高寒高海拔复合环境试验舱，通常也称“高原环境模拟试验舱”或“高海拔复合环境舱”，是一种专门用于模拟高海拔、极低温、低气压、低氧、强紫外线、大风、干燥等高原极端气候条件的综合性环境试验设备，并可集成其他环境应力（如高风速、强太阳辐射、温度冲击、湿热等）的大型人工气候模拟装置，广泛应用于航空航天、国防军工、新能源汽车、高原医学、特种装备及重大基础设施等领域，用于评估人员、材料、电子设备、车辆或系统在青藏高原、帕米尔高原、南极等严酷环境下的适应性、可靠性与安全性。

高寒高海拔复合环境试验舱专门用于模拟高海拔和高寒环境，能够同时模拟高海拔地区的低气压、低温、低氧等极端环境条件，以及高寒地区的极低温度条件。

核心功能：

▪ 多参数耦合模拟：集成温度、气压控制系统，可同步施加低温、低气压环境，部分高端型号还支持湿度、振动等附加因素，实现更真实的“高原湿冷”或“振动+低温”场景模拟。

▪ 精确环境复现：通过制冷系统（如复叠式压缩机）和真空泵协同工作，快速调节舱内温度与气压，例如在30分钟内模拟从地面到6000米海拔的上升过程，同时温度从25℃骤降至-20℃。

▪ 实时监测与验证：配备传感器网络，实时采集启动时间、电压波动、关键部件温度等数据，评估产品冷启动性能、运行稳定性及耐久性，确保其在极端条件下不失效。

模拟环境要素

• 低气压/高海拔：通过真空系统模拟海拔0至8000米甚至万米高空的气压。

• 低温/高寒：通过制冷与加热系统实现-60℃至+80℃的宽范围精确控温。

• 湿度：通过加湿与除湿系统实现10%–98%RH的湿度控制。

• 低氧/富氧：通过调节O₂、N₂等气体浓度，精确控制舱内氧分压。

• 复合环境：可叠加覆冰、淋雨、盐雾、强紫外线、风速等多种应力。

技术参数

▪ 模拟海拔范围：0～6000米（对应气压：101.3kPa～47kPa）。

▪ 极限气压：最低可达40kPa（约相当于6500米海拔）。

▪ 温度范围：-70℃～+85℃（部分型号可达+150℃）。

▪ 湿度范围：10%～98%RH（在+25℃～+85℃范围内）。

▪ 压力变化速率：可调，典型为10～50m/min（模拟快速升降）。

▪ 舱体尺寸：小型（0.5m³）、中型（2～10m³）、大型（≥20m³，可步入）。

▪ 控制精度：

- 气压：±1kPa

- 温度：±1℃

- 湿度：±2%RH

▪ 升/降压时间：从常压到5000米海拔约10～30分钟（视舱容）。

▪ 安全保护：超压、欠压、过温、漏电、门联锁等多重保护。

▪ 控制系统：PLC+触摸屏，支持程序设定、数据记录、远程监控。

▪ 观察窗口：双层防雾防爆玻璃，内置照明。

▪ 穿墙接口：预留电缆、气路、水路穿舱孔，用于供电与信号传输。

高寒高海拔复合环境试验舱的设备组成

1. 环境模拟系统

•低温系统：采用复叠式制冷机组或液氮冷却系统，实现–70℃甚至更低温度的精确控制。

•低气压（高原）系统：通过真空泵组和压力控制系统，模拟海拔0～8000米（对应大气压约101.3 kPa～35 kPa）的气压环境。

•湿度控制系统（可选）：部分试验舱配备加湿/除湿装置，用于模拟高寒地区特定湿度条件。

•风速模拟系统：配置风机与风道，模拟不同风速条件（如自然风、高速气流等）。

2. 舱体结构系统

•保温舱体：采用双层不锈钢结构，中间填充高性能绝热材料（如聚氨酯或VIP真空绝热板），确保良好的隔热与气密性能。

•观察窗与照明：高强度防霜观察窗、舱内防爆照明系统。

•密封门系统：气密性良好的电动或手动舱门，带安全联锁装置。

3. 测控与数据采集系统

•PLC/工控机控制系统：实现对温度、压力、湿度、风速等参数的自动调节与程序控制。

•传感器网络：包括温度传感器（PT100等）、气压传感器、湿度传感器、风速计等。

•人机界面（HMI）：触摸屏操作界面，支持设定试验曲线、实时监控、数据记录与报警功能。

•远程监控接口：支持以太网、Modbus、OPC等协议，便于接入上位管理系统。

4. 安全保护系统

•超温/超压/欠压保护：多重安全联锁机制。

•氧气浓度监测与报警（针对人员进入型舱体）。

•紧急停机与泄压装置。

•漏电、短路、过载等电气保护。

5. 辅助系统

•样品供电与信号引线端子板：为被试品提供电源及信号接入通道，并保证舱体密封。

•排水/除霜系统：用于排除冷凝水或自动化霜。

•气体置换系统（可选）：用于控制舱内氧含量或引入特定气体环境。

高寒高海拔复合环境试验舱的建设方案与建设步骤

一、建设目标与需求分析

1. 明确用途

•测试对象：如新能源汽车电池、发动机冷启动、无人机飞控系统、电子元器件、高原医疗设备等。

•核心环境参数：

•温度范围（如 –70℃ ~ +80℃）

•气压范围（模拟海拔0~8000米，对应101.3 kPa ~ 35 kPa）

•是否需要湿度、风速、振动、光照等复合应力

2. 确定性能指标

•温变速率（如 ≥3℃/min）

•压力变化速率（如 ≤5 kPa/min）

•控制精度（温度±0.5℃，压力±0.1 kPa）

•舱体有效容积（1 m³ 小型台架试验 或 20+ m³ 整车/大型设备试验）

二、总体建设方案设计

1. 系统架构

•主试验舱体：集成低温、低气压、可选湿度/风速模块

•辅助设备间：放置制冷机组、真空泵组、电控柜、空压机等

•控制室：操作台、监控系统、数据采集终端

•安全通道与缓冲区（如为人员可进入型舱体）

2. 关键子系统选型

•制冷系统：复叠式压缩机制冷（–70℃）或液氮辅助降温

•真空系统：多级罗茨泵+旋片泵组合，带变频调速

•舱体结构 ：双层不锈钢+高性能保温层（δ≥150mm聚氨酯/VIP）

•控制系统：PLC+工控机+HMI，支持GB/T 2423标准试验程序

•安全系统：氧浓度监测、紧急泄压阀、双门互锁、声光报警

三、详细建设步骤

步骤1：项目立项与可行性研究

•编制《技术任务书》或《用户需求说明书（URS）》

•进行投资估算（典型成本：小型舱500万~1500万元；大型复合舱2000万以上）

•选址评估：承重、层高、电力（≥380V/100kW）、排水、通风、防爆要求

步骤2：方案设计与评审

•委托专业环境模拟设备厂商或设计院完成：

•工艺流程图（P&ID）

•舱体三维建模与热力学仿真

•电气与自控原理图

•组织专家评审，确认技术路线

步骤3：土建与基础设施准备

•地面加固（承重≥5 t/m²）

•预埋电缆沟、冷却水管、真空管路套管

•预留设备吊装口（大型机组需屋顶开口或侧门进）

•配电房扩容（建议独立变压器）

步骤4：设备制造与安装

•舱体工厂预制（焊接、保温、检漏）

•现场拼装与密封处理（氦质谱检漏达标）

•安装制冷机组、真空系统、控制系统

•布设传感器网络与引线端子板

步骤5：系统联调与性能验证

•单机调试：制冷、抽真空、控制逻辑

•联合运行：模拟典型工况（如“–40℃ + 6000m海拔”）

•第三方校准：依据JJF 1101、GB/T 5170等标准进行温压场均匀性测试

•出具《性能验收报告》

步骤6：操作培训与交付使用

•编制《操作维护手册》

•培训技术人员（含应急处理）

•建立定期维保制度（如真空泵油更换、制冷剂检漏）

四、注意事项与常见问题

•复合应力耦合：低温下材料脆化可能影响密封性，需选用耐低温密封件（如氟橡胶、金属密封）。

•能耗优化：采用热回收、变频控制、分段抽真空等节能策略。

•扩展性预留：未来可能增加振动台、紫外老化、盐雾等模块，需在初期预留接口与空间。

•合规性：符合《特种设备安全法》（若属压力容器）、防爆电气规范（如用于燃油设备测试）。

典型应用领域

1.航空航天：

▪ 飞机、直升机、卫星、火箭部件在寒冷稀薄空气中的性能。

▪ 宇航服、生命保障系统测试。

▪ 火星/月球车环境模拟。

2.国防军工：

▪ 坦克、装甲车、军用电子设备、单兵装备在高原极寒战场的适应性。

3.新能源汽车与轨道交通：

▪ 电动汽车/氢燃料汽车：电池包（低温续航、低温充电）、电机、电控、热管理系统（热泵空调）的极限测试。

▪ 高铁/动车组：确保在高寒高原线路（如青藏铁路）的安全运行。

4.电力与能源：

▪ 电网设备（断路器、变压器）、风力发电机叶片、光伏逆变器在高原严寒下的可靠性。

5.高端装备与科研：

▪ 特种材料（如复合材料、橡胶、涂料）性能研究。

▪ 生物、农业（冻土、种子）研究。

▪ 通信基站、电子元器件的可靠性测试。

6.高原医学

▪ 研究人体在高海拔和高寒环境下的生理变化，开展低氧训练等。

技术挑战：

▪ 极端条件下的稳定性：在 -70°C 和极低气压下，机械密封、材料收缩、传感器精度都面临挑战。

▪ 多因素耦合控制：精确协调制冷、抽真空、加热、加湿等多个子系统，实现复杂的复合循环。

▪ 能耗巨大：维持极端环境需要极高的功率，节能设计是关键。

▪ 安全性：涉及高压、低温、真空，对人员和设备的安全保护要求极高。

高寒高海拔复合环境试验舱是国家高原战略、高端装备自主可控、生命科学研究的重要基础设施。它不仅“复制”了地球最严酷的生存环境，更在实验室中为人类探索极限、保障安全、推动创新提供了可控、可重复、可量化的科学平台。随着川藏铁路、青藏科考、高原驻防等国家工程深入推进，此类试验舱的战略价值将持续提升。

北京易盛泰和可以根据用户需求提供高寒高海拔复合环境试验舱的研发建设业务，该设备用于精确模拟极端地理环境，即同时存在低温（如-40℃至-60℃）和高海拔低气压（如海拔5000米以上）的复合条件。其核心目标是复现产品在高原寒冷地区面临的“低温+低氧”双重挑战，验证其在极端工况下的可靠性。

关于易盛：

北京易盛泰和科技有限公司，是一家致力于环境模拟实验室设计、研发和建造的高新技术企业。项目遍布全国各大军工院所、各重点科研行业，与南航建立了产学研基地、与北航建立了紧密的合作机制，为多家科研院所设计和建造了各类环境模拟试验室，易盛泰和以环境模拟行业多领域应用的专业性综合实力，确立了在国内环境模拟行业的领先地位。