基于热舒适的空调节能设计理论与方法研究

摘要

随着经济高速发展和人民生活水平的快速提高，人们对环境舒适性的要求也不断提高。人们在利用空调技术营造舒适人居环境的同时，不仅消耗了大量的能源和资源，也对生态环境造成了损害。正确认识舒适和节能的关系，有效实现舒适与节能的双赢是协调两者之间矛盾的有效方法。
　　本文融合质量功能展开理论和公理设计理论，建立了基于热舒适的空调节能设计模型，提出了通过能量效用模型驱动直接节能设计和功构分解与映射驱动间接节能设计的两种方法。为建立热舒适与节能之间的有效联系，将基于热舒适需求的功能质量屋作为空调设计出发点，构建能量效用模型将能量信息作用于设计过程，最后通过设计方案获取与评价得到满足热舒适和节能最终设计方案。
　　应用质量功能展开方法，提出了热舒适需求的功能质量屋构建过程及方法。在分析人体热舒适生理、心理及行为需求的基础上，建立了基于热舒适需求的功能质量屋，将人体热舒适需求转换为产品的功能要求。针对质量屋中大量的模糊、不精确和动态的信息以及群决策问题，利用不确定语言变量及粗糙层次分析法来表达和计算质量屋各个环节的参数，得到了人体热舒适性需求的重要度排序以及产品功能特性的优先度排序结果。
　　针对与热舒适需求相关且能耗较大的功能，从实现直接节能的角度出发，建立了涵盖能量因素识别、能量设计因子提取和能量设计因子运用三个阶段的能量效用模型。深入研究了能量设计因子提取、耦合分解、影响程度量化等方法。以家用空调为例，在提取其能量设计因子的基础上，重点对容积效率和传热系数两个耦合因子进行分解，并对部件层能量设计因子的影响系数进行分析与计算，以送风量为调控对象，通过改进风机风叶的结构参数，进行能量优化研究。
　　针对对热舒适需求影响较大且能耗较小或与耗能无关的功能，提出了通过功能载体的结构优化设计实现间接节能设计目标。根据人体热舒适性需求建立了间接节能评价指标及评价方法。以家用空调出风口为研究对象，给出了出风口的三套设计方案，使用FLUENT12.0建立了相应的模型并进行仿真分析，根据评价指标及仿真结果对设计方案进行评价，得到了出风口最终设计方案。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 热舒适评价标准与评价指标

1．2．1 热舒适评价标准

1．2．2 热舒适评价指标

1．3 基于热舒适的空调节能研究

1．3．1 基于热舒适与节能的室内空气参数研究

1．3．2 基于热舒适的空调节能优化控制研究

1．3．3 室内气流组织优化的空调节能研究

1．3．4 研究现状总结

1．4 本文主要研究内容及结构

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 论文组织结构

第二章 基于热舒适的空调节能设计基础理论研究

2．1 质量功能展开理论

2．1．1 QFD基本概念及模型

2．1．2 质量屋

2．2 公理化设计理论

2．2．1 公理化设计的基本概念

2．2．2 公理化设计流程

2．3 基于热舒适的空调节能设计

2．3．1 设计方法总体模型

2．3．2 热舒适模型及功能质量屋

2．3．3 能量效用模型

2．3．4 设计方案获取与评价

本章小结

第三章 热舒适需求功能HoQ构建过程及方法

3．1 人体热舒适需求获取

3．1．1 热舒适需求调查

3．1．2 热舒适需求描述模型

3．2 热舒适需求基本重要度的确定方法

3．2．1 热舒适需求基本重要度确定的RAHP法

3．2．2 热舒适需求基本重要度计算

3．3 热舒适需求最终重要度的确定方法

3．3．1 现有需求最终重要度确定方法评述

3．3．2 基于不确定信息的最终重要度确定方法

3．3．3 热舒适需求最终重要度计算

3．4 热舒适需求与产品功能的映射方法

3．4．1 功能分析

3．4．2 功能特性基本优先度确定

3．4．3 功能特性最终优先度确定

3．5 家用空调功能特性分析与计算

3．5．1 功能特性基本优先度确定

3．5．2 功能特性最终优先度确定

本章小结

第四章 能量效用模型构建过程及应用

4．1 能量效用模型构建过程

4．2 能量因素识别

4．2．1 能量因素概念

4．2．2 能量因素筛选

4．3 能量设计因子提取

4．3．1 能量设计因子获取与表达

4．3．2 耦合能量设计因子分解

4．4 能量设计因子应用

4．4．1 能量设计因子的影响程度量化

4．4．2 能量优化

4．5 应用实例

4．5．1 家用空调能量因素识别

4．5．2 家用空调耦合能量设计因子分解

4．5．3 家用空调能量设计因子综合影响程度量化

4．5．4 送风量优化

本章小结

第五章 家用空调出风口设计方案评价

5．1 热舒适性评价指标

5．2 仿真模型

5．2．1 物理模型

5．2．2 湍流模型

5．2．3 边界条件

5．3 仿真结果与评价

5．3．1 方案一仿真结果及评价

5．3．2 方案二仿真结果及评价

5．3．3 方案三仿真结果及评价

5．3．4 结果讨论

本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况