舒适性空调列车能耗分析与节能优化研究

【摘要】：随着我国经济的飞速发展，面临的能源与环境的挑战越来越艰巨，节能作为我国可持续发展的一项基本国策变得非常之重要。目前，列车空调系统的能耗在交通运输能耗中占有较大的比重，因此列车空调的节能越来越成为人们关注的焦点；另一方面，随着人们生活水平的提高，车厢内部的环境也受到人们极大的关注，于是对车厢内热舒适性的改善也迫在眉睫。如何在满足旅客热舒适性的同时实现列车空调的节能已经成为空调列车行业发展的核心问题。而这一切问题都必须建立在对列车运行中能耗状况的全面分析基础之上。本文针对上述问题，通过建模分析掌握了能耗的变化规律，并在此基础上，提出列车空调的节能优化措施。主要工作如下： 1、建立列车空调车厢热平衡模型 文中基于国内外能耗计算方法，吸收可借鉴参考之处，分析列车的各项参数，系统地建立了基于热平衡思想的列车车厢热性能仿真模型。模型包括车外气象参数模型、车厢内壁面热平衡子模型、外壁面热平衡子模型、车厢壁体传热子模型和车厢内空气热平衡模型。其中，车外气象参数模型中引入了车厢外综合温度，降低了模型的复杂程度；并将不稳定传热反应系数法引入车厢壁体传热子模型中，通过选取合适的反应系数项数，得出壁体逐时传热量；对车厢内壁面热平衡子模型也进行了完善分析，提出了组成内壁面热平衡方程的各项热流密度的计算方法与数值分析，可以得出相应条件下车厢内壁面的传热情况。通过对模型方程的迭代计算，能够较为精确的掌握列车运行过程中内壁温度和能耗的变化状况，并通过实际测量验证模型的准确性和可靠性，为列车空调的节能设计提供了良好的基础。 2、列车空调的节能优化措施 利用所建立的列车热平衡能耗模型，对太阳辐射、列车运行速度、相对湿度、车厢内风速、渗风量、新风量等众多因素对能耗的影响进行逐一计算和分析。同时分析了目前列车空调存在的问题，并将车厢热舒适性和空调运行能耗相结合，采用PMV-PPD指标评价车内空气品质，提出了基于热舒适的节能优化措施，为列车空调系统的进一步节能改造和改善车厢内人体热舒适环境提供了理论参考依据。 【关键词】：列车空调 能耗模型 热舒适 节能优化
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U270.383
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符号说明9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 本课题研究目的和内容16-18
• 1.3.1 课题来源及目的16
• 1.3.2 本课题研究的主要内容和重点16-18
• 第二章 列车车厢能耗体系的分析与确定18-27
• 2.1 能耗模型计算方法的分析与选取18-22
• 2.1.1 能耗计算方法的选取19-20
• 2.1.2 车厢热力系统模型20-21
• 2.1.3 能耗研究体系的确定21-22
• 2.2 能耗模型外部条件假设22-23
• 2.2.1 外部条件假设22
• 2.2.2 车厢壁体各层材料的物理性质不变22
• 2.2.3 壁体的传热过程视为一维问题处理22-23
• 2.2.4 表面一致性假设23
• 2.3 基本热平衡方程的建立23-26
• 2.3.1 室外气象参数模型23
• 2.3.2 车厢外壁面热平衡子模型23-24
• 2.3.3 车厢内壁面热平衡子模型24-25
• 2.3.4 车厢壁体传热子模型25-26
• 2.3.5 车厢内空气热平衡模型26
• 2.4 小结26-27
• 第三章 列车沿线车外气象参数模型27-43
• 3.1 建模气象数据源的选择27
• 3.2 列车外界逐时温度模型27-30
• 3.3 列车车外太阳辐射模型30-33
• 3.3.1 列车外表面接受的太阳直射辐射强度的确定31-32
• 3.3.2 列车外表面接受的天空散射辐射强度的确定32-33
• 3.3.3 列车外表面接受的地面反射辐射强度的确定33
• 3.4 列车车外综合温度模型33-35
• 3.5 列车气象模型实例计算及分析35-42
• 3.5.1 列车太阳辐射模型的计算及分析35-40
• 3.5.2 列车车外综合温度场的计算及分析40-42
• 3.6 小结42-43
• 第四章 列车车厢围护结构热平衡模型43-63
• 4.1 列车车厢外壁面热平衡子模型43-47
• 4.1.1 参数分析43-44
• 4.1.2 天空温度t_(sky)的确定44-45
• 4.1.3 地面温度t_g的确定45-46
• 4.1.4 角系数的确定46
• 4.1.5 列车车厢外壁面热平衡子模型的简化计算46-47
• 4.2 列车车厢壁体传热子模型47-55
• 4.2.1 反应系数法47-51
• 4.2.2 列车列车车厢壁体反应系数的计算与分析51-55
• 4.3 列车车厢内壁面热平衡子模型55-59
• 4.3.1 由车外传入车内的导热热流密度q_(kin)的确定56
• 4.3.2 车厢内表面间的长波辐射热流密度q_(LWX)的确定56-57
• 4.3.3 车厢内表面与车内空气的对流换热密度q_(conv,i)的确定57
• 4.3.4 车厢内热源的长波辐射热流密度q_(LWS)的确定57-58
• 4.3.5 照明灯具的短波辐射热流密度q_(sw)58
• 4.3.6 由窗户传入车厢内的短波辐射（太阳辐射）热流密度q_(sol)的确定58-59
• 4.4 车厢内空气热平衡模型59-62
• 4.4.1 列车车厢空气渗透模型59-62
• 4.4.2 车内外通风引入的新风热量Q_(VE)的确定62
• 4.5 小结62-63
• 第五章 列车能耗计算与分析63-96
• 5.1 车厢热平衡方程组的建立63-68
• 5.2 车厢热平衡模型的综合计算68-75
• 5.2.1 壁体传热能耗计算分析68-73
• 5.2.2 单节车厢传热能耗分析73-75
• 5.3 模型的实验验证75-77
• 5.4 影响因素77-94
• 5.4.1 车厢内风速77-80
• 5.4.2 相对湿度80-81
• 5.4.3 车内空气温度81-83
• 5.4.4 列车运行速度和渗风量83-88
• 5.4.5 太阳辐射88-93
• 5.4.6 新风量93-94
• 5.5 能耗分析94-95
• 5.6 小结95-96
• 第六章 列车节能优化措施96-107
• 6.1 目前列车空调存在的问题96-97
• 6.1.1 舒适性方面存在的问题96-97
• 6.1.2 节能方面存在的问题97
• 6.2 舒适性列车空调的节能优化措施97-106
• 6.2.1 车厢内舒适性参数的合理控制97-104
• 6.2.2 改变列车空调的控制方式104-105
• 6.2.3 合理控制新风量105-106
• 6.2.4 改善空调列车的材料特性106
• 6.3 小结106-107
• 第七章 结论与展望107-109
• 7.1 结论107-108
• 7.2 后续工作及展望108-109
• 参考文献109-112
• 个人简历 在读期间发表的学术论文112-113
• 致谢113

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