热舒适条件下的船舶空调节能研究

【摘要】： 我国“十一五”规划中,关于推进工业结构优化升级中明确指出要加强我国的船用装备配套能力发展船舶空调系统的生产设计和运营管理是加快我国船舶建造业,提升我国航运业竞争力的重要举措;同时加强船舶节能技术应用,是节约我国匮乏能源,合理利用资源,利国利民的百年大计。本文的研究是建立在国家发展所需、人民生活所向之上的关注船舶舱室环境舒适和节能的综合性课题研究。 国内外大量的陆上研究表明,室内热环境对人的身心健康和工作效率有着重要的影响,海上气象的多变,舱室环境的复杂,船上人员的不同背景,这些因素是否会导致船舶舱室热舒适与陆上建筑之间的差异?而又如何在保证热舒适的前提下,尽可能的做到节能? 本文以热舒适和节能为最终目标,通过对空调系统设计参数的优化、气流组织的改进和先进控制原理的应用研究为线索,选用航行于东海海域的短途豪华游船为参照,进行了系统的研究。在热舒适理论研究方面,选用PMV指标作为评价指标,分析了各环境变量对PMV指标和系统能耗的影响;结合Matlab编程PMV计算,给出了我国船舶空调设计可选用的参数优化组合范围。现场研究方面,经过对实船调查数据的整理,研究了人员背景对热感觉投票的影响,其中包括人员性别、年龄、职业、着装等方面的研究和分析;经拟合得出了船舶各舱室的室内热中性温度;分析得出由于服装热阻和新陈代谢率的选取不当,造成了PMV计算值相对TSV值存在较大的偏离,经拟合二者差异得出修正方程,采用修正计算方法可减小PMV计算值与TSV之间的差值;讨论了室内温度和热感觉对船员工作效率的影响,经过拟合得出了工作效率较高的室内温度和热感觉投票范围。在舱室环境模拟上,针对实船原有送风方式存在的不足,提出了三组改进方案,根据Airpak模拟结果对各组方案的送风效果进行了分析;模拟了下送上回方式下的舱室温度场、气流组织和人员热舒适。在空调控制方面,提出了三种不同的船舶空调系统可采用的热舒适指标控制方案;运用Simulink进行仿真,对比了传统PID定温控制和PMV指标神经网络控制的性能优劣。 【关键词】：船舶空调 热舒适 节能 参数优化 控制
【学位授予单位】：上海海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U664.86
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 主要符号8-9
• 主要图表9-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景11
• 1.2 船舶空调系统热舒适11-13
• 1.2.1 船舶空调系统概述11-12
• 1.2.2 船舶空调热舒适要求12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 国内研究现状13-15
• 1.3.2 国外研究现状15-16
• 1.4 本文的研究内容及研究方法16-18
• 1.4.1 本文的研究内容16-17
• 1.4.2 研究方法、技术路线17-18
• 1.5 研究意义18
• 参考文献18-22
• 第二章 基于热舒适的船舶空调系统设计参数优化组合22-37
• 2.1 热舒适评价指标22-27
• 2.1.1 有效温度ET22-23
• 2.1.2 标准有效温度SET23-24
• 2.1.3 PMV-PPD指标24-26
• 2.1.4 其他指标26-27
• 2.2 影响PMV-PPD指标的因素27-31
• 2.2.1 空气温度和平均辐射温度的影响27-29
• 2.2.2 空气相对湿度的影响29-30
• 2.2.3 空气流速的影响30-31
• 2.3 热舒适下温湿度参数节能优化组合31-36
• 2.3.1 满足热舒适的参数组合研究31-32
• 2.3.2 实船空调系统设计参数优化组合32-34
• 2.3.3 结果与分析34-36
• 2.4 本章小节36
• 参考文献36-37
• 第三章 船舶舱室热舒适调查研究37-55
• 3.1 船舶舱室热舒适调查背景及方法37-40
• 3.1.1 调查背景37-39
• 3.1.2 热环境参数测量39-40
• 3.2 调查结果与分析40-45
• 3.2.1 不同环境组合下的热感觉投票40-42
• 3.2.2 不同舱室内的热感觉投票42
• 3.2.3 衣着投票42-43
• 3.2.4 环境偏好43-45
• 3.3 PMV计算中人为因素的修正45-49
• 3.3.1 TSV实测值与PMV计算值45-46
• 3.3.2 关于服装热阻值的修正46-48
• 3.3.3 关于新陈代谢率的修正48-49
• 3.4 热舒适与工作效率的研究49-53
• 3.4.1 室内空气温度的影响50-51
• 3.4.2 热感觉影响51-53
• 3.5 本章小节53
• 参考文献53-55
• 第四章 船舶空调舱室热环境模拟55-70
• 4.1 Airpak软件介绍55-57
• 4.1.1 计算流体力学及Airpak软件国内外发展史55-56
• 4.1.2 Airpak软件的特点56-57
• 4.2 船舶舱室Airpak模型57-62
• 4.2.1 舱室简介57-58
• 4.2.2 流体力学模型58-59
• 4.2.3 边界条件的设定59-60
• 4.2.4 网格划分60-61
• 4.2.5 模型精确性验证61-62
• 4.3 不同送风方式下热舒适分析62-68
• 4.3.1 原有送风方式模拟及结果分析63-64
• 4.3.2 方案一改进模拟与分析64-67
• 4.3.3 下送上回方式模拟与分析67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 参考文献69-70
• 第五章 船舶空调热舒适指标控制70-85
• 5.1 国内外热舒适指标控制研究现状70-71
• 5.2 船舶空调传统控制与热舒适指标控制简介71-74
• 5.2.1 传统船舶空调系统控制方法及原理71-72
• 5.2.2 热舒适指标控制概念及方式72-73
• 5.2.3 采用热舒适指标控制的优越性73-74
• 5.3 船舶空调热舒适性指标控制可选方案74-77
• 5.3.1 基于PID控制的改进方案74-75
• 5.3.2 自适应神经网络控制方案75-76
• 5.3.3 模糊控制方案76-77
• 5.4 控制系统的Simulink仿真77-83
• 5.4.1 控制参数设定77-79
• 5.4.2 不同控制方法仿真模型的建立79-81
• 5.4.3 结果分析81-83
• 5.5 本章小节83
• 参考文献83-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 致谢87-88
• 附录A PMV-PPD计算程序88-90
• 附录B 船舶空调环境热舒适调查表90-91
• 附录C 船上工作人员着装情况91-92
• 附录D 神经网络Matlab源程序92-93
• 攻读学位期间发表的论文著作93

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