華呈新，李 超，錢 強

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 201913）

0 引言

普通工作艙室通常采用機械送風、自然回風的通風方式，配合獨立式柜機或風機盤管等實現(xiàn)艙室的均衡降溫。由于送風口均勻布置，艙室內形成一種均勻氣流場。然而，由于人員站位與日常工作區(qū)域與熱源區(qū)域的重疊度不高，兩者對環(huán)境溫度需求相差較大，可在保證滿足器械設備與人員工作環(huán)境所需溫度的情況下減少機柜、控制臺等發(fā)熱源的送風與制冷量，進而達到節(jié)省能耗的效果，此時，艙室內形成一種非均勻氣流場。

在辦公室場所通風方面的研究有：王兆龍等[1]提出在不考慮辦公室人員流動特性的情況下，將整個辦公室看作一個均勻溫度場的溫度控制方式，往往會使空調處于高負荷運行狀態(tài)。鄭志敏等[2]對置換通風方式與混合通風系統(tǒng)進行了分析，重點對個性化送風進行了研究。端木琳等[3]和高乃平等[4]分別對不同通風方式的舒適性和空氣品質進行了研究。

本文對艙室布風器位置和數(shù)量、回風格柵數(shù)量和大小等冷源配置進行優(yōu)化，并進行建模仿真，對優(yōu)化前后溫度場和人員舒適度的變化情況進行分析，在滿足設備環(huán)境使用要求和人員舒適性要求的情況下有效減少能耗。

1 艙室模型

基于某船的典型工作艙室，建立均勻氣流場和非均勻氣流場等2 種模型，分別見圖1 和圖2。兩模型中器械與人員位置均保持一致，僅在布風器位置和數(shù)量、回風格柵數(shù)量和大小等冷源配置方面存在不同。2 種模型的配置對比情況見表1，艙室參數(shù)[5]見表2，送風設備與熱源參數(shù)見表3。

表1 2 種模型的配置對比情況

表2 艙室參數(shù)

表3 送風設備與熱源參數(shù)

圖1 均勻氣流場模型示意圖

圖2 非均勻氣流場模型示意圖

2 模擬結果分析

在分析模擬結果時，對于均勻氣流場模型要重點關注艙室整體環(huán)境溫度，對于非均勻氣流場模型要重點關注器械設備周圍環(huán)境溫度與人員站位活動處的環(huán)境溫度。選取坐在站位椅上人員的胸口高度（距離甲板約950 mm）和頭部高度（距離甲板約1 290 mm）這2 個水平高度為特征高度，特征高度處艙室溫度場情況見圖3～圖6。

圖3 均勻氣流場模型溫度場（頭部高度）

圖4 非均勻氣流場模型溫度場（頭部高度）

圖5 均勻氣流場模型溫度場（胸口高度）

圖6 非均勻氣流場模型溫度場（胸口高度）

均勻氣流場模型的艙室平均溫度介于22～26 ℃，機柜大部分位置的溫度超過30 ℃，可滿足使用要求。整體艙室溫度（特別是人員活動處）可有效保持在24 ℃以下，回風格柵處的溫度約為26 ℃。

均勻氣流場模型的溫度分層現(xiàn)象十分明顯，人員活動處的溫度可保持在22～24 ℃，機柜附近的環(huán)境溫度明顯高于均勻氣流場模型，但仍能滿足要求。

在考察環(huán)境溫度的基礎上，引入預測平均熱感覺指標（Predicted Mean Vote，PMV）和預測不滿意百分比（Predicted Percentage of Dissatisfied，PPD），進一步對人員活動范圍內的舒適度進行考察。

PMV 可用于預測身體的熱感覺，計算公式為

式中：M為代謝率；W為外功；Pa為水蒸氣分壓力；Ta為空氣溫度；Tr為平均輻射溫度；Tcl為服裝表面溫度，計算公式見式（2）；fcl為服裝覆蓋表面積與裸露表面積之比，計算公式見式（3）；hc為對流熱交換系數(shù)，計算公式見式（4）。

式中：C、D為參數(shù)。

式中：Icl為服裝熱阻。

式中：V為相對空氣速度。

PPD是指預測給定環(huán)境中可能感到過熱或過冷的人員在總人數(shù)的占比情況，計算公式為

式中：K為參數(shù)。

計算結果見圖7～圖14，圖中部分曲線存在間斷或跳躍的情況，間斷或跳躍出現(xiàn)在人員站位處，其相鄰數(shù)值可反映該區(qū)域的舒適性。由圖7～圖14可知，距離回風口處柜式空調較近的人員5 舒適度較差，體感溫度較低，其余人員舒適度良好。

圖7 均勻氣流場模型人員站位處PMV 值

圖8 非均勻氣流場模型人員站位處PMV 值

圖9 均勻氣流場模型人員站位處PPD 值

圖10 非均勻氣流場模型人員站位處PPD 值

圖11 均勻氣流場模型人員活動處PMV 值

圖12 非均勻氣流場模型人員活動處PMV 值

圖13 均勻氣流場模型人員活動處PPD 值

圖14 非均勻氣流場模型人員活動處PPD 值

3 結論

送風口均勻布置的通風方式往往存在不必要的能耗。本文優(yōu)化了艙室布風器位置和數(shù)量、回風格柵數(shù)量和大小等冷源配置，并進行建模仿真，分析了優(yōu)化前后溫度場和人員舒適度的變化情況，得到如下結論：

1）優(yōu)化布置方案可在滿足艙室使用環(huán)境要求和人員舒適性需求的情況下減少約30%空調送風量。

2）非均勻送風形式可節(jié)省能耗，減少管路材料消耗。