智能降温服温控系统设计

发布时间：2020-07-26 16:07

【摘要】：随着室内制冷技术的发展,即使在炎热的夏季,室内工作环境的温湿度也都能得到稳定有效的控制,但是交警、消防员这样室外工作的人们却无法利用室内制冷设备满足散热需求,多余的热量长时间积蓄,会影响身体健康,甚至带来安全隐患。一些个人制冷设备如空气降温服、液体降温服、相变降温服、蒸发降温服,虽然有一定的降温效果,但是其散热过程通常没有得到稳定的控制,温度剧烈变化以及局部过冷同样会引起人体不适。为了提高着装者的热舒适性,本文选择冷却效果良好,且易于控制的液体降温服为研究对象,研制了一套具有温控系统的便携式降温服。首先,通过理论计算我们得到了简化的人体-降温服-环境传热模型,分析表明循环流量、入口水温比较适合作为温控系统的控制变量,并通过实验发现:循环流量只有在低流量范围有明显调节作用,高流量时不会影响降温服工作时间;对入口水温进行控制则能提升热舒适性,同时延长降温服工作时间。随后,我们设计了控制电路及固件,可以通过蓝牙连接在手机上实时观测到环境温湿度、冰水温度、入口水温、着装者运动状态、电池电量等信息,同时可以对降温服换热过程进行调控。最终我们得到了三种控制模式:手动模式、恒温模式、自动模式。手动模式需要手动设置微泵转速及冰水混合度;恒温模式只需设定入口水温,控制器会通过PID调节将其稳定在设定值,控温精度为±0.5℃;自动模式通过预测剩余电量和剩余冰量,自动设定微泵转速和入口水温,电量剩余使用时间通过人工神经网络预测,平均预测误差为150秒,冰量剩余使用时间通过循环神经网络预测,平均预测误差为60秒。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TB65
【图文】：

图 1.1 高温工作环境对于工作在这样高温环境的人们，由于工作的特殊性，无法利用现有的室内制冷为他们改善恶劣的工作环境。一旦多余的热量无法通过人体的自我调节能力及时，就会导致体温上升；并且由于皮肤表面血管扩张，血液循环加快，以至于大脑供血相对不足，使工作者注意力难以集中，从而发生事故的风险大大增加[4]。对防员、冶金工人而言，事故通常意味着生命安全受到威胁。

技 大 学 硕 士 学 代末，美国宇航局（NASA）为了空服[5]，到如今可以民用的空调服为空气降温服、液体降温服、相变ooling Garments）是一种主动散热系空气可以通过对流换热带走人体表，从而加快体表汗液的蒸发，汗液

这样一方面限制了着装者的行动范围，一方面也使得法随身携带。，空气降温服受环境温度以及环境湿度的影响，制冷效果再通过控制系统对换热过程加以控制的话，将无法满足着，利用压缩机提供低温干燥气体的空气降温服便携性较差度控制系统的便携式空气降温服。温服服（Liquid Cooling Garments）同样是一种主动散热系统，，通过管路内的低温循环液（通常以水作为工质）带走人高的循环液会重新进入制冷设备被冷却，从而进行下一次常需要微泵带动管路内的工质循环，而制冷设备通常为一收的热量降低温度升高的循环水。

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本文编号：2770986