的條件下調溫調濕 12 h ,

l 設定暖體出汗假人的皮膚溫度 Ts（32- 35)℃。

l 設定暖體出汗假人實驗狀態，暖體出汗假人可分為靜態實驗和動態實驗。動態實驗時設定步速

l 設定氣候室溫度 Ta ，根據預估被測服裝熱阻值設定，赤身時低于皮膚溫度不小于 10℃; 熱阻值在 1～3clo 之間時，低于皮膚溫度不小于 20℃;大于 3clo 時，低于皮膚溫度不小于 30℃。

l 氣候室濕度設定（30%～50%）Rh。

l 氣候室風速設定（0.15～8）m/s。

l 暖體出汗假人進人動態熱平衡后，至少每分鐘檢測一次皮膚溫度、環境溫度和調控加熱功率，這種狀態務必保持 30 min 以上。

l 將測試服裝穿著到假人身上，開始進行測試，暖體出汗假人再次進入動態熱平衡后，務必保持 30min 以上。

l 熱阻測試結束并給出測試數據。

濕阻測試程序

l 制作適合假人穿著的服裝。

l 實驗前需將實驗服裝放置在氣候室中至少 12h。

l 氣候室溫度設定與假人的皮膚溫度相同，使假人與環境之間不產生干熱交換。

l 設定假人實驗狀態，假人可分為靜態實驗和動態實驗。動態實驗時設定步速

l 氣候室溫度與風速設定，氣候室濕度設定（30%～50%）Rh。氣候室風速設定（0.15～8）m/s。

l 設定暖體出汗假人各個區域的出汗量(0~1000ml.hr/m2)（水溫須與設定的皮膚溫度一致）以保持表面的含水飽和狀態，達到熱平衡后保持在 30min 以上。

l 將測試服裝穿著到假人身上，開始進行測試，假人再次進入動態熱平衡后，務必保持 30min 以上。

l 濕阻測試結束并給出測試數據

假人主要技術參數

1. 假人尺寸：1.7±0.2m 2、假人表面積：18±0.3m2

2. 分區數量：34

3. 重量：約 35Kg

4. 電源：AC 220V，50Hz

5. 溫度設定：15～45℃,溫度分辨率：0.01℃溫度測量精度：0.2℃

6. 特大出功率：700W/m2,功率測量精度：±2%

7. 發汗速率：0 – 1000 ml/hr 11、熱阻量程：0.6 – 6.5 clo

8. 暖體假人準確度：基準定義條件下測得熱阻值(0.78 ± 0.03) clo

9. 暖體假人重復性：對同種配套服裝 3 次重復試驗結果的誤差不大于 3%

10. 數據采集頻率：10 次/分鐘

11. 假人運動設定：默認 45±2 步/分鐘（5～60 步可調），步幅 63±10cm 手臂擺動：默認 45±2 次/分鐘（5～60 次可調），擺幅 53±10cm