客滾船住艙氣流組織的數(shù)值模擬研究

蘇石川, 陳佳敏, 鄒燚濤, 高志剛, 王均毅, 施 紅

(江蘇科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212003)

大型船舶受海上環(huán)境與自身性能的影響，艙室內(nèi)環(huán)境舒適性直接影響船上人員的工作效率與心情[1-2]。現(xiàn)有的高端客滾船住艙大多設(shè)有床、沙發(fā)、寫字桌、壁櫥、衣柜以及衛(wèi)生單元等大型家具及設(shè)施，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、裝修豪華。住艙一般位于客滾船上層建筑的1～2層，多用于為船員及旅客提供良好的休息環(huán)境。因此，如何改善客滾船住艙等深?？瓦\船舶艙室環(huán)境的舒適性，提高船員的工作效率以及保障乘船人員的身心健康成為人機環(huán)境等相關(guān)學(xué)科的研究熱點[3]。同樣的，載人空間內(nèi)的環(huán)境舒適性也是世界各國航空、船舶以及汽車等工業(yè)領(lǐng)域的重點研究對象[4-5]?？蜐L船住艙環(huán)境舒適性評價方法的提出可以豐富船舶舒適度評價的理論體系，提高中國豪華郵輪等高技術(shù)、高附加值船舶的建造能力。湖南大學(xué)安樸艷[6]進(jìn)行了室內(nèi)氣流組織及顆粒物分布的數(shù)值模擬研究，在考慮人體舒適性的前提下，發(fā)現(xiàn)同側(cè)下送上回的空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)方式最優(yōu)。王琳等[7]提出了基于復(fù)合形法的實時節(jié)能舒適控制方法，并在夏熱冬冷地區(qū)辦公建筑內(nèi)利用此方法驗證了實時節(jié)能舒適控制的可行性。Bourdakis等[8]對輻射制熱與供冷系統(tǒng)從熱舒適性角度進(jìn)行了全面的綜述分析，研究結(jié)果表明輻射空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性好、能源利用效率高。Markus等[9]的室內(nèi)熱環(huán)境實驗表明，在空氣溫度較高時，人體可以承受相對較高的空氣流動速度，在較冷的環(huán)境中人體更加適應(yīng)通風(fēng)速度較低的環(huán)境。柴婷等[10]考慮船舶艙室熱環(huán)境的特殊性，建立了合理的計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics, CFD)數(shù)值仿真模型。依據(jù)模型及其計算結(jié)果，參考PMV-PPD熱舒適性評價指標(biāo)和DNV COMF.C(3)規(guī)范，對艦船空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織進(jìn)行優(yōu)化以提高熱舒適性。唐敏等[11]建立了室內(nèi)對流環(huán)境中的人體熱反應(yīng)模型，可用于各種對流空調(diào)環(huán)境下的人體生理參數(shù)預(yù)測，為新型對流空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、評估及修正提供參考。上述研究工作為客滾船住艙氣流分布的優(yōu)化設(shè)計及艙室的可居住性提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

鑒于以上研究，從客滾船住艙的熱環(huán)境因素、舒適性與經(jīng)濟(jì)性等方向著手，以某在建豪華客滾船住艙為參照，建立艙室模型，進(jìn)行客滾船住艙氣流組織數(shù)值模擬。計算得出熱舒適性評價指標(biāo)預(yù)測平均評價(PMV)，預(yù)測不滿意百分比(PPD)分布圖并重點研究其分布特征，從而對比輻射空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)船用空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)舒適性；此外，根據(jù)能量利用系數(shù)值對比兩種空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

1 物理模型及數(shù)值方法

1.1 計算模型

根據(jù)某客滾船建造平面圖紙，建立了單人住艙(左舷)的幾何模型，如圖1所示。其外形尺寸為5 m×2.2 m×2.5 m，艙內(nèi)部分設(shè)備的基本尺寸與坐標(biāo)位置如表1所示。

圖1 客滾船單人住艙(左舷PS)幾何模型

1.2 船舶艙室空調(diào)系統(tǒng)

船舶具有較強的移動性，其所處的環(huán)境氣候變化復(fù)雜，與一般的陸用空調(diào)系統(tǒng)存在明顯的區(qū)別：①船舶航區(qū)廣闊，氣候變化明顯，熱、濕負(fù)荷變化大；②船舶起居生活空間小、相對密閉，需要較高的空氣調(diào)節(jié)質(zhì)量；③設(shè)備艙熱、濕負(fù)荷集中，部分操作設(shè)備與器械對環(huán)境要求高；④船舶類型眾多，不同功能的船舶對于艙室內(nèi)空氣環(huán)境要求不同。雖然船舶的特殊性使得船舶空調(diào)系統(tǒng)具有更嚴(yán)格的設(shè)計要求，但其空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用形式與空氣調(diào)節(jié)原理依然與陸用空調(diào)保持一致。

表1 單人住艙(左舷PS)幾何模型參數(shù)表

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)完全由空氣來改善室內(nèi)環(huán)境舒適性。在夏季，常規(guī)船用空調(diào)制冷系統(tǒng)由冷水機組產(chǎn)生冷媒水，冷媒水經(jīng)空調(diào)器內(nèi)的冷卻器與送風(fēng)機送入的室外空氣進(jìn)行熱交換，再通過傳熱回轉(zhuǎn)輪進(jìn)行除濕和冷卻；最后，新鮮空氣經(jīng)消聲室和空氣分配箱，由布風(fēng)器進(jìn)入船舶住艙調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。在冬季，空調(diào)系統(tǒng)的熱源為蒸汽。

輻射空調(diào)系統(tǒng)包括毛細(xì)管空調(diào)與輻射吊頂空調(diào)，其基本形式均為輻射吊頂板。輻射板僅占用10 mm的吊頂空間，非常適用于船舶艙室空間?，F(xiàn)提出一種節(jié)能型客滾船住艙輻射供冷/暖配合獨立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。在夏季，系統(tǒng)可以利用溫度較低的海水進(jìn)行輻射供冷以減少冷水機組的供冷量；在冬季，系統(tǒng)可以利用船舶排放的中低溫廢氣進(jìn)行住艙輻射供暖以增加船舶低品位熱源的利用效率。

1.3 客滾船住艙負(fù)荷計算

1.3.1 夏季住艙內(nèi)顯熱冷負(fù)荷

夏季工況下，客滾船住艙空調(diào)系統(tǒng)的顯熱冷負(fù)荷即室內(nèi)得熱量主要包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入熱、人員及設(shè)備散熱、照明散熱?？傦@熱冷負(fù)荷為

∑Φ1=q+qp+ql+qε

(1)

式(1)中：∑Φ1為顯熱冷負(fù)荷即室內(nèi)的熱量，W；q為艙內(nèi)傳入熱量，W，由朝陽艙壁、過道艙壁、船舷玻璃窗的傳入熱量，需要說明的是：其他室內(nèi)艙壁均分隔的是空調(diào)艙室，因此可以忽略他們之間的傳熱；q由式(2)計算。qp為人體散熱量，W，該熱量值等于室內(nèi)人數(shù)的總發(fā)熱量，個體人員的發(fā)熱量包括顯熱量和潛熱量，當(dāng)艙內(nèi)空氣溫度取設(shè)計溫度26 ℃時，室內(nèi)人員的活動狀態(tài)為輕松活動狀態(tài)，則顯熱為50 W，潛熱為66 W；ql為住艙內(nèi)燈具散熱量，W；qε為冰箱、電視機等設(shè)備散熱量，W。

∑q=q1+q2+q3

(2)

式(2)中：q1為朝陽艙壁傳入的熱量，W，由式(3)計算。

q1=k1A1(td-tn)

(3)

式(3)中：k1為陽面艙壁隔熱結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；A1為除去玻璃舷窗面積的艙壁面積，m2；td為艙外計算當(dāng)量空氣溫度，℃，陽面艙壁外當(dāng)量空氣溫度為67 ℃；tn為艙內(nèi)設(shè)計空氣溫度 ℃；q2為過道艙壁傳入的熱量，W，由式(4)計算。

q2=k2A2Δt

(4)

式(4)中：k2為室內(nèi)艙壁隔熱結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，取1.16 W/(m2·K)；A2為室內(nèi)各艙壁面積，m2；Δt為相鄰艙室之間的溫差，K，取空調(diào)艙室與過道的溫差為2 K。

q3為玻璃舷窗傳入的熱量，W，由式(5)計算。

q3=k3A3(ta-tn)+GsItA3

(5)

式(5)中：k3為玻璃舷窗傳熱系數(shù)，取k3=3.5 W/(m2·K)；A3為玻璃舷窗面積的有效傳熱面積，m2；ta為艙外設(shè)計空氣溫度，℃；Gs為雙層舷窗玻璃太陽輻射熱透射率，取為10%；It為船舶艙室接收的太陽輻射強度，W/m2，其計算過程如下：

對于太陽輻射I而言，其計算式為[12]

I=ID+IS

(6)

ID=I0cosθ

(7)

(8)

(9)

IS=I0pM(1-pM)/[2(1-1.4lnp)]

(10)

cosθ=sinφsinδ+cosφcosδcosω

(11)

式中：ID為太陽直射輻射強度，W/m2；IS為太陽散射輻射，W/m2；I0為太陽常數(shù)；dM為日地距離修正系數(shù)；Pao為大氣壓力，Pa；p為大氣透明系數(shù)，p=0.67～0.7；M為大氣光學(xué)質(zhì)量；θ為天頂角；φ為當(dāng)?shù)鼐暥龋?°)；δ為太陽赤緯角，(°)；ω為太陽時角，ω=π(τ-12)/12，其中τ為當(dāng)?shù)貢r間，h。則以日角X為變量時，太陽赤緯角δ和日地距離訂正系數(shù)dM按照式(12)～式(15)進(jìn)行計算：

日角X為

(12)

式(12)中：若把365 d對應(yīng)于區(qū)間[0,2π]，取D1為一年中的日數(shù)(1月1日D1=1，12月31日D1=365)；日數(shù)

D0=79.676 4+0.242 2年份-1 985 -INT[(年份-1 985)/4]

(13)

太陽赤緯角

δ=0.372 3+23.256 7sinX+0.114 9×

sin(2X)-0.171 2sin(3X)-0.758cosX+

0.365 6cos2X+0.020 1cos(3X)

(14)

日地距離訂正系數(shù)

dM=1.000 109+0.033 494cosX+

0.001 472sinX+0.000 768cos(2X)+

0.000 079sin(2X)

(15)

根據(jù)以上太陽輻射特性的計算模型，可以獲得全年任意時刻某一地理緯度下單位面積的太陽輻射強度。根據(jù)太陽能光線空間傳播特性，結(jié)合客滾船上層建筑的幾何特征，則某一時刻到達(dá)其表面的太陽輻射強度It由式(16)計算。

(16)

cosα=sinφcosβsinδ-cosφsinβcosγcsinδ+

cosφcosβcosδcosω-sinφsinβcosγc×

cosδcosω+cosδsinβsinγcsinω

(17)

式中：α為客滾船舷側(cè)玻璃窗太陽直射輻射的入射角；β為陽面艙壁的傾角，客滾船上建艙壁基本為豎直狀態(tài)，故計算過程中取β=90°；γc為向陽艙壁方位角，主要取決于船舶行駛的航線與航向；現(xiàn)以長江三角洲流域的長江中下游航線為代表，船舶航向基本為由西向東，或由東向西，故取γc=0°。

通過Visual C++對上述計算模型進(jìn)行編程，從而獲得某客滾船夏季日陽面艙壁外表面所接收的太陽輻射強度的計算程序，進(jìn)而可以確定某客滾船住艙內(nèi)熱環(huán)境模擬過程中陽面艙壁所應(yīng)設(shè)置的熱邊界條件。

1.3.2 冬季住艙內(nèi)熱負(fù)荷

冬季工況艙內(nèi)熱損失φ′(W)按式(18)計算:

Φ′=∑Δt(kvAv+kgAg)

(18)

式(18)中：Δt為空氣溫差，K；kv為Av面積的熱系數(shù)，W/(m2·K)；Av為扣除舷窗和矩形窗后的面積，m2；kg為Ag面積的熱系數(shù)，W/(m2·K)；Ag為舷窗和矩形窗的面積，m2。

客滾船住艙冬夏季負(fù)荷計算結(jié)果如表2所示，客滾船夏季得熱量(冷負(fù)荷)為單人住艙554 W；冬季熱損失(熱負(fù)荷)為單人住艙197 W。

1.3.3 空調(diào)系統(tǒng)濕負(fù)荷

客滾船住艙內(nèi)的濕負(fù)荷主要來源是室內(nèi)人員散濕。成年人散濕量根據(jù)式(19)計算，得到單人住艙的總散濕量為109 g/h。

Wp=nφ′g′

(19)

式(19)中：n為住艙內(nèi)固定人員數(shù)；φ′為群集系數(shù)，這里取0.8～1；g′為成年人體在輕微勞動下的散濕量為109 g/h。

表2 客滾船住艙負(fù)荷匯總

1.3.4 住艙風(fēng)量計算

(1)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)風(fēng)量計算。根據(jù)住艙內(nèi)濕負(fù)荷，可由式(20)計算住艙新風(fēng)風(fēng)量，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)單人住艙新風(fēng)風(fēng)量為32.44 m3/h。輻射空調(diào)系統(tǒng)單人住艙新風(fēng)風(fēng)量為28.035 m3/h。據(jù)規(guī)定辦公環(huán)境下單個人員的供給新風(fēng)量不得小于30 m3/h，顯然，設(shè)計狀態(tài)點的空調(diào)系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)室內(nèi)濕負(fù)荷。但考慮船舶結(jié)構(gòu)及其航行環(huán)境的特點，將住艙內(nèi)單個人員的新風(fēng)量調(diào)整為40 m3/h。

(20)

式(20)中：Vw為新風(fēng)量，m3/h；WN為艙內(nèi)濕負(fù)荷，g/h；ρ為艙內(nèi)空氣密度，取1.2 kg/m3；dN為艙內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點的含濕量，取10.5g/kg；dO為送風(fēng)狀態(tài)點的含濕量，g/kg，夏季工況下，常規(guī)客滾船住艙空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)點取18 ℃，相對濕度為60%，則取dO=7.70；輻射空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)點取20 ℃，相對濕度為50%，則取dO=7.26 g/kg。

(2)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)風(fēng)量計算。根據(jù)住艙內(nèi)冷負(fù)荷，可由式(21)計算住艙常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量，單人住艙送風(fēng)量為108.6 m3/h。

(21)

式(21)中：V為送風(fēng)量，m3/h；Φ為艙內(nèi)冷負(fù)荷，W；hN為艙內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點的焓值，hN=52.91 kJ/kg；hO為送風(fēng)狀態(tài)點的焓值，hO=37.61 kJ/kg。

1.4 數(shù)值方法

根據(jù)空調(diào)房間內(nèi)空氣流動狀況與熱工環(huán)境的特點[13-16]，模擬室內(nèi)空氣流動時所采取的假設(shè)和前提可以總結(jié)為：客滾船住艙內(nèi)的空氣流動處于常溫、低速、不可壓縮狀態(tài)，并符合理想氣體狀態(tài)方程與Boussinesq假設(shè)；艙內(nèi)空氣流動過程伴隨著對流傳熱以及輻射換熱的熱交換方式。因此，本研究采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。其控制方程[17]為

(22)

(23)

式中：Gk為速度梯度引起的湍動能增量；Gb為浮生力引起的湍動能增量；YM為可壓縮湍流流動中的脈動膨脹；C1ε、G2ε為經(jīng)驗常數(shù)；σk、σε為湍流普朗特數(shù)；Sk、Sε為源項。

(24)

式(24)中：Cμ為經(jīng)驗常數(shù)。

1.5 網(wǎng)格劃分

對上述單人住艙(左舷)的幾何模型運用非結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并且在人體及送回風(fēng)口邊界處進(jìn)行網(wǎng)格加密。網(wǎng)格的質(zhì)量關(guān)系到計算效率和計算精度，通常采用雅可比行列式(Jacobian matrix)來判斷六面體網(wǎng)格的質(zhì)量。如果網(wǎng)格質(zhì)量的值接近1，則表明網(wǎng)格質(zhì)量好，但如果其網(wǎng)格質(zhì)量的值小于0.15，那么其網(wǎng)格是高度扭曲的，網(wǎng)格質(zhì)量差。在進(jìn)行正式的數(shù)值計算之前，對單人住艙(左舷)做了網(wǎng)格獨立性驗證，在網(wǎng)格生成過程中，分別記錄了不同網(wǎng)格數(shù)(5×104、10×104、15×104、20×104、25×104、30×104、35×104)時進(jìn)出口壓降、出口溫度、進(jìn)口速度的變化，各參數(shù)在網(wǎng)格數(shù)25×104～35×104時變化幅度趨于平緩，因此在各艙室模型中生成的網(wǎng)格數(shù)量均不低于25×104，具體如下所示：結(jié)合單人住艙幾何尺寸，網(wǎng)格X、Y、Z方向的最大尺寸分別定為0.05、0.05、0.05 m，經(jīng)計算，細(xì)密網(wǎng)格參數(shù)報告如下：NODES:356 234、HEXAS:335 274、QUADS:425 58、Faces+solids:128，圖2是單人住艙網(wǎng)格示意圖。

圖2 單人住艙網(wǎng)格示意圖

客滾船單人住艙幾何模型所生成的網(wǎng)格質(zhì)量值接近于1，說明網(wǎng)格劃分質(zhì)量較好。

1.6 邊界條件

1.6.1 艙壁熱流密度

根據(jù)艙壁位置不同，艙壁可以分為太陽直射艙壁即陽面艙壁、上下艙壁，空調(diào)房間之間的艙壁及過道艙壁。不同艙壁的熱邊界條件分別采用第一類邊界條件和第二類邊界條件或第三類邊界條件，表3給出所有艙壁的熱邊界條件。

1.6.2 艙室內(nèi)熱負(fù)荷

表4給出了住艙內(nèi)的各項熱源，其主要涉及人員與設(shè)備的散熱量以及太陽輻射熱。其中，太陽輻射帶來的熱負(fù)荷由1.3.1節(jié)計算可得。

表4 客滾船住艙內(nèi)熱源

1.6.3 送回風(fēng)參數(shù)

客滾船住艙送風(fēng)口一般設(shè)計為圓形，布置于艙室頂部。除特殊要求以外，客滾船住艙一般不設(shè)置回風(fēng)口，主要通過艙門上的回風(fēng)格柵或縫隙進(jìn)行回風(fēng)。另外需要說明的是：客滾船住艙均設(shè)有獨立的衛(wèi)生單元，衛(wèi)生單元存在獨立的新風(fēng)系統(tǒng)，其內(nèi)氣流不與住艙內(nèi)的流場相互混合。另外，仿真計算過程中設(shè)置住艙內(nèi)流場回風(fēng)條件為環(huán)境壓力與溫度。模擬計算過程中送回風(fēng)參數(shù)設(shè)置如表5、表6所示。

表5 客滾船住艙常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)參數(shù)

表6 客滾船住艙輻射空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)參數(shù)

2 模擬結(jié)果及其分析

PMV與PPD是目前運用最為廣泛、權(quán)威的評價熱環(huán)境舒適性的指標(biāo)。PMV值的含義是預(yù)測平均評價，代表的是同一室內(nèi)熱環(huán)境中大多數(shù)人冷熱感覺的平均，故該值為表征人體冷熱感覺的全面評價指標(biāo)。PMV取值范圍為-3～+3，當(dāng)PMV值為0時，熱環(huán)境中的人員感覺最舒適。由范格爾教授提出的預(yù)計熱指標(biāo)PMV方程被廣泛運用于熱環(huán)境舒適性評價，而通過PMV值得到另外一個評價指標(biāo)PPD，PPD值的含義是預(yù)測不滿意百分率，PPD值越低說明熱環(huán)境舒適性越高。不同的人對冷熱感覺的差別取決于人體長期所處的熱環(huán)境，因此不同的人的冷熱感覺不同，而PPD指標(biāo)則可以消除個體熱感覺差異對于評價標(biāo)準(zhǔn)的影響。ISO7730中推薦PMV-PPD指標(biāo)的適宜范圍：-0.5

2.1 夏季客滾船住艙熱環(huán)境模擬結(jié)果分析

2.1.1 PMV指標(biāo)的模擬結(jié)果及分析

如圖3所示，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PMV值基本處于+0.5～+1，輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PMV值基本處于0～+0.5，顯然輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性。

圖3 住艙中心點豎直高度上的PMV值

2.1.2 PPD指標(biāo)的模擬結(jié)果及分析

如圖4所示，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PPD值基本處于10～30，輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PPD值基本處于5～10。由PPD值的定義屬性可知，輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性。

圖4 住艙中心點豎直高度上的PPD值

2.2 冬季客滾船住艙熱環(huán)境模擬結(jié)果分析

2.2.1 PMV指標(biāo)的模擬結(jié)果及分析

如圖5所示，冬季工況下，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PMV值基本處于-0.5～-1，輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PMV值基本處于0～+0.5，顯然輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)熱舒適性，輻射空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)熱環(huán)境均勻性更高。

圖5 住艙中心點豎直高度上的PMV值

2.2.2 PPD指標(biāo)的模擬結(jié)果及分析

如圖6所示，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PPD值基本處于10～20，輻射空調(diào)系統(tǒng)住艙內(nèi)PPD值基本處于5～12。

圖6 住艙中心點豎直高度上的PPD值

綜上所述，輻射空調(diào)系統(tǒng)能夠在全工況下營造舒適性更高的室內(nèi)熱環(huán)境，相比于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，其表征熱舒適性的PMV-PPD值完全滿足ISO7730規(guī)范的要求，且熱環(huán)境舒適度均勻性更高。

2.3 經(jīng)濟(jì)性評價

能量有效利用指標(biāo)一般由能量利用系數(shù)描述。能量利用系數(shù)η是用來考察氣流分布方式的能量利用有效性，即[20,21]

(25)

式(25)中：tp為排風(fēng)溫度，K；tn為工作區(qū)空氣平均溫度，K；t0為送風(fēng)溫度，K。

當(dāng)tp=t0時，η=1.0，表明送風(fēng)經(jīng)熱交換吸收熱量后達(dá)到室內(nèi)溫度，并排出室外。

當(dāng)tp>t0時，η>1.0，表明送風(fēng)吸收部分余熱達(dá)到室內(nèi)溫度，且能控制工作區(qū)域的溫度，而排風(fēng)溫度高于室內(nèi)溫度，經(jīng)濟(jì)性好。

當(dāng)tp

根據(jù)上文兩種空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)參數(shù)的設(shè)定及式(25)，可以得出如表7所示能量利用系數(shù)。表7中1-1表示客滾船住艙常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)夏季工況，1-2表示客滾船住艙常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冬季工況，2-1表示客滾船住艙輻射空調(diào)系統(tǒng)夏季工況，2-2表示客滾船住艙輻射空調(diào)系統(tǒng)冬季工況。

由表7可以看出，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)艙內(nèi)的能量系數(shù)值小于1；而輻射空調(diào)系統(tǒng)艙內(nèi)能量系數(shù)值大于1，輻射空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)經(jīng)過與室內(nèi)空氣的熱量交換，吸收余熱達(dá)到了室內(nèi)溫度，送風(fēng)得到了充分的利用，經(jīng)濟(jì)性好。

通過以上論述，輻射空調(diào)系統(tǒng)能夠更好地滿足舒適性與經(jīng)濟(jì)性的要求，有利于得到均勻穩(wěn)定的艙室環(huán)境。

3 結(jié)論

針對客滾船的人員住艙，提出了兩種空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案，并基于airpak仿真軟件及能量有效利用指標(biāo)開展了其人員住艙兩種空調(diào)系統(tǒng)的舒適性及經(jīng)濟(jì)性分析研究。通過計算結(jié)果的對比分析，可以得到如下結(jié)論。

(1)輻射空調(diào)系統(tǒng)能夠在全工況下營造舒適性更高的室內(nèi)熱環(huán)境，相比于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，其表征熱舒適性的PMV-PPD值完全滿足ISO 7730規(guī)范的要求，且熱環(huán)境舒適度均勻性更高。

(2)基于能量利用系數(shù)的經(jīng)濟(jì)性評價標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)艙內(nèi)的能量系數(shù)值小于1；而輻射空調(diào)系統(tǒng)艙內(nèi)能量系數(shù)值大于1，因此，輻射空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)得到了充分的利用，經(jīng)濟(jì)性更好。