温度和温湿度对船舶空调热舒适性和能耗的影响

温度和温湿度对船舶空调热舒适性和能耗的影响

1预期平均评价和预期不满意率经过半个多世纪的发展，热舒适度评价指标达到了能量等级，包括具有代表性的指标，如有效温度和标准温度（美国）。可卡迪冷却能力、等效温度和主观温度（英国）；由于预测值和预测不充分，即pmv-ppd指数（丹麦）；热应力指数；湿球和黑球的平均计数指数。船舶空调夏季供冷时,舱室内的气流速度一般不变,乘客的衣着量和活动强度也是相对固定的,而且对于现有空调系统来说,大多情况下可认为平均辐射温度等于室内空气温度,因此船舶舱室的热舒适可看作主要与空气温度、相对湿度有关。根据文献,在满足热舒适的条件下,我国给定的船舶空调设计参数推荐值如表1所示。2夏季制冷工况下的pmv模型为了研究船舶舱室内空气参数变化对热舒适度和能耗的影响,以上海到普陀山的洛伽山号游船上的四人商务舱为研究对象建立模型(见图1),计算夏季制冷工况时不同温度和相对湿度参数组合下的PMV,PPD值和系统负荷。2.1夏季一般穿短服装、中长妇人服装热阻rcl计算PMV,PPD时,按照文献的规定,作以下假设:1)乘客在舱室内的活动状态为静坐休息,新陈代谢率M=58W/m2。2)乘客夏季一般穿短衫、中长短裤,服装热阻Rcl为0.5clo,即0.775m2·K/W,此时,穿衣人体外表面积与裸露人体表面积之比fcl约为2。3)最小新风量取40m3/(人·h),空气流速取0.2m/s,送风温差取12℃。2.2舱室环境设计为简化系统负荷计算,根据文献作以下假设:1)船舶航行中太阳光对舱室的辐射角度是不断变化的,围护结构渗透传热属非稳态传热。为简化成稳态传热问题,计算甲板和舱壁的渗透传热时,分别采用13:00和14:00时的辐射照度,舱外空气温度取35℃,相对湿度取80%。2)舱壁ADEH,BCFG及甲板CDEF侧均为与该舱室温、湿度相同的舱室;ABCD侧为走廊,与室内温差为2℃,EFGH侧为船舷,这两侧壁面的隔热结构均为50mm厚的岩棉甲板、25mm厚的岩棉扶强材和22mm厚的复合岩棉板内壁,传热系数K=1.10W/(m2·℃);ABGH舱顶为日晒A-60甲板,隔热结构为75mm厚的岩棉甲板,25mm厚的岩棉梁和25～30mm厚的复合岩棉板天花板,传热系数K=0.80W/(m2·℃)。3)EFGH舱壁有一扇圆形双层普通玻璃窗,内有浅色遮阳设施,面积1.13m2,传热系数K=3.5W/(m2·℃),太阳辐射得热量为210W/m2。4)舱室内照明设备仅有白炽灯,散热量取15W/m2。5)按文献选取不同温度下的人体散热量和散湿量。3计算与分析3.1计算方法和结果运用计算机编程计算得到了PMV,PPD和系统负荷,结果见表2～4。3.2温度和相对湿度对pmv的影响参照ISO7730中PMV-PPD指标的推荐值范围,分析不同温度和相对湿度参数组合对热舒适的影响。在假设条件下,设计温度低于25℃时,PMV<-0.5,PPD>10%,乘客感觉偏凉;温度高于27℃时,PMV>0.5,PPD>10%,乘客感觉较热。因而夏季船舶空调舱内的温度设计值应取25～27℃,且温度为25℃时相对湿度应大于30%,温度为27℃时相对湿度应小于55%。从表2可看出,相对湿度一定时,PMV值随室内温度的上升不断增大,温度每改变1℃,PMV变化0.061～0.465;温度一定时,相对湿度每改变5%,PMV变化0.007～0.196。以t=26℃,t=27℃和φd=45%,φd=50%分别绘制PMV随温度和相对湿度的变化曲线(见图2,3),从图2,3可以直观地看出温度和相对湿度对PMV不同程度的影响。结合表3可得出,温度比相对湿度更容易使对热环境不满意的人数发生波动。这点与对陆地上建筑空调热舒适进行研究得到的结果一致,即温度参数对热舒适的影响比较大,温度一定时,相对湿度对热舒适几乎没有影响。由表3可知,t=27℃,30%<φd<40%时与t=25℃,55%<φd<65%时的PPD相差很小,即温度较低时,提高相对湿度,也可得到使多数人满意的热舒适度。因而设计船舶空调系统时可以尽量将温度值取低,相对湿度值取高,以保证良好的热舒适性。与陆地上居住场所的空调系统不同,船舶空调系统具备一些特性,即在航行过程中,太阳的辐射照度和外界空气参数是不断变化的;壳体及舱壁由具有良好导热性能的金属材料制造,隔热保温性能很差;舱室空间狭小,布置着各种散发余热、余湿、噪声和其他污染物的设备,显得十分拥挤。因而其空调系统的能耗计算不同于陆地上建筑空调系统,温度、相对湿度等参数的变化对空调系统能耗的影响有所不同。由于本文是在舱室简化模型上作的计算,其结果只能大概反映温度、相对湿度变化对系统负荷的影响。从表4可以看出,在满足热舒适的条件下,系统负荷随着温度的升高而减小,但幅度很小,例如φd=50%,t由25℃升至26℃时,负荷只减少了3%;相对湿度增大,负荷也会减少,且比温度变化引起的负荷变化幅度要大,例如t=27℃,φd由50%变为55%时,负荷减少了9%。可以看出,增大相对湿度可以较明显地减少空调负荷,实现良好的节能效果。4温度和湿度对空调系统最优条件的影响4.1根据计算结果分析,我国目前的船舶空调夏季设计参数推荐值基本满足了ISO7730规定的热舒适要求。为满足PPD<10%,-0.5<PMV<0.5,推荐我国船舶空调夏季设计参数为:t=25℃时,φd>35%;t=27℃时,φd<55%;最佳的室内设计参数为:t=26℃,55%<φd<60%。温度较低时,在一定范围内提高相对湿度可以改善人体的热舒适感觉,由于人们一般比较喜欢较干燥和凉爽的空气,所以设计空调系统时,选取适当低的相对湿度和热舒适温度范围内的下限温度是有利的。4.2船舶空调系统负荷随温度和湿度的增大而减少,增大相对湿度