船舶复杂热环境下动态热舒适优化及耦合的空调节能特性研究

The project primarily focuses on thermal comfort and energy saving of the marine air conditioning, analyzes the thermal comfort applicability of marine air-conditioning environment, and explores optimum combination of thermal comfort and energy consumption. The research contents are as follows. 1) Combined with the actual dynamic environment parameters indoor and outside, thermal comfort survey will be carried out. From objective environmental data and subjective feeling of human thermal comfort, the impact of environment on thermal comfort, productivity and energy consumption of air conditioning will be analyzed. 2) The evaluation application of thermal comfort will be improved. The research will optimize the combination of air parameters, thermal comfort and energy consumption indexes. 3) FCM algorithm (Fuzzy C-Means, FCM) is introduced to neural network and improve the intelligent prediction of PMV. 4) Control strategies of dynamic PMV will be selected according to the analysis on the route dynamic outdoor environment. The research will lay a solid foundation for a comfortable cabin environment and energy saving.

本项目以船舶空调热舒适与节能特性为研究目标，主要研究热舒适理论在船舶空调环境下的适用性，探索满足热舒适和节能要求的最佳环境参数组合，主要研究内容：1）结合船舶实际运行航线中的动态室内外环境和实船热舒适调查，从人体热舒适的主观感受和空调能耗的客观数据两方面进行研究，严格依照船舶舱室与陆上建筑环境之间的不同，分析室内外环境参数对热舒适、工作效率和空调能耗的影响；2）完善热舒适评价体系的应用，探索空气参数和热舒适、空调能耗之间的关系，找出最佳的空气参数组合和能耗指标；3）将FCM算法（Fuzzy C–Means，FCM )引入神经网络，智能预测PMV指标；4）研究如何根据实船情况，选取热舒适指标动态控制策略，分析航线上动态室外环境下的空调系统的节能效果，为创造舒适的舱室环境、节约船舶空调能耗奠定基础。

基于国内外关于舒适度研究的现场和实验室研究成果，关注船舶舱室内温度、湿度、风速等热环境因素，及振动、噪声等对人整体舒适性的影响，分析和讨论了基于PMV-PPD热舒适指标的船舶空调系统节能性，并且从能耗控制层面得出了空调系统最优参数组合；基于烦恼率模型，从心理、生理、心理物理学等层面量化振动舒适度评价结果；针对舒适度的模糊性和随机性，采用实船测试和现场问卷的方法。.夏季工况下，乘客居住舱室、餐厅、驾驶舱室和船员居住舱室的室内热中性温度分别为21.725℃、22.39℃和19.07℃，均低于陆上研究得出的热中性温度和推荐的优化范围；冬季工况下，舱室内的热环境的操作温度主要分布在to=19~22℃之间，热中性温度to=20.9℃，期望温度为21.5℃，船舶舱室内相对湿度较大，大多数人感觉空气比较潮湿或者正好，只有少部分人感觉微干；大多数人在舱室环境下都感觉闷。对PMV计算中的人为因素进行了修正，服装热阻的修正函数为： Icl(调查)=0.562 Icl(ASHRAE 55-92)-0.013，新陈代谢的修正函数为：M(调查)=0.023[M（ASHRAE 55-92）]2+1.35。得出最高工作效率并不是出现在船员偏好的环境之下，由于船上工作大多需要船员处于运动状态，因而稍冷环境下的工作效率较高一些，正常高效的工作效率出现在室内空气温度为23.9°C ~26.2°C 、热感觉投票-1.8 ~1.3之间，基本位于优化参数范围之内。.运用烦恼率模型评价船舶振动舒适度，使振动舒适度进行量化评估，证明了烦恼率模型的可行性。通过实船测量船舶振动、噪音，得到了客舱、餐厅、机舱的烦恼率值分别为8.65%、26.53%、90.50%，噪音值分别为60.4dB、78.1dB、87.2dB，机舱的烦恼率值和噪音较高，客舱的振动烦恼率和噪音较低。.进行了热舒适指标控制系统及其在船舶空调系统中的应用研究。应用Matlab的Simulink软件，将自适应神经网络控制方式和热舒适控制结合起来的新型控制方式与传统的PID控制进行了对比，结果说明前者具有令人满意的控制效果，不仅可以获得稳定的高舒适度，零值控制目标下，PMV全天波动幅度控制在±0.36之间，且减少了系统的能耗，全天节能率达8％，是未来船舶控制系统发展的方向。