通风服热舒适自适应制冷控制方法及通风背心

本发明属于服装热湿舒适性，具体涉及一种通风服热舒适自适应制冷控制方法及通风背心。

背景技术：

1、为了更大满足人们的热舒适需求，拓宽制冷和个人热管理的场景，一种自适应的制冷通风服应运而生。目前制冷通风服的应用场景局限在高温作业工况下，日常化轻便化的制冷服有很大的市场需求和探索空间。制冷通风服自适应调节领域也鲜有人涉足，实现制冷通风服自适应、个性化调节，对于满足人的热舒适性要求和最大限度地节能减排都有着重大的意义。同时，传统的相变材料制冷服装由于相变材料只是简单布置在衣服表面而造成清洗不便、制冷不均和不美观的缺点，如何合理地布置相变材料来提升热舒适性和节省空间以达到轻便化的目的是制冷通风服装未来的发展方向之一。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术的不足而提供一种根据不同场景和环境自动调节风量的通风服热舒适自适应制冷控制方法及通风背心。

2、为实现上述目的，本发明首先提出了一种通风服热舒适自适应制冷控制方法，具体包括如下步骤：

3、s1、获取初始数据：

4、初始数据包括通过温度传感器获取的当地环境温度t，通过hrv心率监测模拟传感器获取的心率值v，用户手动输入的身高l、体重m、年龄age，将上述数据带入热舒适值pmv计算公式中，得到当前环境温度t下的实际热舒适值pmv值；

5、s2、根据设计的强度指标x和温度指标ts计算主风管需提供的入口风速v0：

6、设定根据自身情况设定舒适温度指标ts，根据运动强度的不同设置运动强度指标x(％)，

7、比较当地环境温度t与设定的舒适温度指标ts，

8、如果t＞ts，则将v0设置为最大风速vmax，按照vmax调整风扇转速；

9、vmax可由以下公式确定：

10、

11、f:风扇转速上限，s-1，

12、r:风轮最大旋转半径，m，

13、γ:叶尖速比，根据风扇风轮叶片形式确定叶尖速比；

14、如果t≦ts，则根据强度指标x，利用实际热舒适值pmv值计算得出目标pmv*值，利用pmv*反向计算通风服内支风管风孔所需的平均风速v*，通过支风管风孔的平均风速v*计算主风管所需提供的风的总流量q，继而得出主风管进风口的目标风速v0，比较热敏风速传感器监测的主风管实际风速v与目标风速v0，通过调节风扇转速调整主风管入口风速v，使得v＝v0；

15、实时比较实际热舒适值pmv与目标pmv*相对大小，实施调整风扇转速，直到用户关机。

16、本实施方式中，步骤s2中，运动强度的判断方式为：

17、50％umax<u<60％umax，低运动强度；

18、60umax≤u<70％umax，中运动强度；

19、u≥70％umax，高运动强度；

20、其中，最大心率为umax：umax＝220-age。

21、本实施方式中，步骤s1中，实际pmv的公式如下：pmv(predicted mean vote)表征人体热反应的评价指标，代表了同一环境中大多数人冷热感觉的平均，取值范围是-3～+3，分别对应了人体的冷感觉和热感觉，

22、pmv＝λ×(0.303×exp(-0.036m)+0.0275)l

23、其中λ为地域修正系数，中国地区λ为0.7；

24、m为人体生理代谢率，单位：w/㎡，

25、l为人体热负荷，单位：w/㎡，

26、低运动强度时，

27、中运动强度时，

28、高运动强度时，

29、上述公式中，l为身高，单位：米；m为体重，单位：kg；

30、

31、上述公式中，m为人体生理代谢率，w为人体对外做功量，支风管风孔实际空气平均速度v*'，单位：m/s、t为当地环境温度，单位：℃，pa为水蒸气分压，单位：kpa，其中pa由安托尼方程线性化后得到pa＝0.2198t-2.2443,tl为衣内微环境温度；

32、其中：w＝ηm

33、η为机械强度，

34、低运动强度时，η＝0.203，

35、中运动强度时，η＝0.248，

36、高运动强度时，η＝0.308，

37、其中：支风管风孔实际空气平均速度v*'可以由主风管实际风速v换算：

38、

39、so为主风管截面大小，单位：㎡，

40、n为风孔数量，

41、s为支风管风孔面积，单位：㎡。

42、本实施方式中，衣内微环境温度tl跟内层管内相变材料相关，当相变材料为十八烷，tl＝0.4t+16.8。

43、本实施方式中，步骤s2中，

44、ts＝34℃

45、低运动强度时，x＝40％,

46、中运动强度时，x＝20％,

47、高运动强度时，x＝15％。

48、本实施方式中，步骤s2中，

49、pmv*＝(1-x)pmv

50、

51、a为运动强度系数：

52、低运动强度时，a＝0.3789，

53、中运动强度时，a＝0.5318，

54、高运动强度时，a＝0.3158，

55、b为衣服热阻热辐射复合系数：b＝4.661×10-8，

56、c为人体蒸发热损失对流传热损失复合系数：c＝0.2685+0.0021m

57、d为pmv修正系数：

58、

59、q＝nsv*

60、

61、q为主风管内风总体积流量，单位：l/s，

62、n为风孔数量，

63、s为支风管风孔面积，单位：㎡，

64、v*为支风管风孔所需的空气平均速度，单位：m/s，

65、vo为主风管需提供的入口风速，即：风扇出口风速，单位：m/s，

66、so为主风管截面大小。

67、本发明还包括一种通风背心，包括背心主体、安装在背心主体内的通风制冷系统和单片机，所述单片机包括处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信，所述存储器内存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述通风服热舒适自适应制冷控制方法中对应的操作，所述通风制冷系统包括风道系统、风扇和电源，所述电源给风扇和单片机供电，所述处理器与风扇电连接，所述风道系统包括主风管和支风管，所述风扇的出风口与主风管的进风口连接，所述主风管沿竖直方向布设在背心主体的背部，多根支风管沿主风管长度方向分层布设，支风管与主风管连通，所述支风管上设置有多个风孔，所述支风管为内外双层管设计，内层管同轴布设在外层管内，内层管与外层管之间的间隙形成风道，所述内层管为密封管，内层管内填充有相变材料。具体的，外层管内设有硬性镂空的支撑件，内层管通过支撑件支撑在外层管内，防止管路塌陷气孔闭合。

68、所述主风管设有两根，每根主风管与一个独立的风扇出风口连接，使得主风管形成气流的双纵向输送，相比于单纵向气流输运管，双管设计流量更大，气流分布更均匀，且气流阶跃情况不显著。

69、内层管内填充的相变材料具体为十八烷，相变点为28.2℃，可以降低气流温度，提高传热效果和人体热舒适性。

70、本实施方式中，所述内层管的横截面为椭圆形。相比于圆形截面，表面积与体积比更大，换热能力更强。

71、本实施方式中，所述背心主体包括内层布体与外层布体，所述主风管和支风管均固定在内层布体与外层布体之间的夹层中，所述支风管为环形且沿背心主体横截面布设。

72、本实施方式中，所述背心主体上还设有监测外部环境温度的温度传感器、监测主风管入口风速的热敏风速传感器、监测心率的hrv心率监测模拟传感器和与输入设备，所述温度传感器、热敏风速传感器、hrv心率监测模拟传感器和输入设备与单片机电连接，所述hrv心率模拟传感器置于hrv心率监测手环中，hrv心率监测手环佩戴在用户手腕上。

73、本发明与现有技术相比具有如下优点：

74、1、本发明的方法根据数值模拟实验结果设定的目标温度指标ts、运动强度指标x，利用热舒适值pmv，通过获取当地环境温度t，通过控制风扇转速，达到控制支风管风孔风速的目的，从而在不同外界温度环境、不同运动强度条件下，给到用户最舒适的风量，大大提高用户的舒适度；

75、2、本发明对pmv热舒适评价理论进行改进创新，主要体现在：基于中国地域和种族特征给出pmv修正系数；对水蒸气安托尼方程进行线性化处理；引入机械效率概念处理做功量；通过年龄和心率设定运动强度，并基于运动强度和身高体重计算生理代谢率；通过上述改进共同作用，使得本装置能够根据不同用户的具体需求和所处环境，提供更精准、更舒适的温度调节体验。

76、3、本发明通过温度传感器监测外部环境温度，通过热敏风速传感器监测主风管入口风速，通过hrv心率监测模拟传感器监测心率，并且将这些数据实时输入到单片机内，再利用本方法，实现对风扇转速的实时调整；

77、4、本发明的通风背心的支风管为内外双层管设计，内层管内填充有相变材料，通过相变材料可以降低支风管内的气流温度，提高传热效果和人体热舒适性；内管的设计可以节省相变材料布置空间，提高气流压力，进一步提升热舒适性；

78、5、本发明的主风管采用双纵向气流输运管设计，相比于单纵向气流输运管，双管设计流量更大，气流分布更均匀；

79、6、本发明内层管的横截面为椭圆形，相比于圆形截面，表面积与体积比更大，换热能力更强。