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研究生:黃中衛
研究生(外文):Jhung-wei huang
論文名稱:椅型空調系統於環境之冷暖性能研究
論文名稱(外文):Research of chair-base air-condition system in the cold and hot environment
指導教授:張烔堡
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:102
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:熱舒適性熱感
外文關鍵詞:Thermal comfortPMV
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本研究使用極低耗能空調系統與車用座椅結合成為椅型空調系統,主要探討此系統於台灣之氣候條件下,空調系統依使用者需求供應之冷/暖氣,由系統輸出冷/暖氣經管路至座椅,設置於座椅兩側之出風口送至空調衫罩與人體間,使得使用者達到有保暖/降溫之目的,讓使用者有極佳的舒適性,為使空調系統之效能達到最佳化,本研究亦加入CFD數值分析軟體進行分析座椅內部之溫度場及速度場,依模擬與實驗結果相較後進行修改,以縮短研發時間使系統達到最佳性能。
實驗結果可得知,於夏季環境溫度30℃時,在未啟動系統且座椅內坐人時,衫罩內各點溫度在32℃左右,在啟動系統十分鐘後進行紀錄可得知系統溫度由32℃逐漸下升至28℃最後甚至可達到22℃,於冬季環境溫度19℃時,在未啟動系統且座椅內坐人時,衫罩內各點溫度在22℃與28℃之間,在啟動系統十分鐘後進行紀錄可得知系統溫度由22℃逐漸上升至40℃最後甚至可達到49℃以上,在數值分析模擬部分可知冷暖氣流由連接管路送至座椅兩側之出風口,經腋下、腰部及前胸,最後與衫罩接觸並分成兩股氣流,一氣流往上至前胸,另一氣流則為往下至腰部、腹部並回流至回風口,此目的可將系統送出之冷/暖氣在胸前、腰部及腹部,停留使身體之溫度不被外在冷/暖環境所影響,並在人體周圍有降溫與保暖之效果。
Abstract
This study takes the seat air-conditioning system that combines air-conditioning system with extremely low energy consumption and automotive seats together as its subject. Under the weather conditions of Taiwan and according to users’ different demands, the system provides cool/warm air which comes from the system with low energy consumption and is sent out of the air outlet set in upper and lower sides of seats to the gap between jacket covers of air-conditioning and human body through tubes. The purpose of the system is to allow users to keep warm or cool down and feel fairly comfortable. In order to enable the system to function to the maximum, this study also uses the numerical analysis software CFD to analyze internal temperature field and velocity field of the seats. By comparing the imitation with the test results, modification can be made so as to shorten R&D period and optimize the system’s function.
The test shows that, at 30℃ in summer, before the system gets to work with people sitting on the seats, the temperature of each point inside the jacket cover is at about 32℃. After the system starts working for ten minutes, its temperature declines from 32℃ to 28℃ and eventually to 22℃ gradually. If the case is in winter at 19℃, the temperature of each point inside the jacket cover is between 22℃ and 28℃ before the system starts working with people sitting on the seats. After ten minutes when the system starts to work, the system’s temperature will go up from 22℃ to 40℃ and finally go beyond 49℃ gradually. However, the imitation shows that cool air and warm air first go out of the air outlet set in both sides of the seats through the connection tubes and then get combined with the jacket cover by passing oxter, waist and forebreast. Afterwards, the air is divided into two pieces, one of which goes up to forebreast and the other one goes down to waist and belly, and then returns to the air inlet. The function is to send cool/warm air to forebreast, waist and belly prevent the body temperature from being impacted by outside cold/hot environment and keep the surrounding environment of human body warm or cool.
目次
中文摘要……………………………………………………………………………i
英文摘要……………………………………………………………………………..ii
致謝………………………………………………………………………………….iv
目次…………………………………………………………………………………..vi
表目錄………………………………………………………………………………ix
圖目錄………………………………………………………………………………xii
第一章 前言………………………………………………………………….…….1
1.1 研究背景……………………………………………………………………1
1.2 研究目的與方法……………………………………………………………3
1.3 文獻回顧……………………………………………………………………5
1.4 論文架構…………………………………………………………….……10
第二章 空調理論………..…………………………………..……………………11
2.1 空調系統………..…………………………………………………………11
2.2 室內空調負載分析……………………..…………………………………13
2.3 舒適性理論與分析……………..………………..……………..…………14
第三章 CFD模擬理論…..……………..……………..……………..…….……...29
3.1 Solidworks繪圖軟體 …..……………..……………..………..…….……29
3.1.1 Solidworks繪圖軟體簡介………………………………..…….29
3.1.2 座椅模型繪製…………………………………………….…….30
3.2 STAR-CCM+模擬軟體簡介 …………………..……………..…………..32
3.2.1 STAR-CCM+模擬軟體簡介…………..…………..……………32
3.2.2 邊界條件設定與網格建立……………………………………33
3.2.3 網格測試與參數設定………….....…..………………….……36
第四章 實驗位置、設備與方法…..……………..……………………..…………38
4.1 實驗場所之位置…..……………..……………...……………..………….39
4.1.1 實驗場所位置、平均溫度與濕度……. ………………………39
4.2 作品概念與製作…..……………..……………..……………..……..……41
4.2.1 設計概念……. …………………………………………………41
4.2.2 空調衫罩…………………………………………………..……42
4.2.3 可調整式賽車座椅……………………………………….….…43
4.2.4 空調系統…………………………………………..……………45
4.3 儀器與設備…..……………..……………..……………..……………..…47
4.3.1. 體舒適度儀器………………………………………..…………47
4.3.2. YOKOGAWA MV200紀錄器…………………………………49
4.3.3. 電熱偶溫度量測線與溫度校正曲線………………….…….…52
4.3.4. R型標準碳棒………………………………………..….………55
4.3.5. YOKOGAWA TM20溫度顯示儀…………………..….………56
4.3.6. TES-1306溫度顯示儀………………………………….………58
4.3.7. Swema Air 40風速計……………………………..……………60
4.3.8. GPD - 3010HD電源供應器……………………………………61
4.3.9. MW SP-320-12電源供應器……………………………………63
4.3.10. AVM400風速計………………..……………..……………..…64
4.3.11. DMM-93B多功能電壓表…………………………..…….……65
4.3.12. TES-3092 交直流鉤表………………………………..….……66
4.4 人員與量測位置………………………………..……………..…………… 67
4.4.1. 人員講解……………………………………………………...…67
4.4.2. 量測位置……………………………………………..……….…68
4.5 實驗流程與確認……………………………..……………..………..……70
4.5.1. 實驗流程圖………………………………………………..……70
第五章 結果與討論………………………………..……………..………………74
5.1 椅型空調系統量測之結果與討論………………..………………………74
5.1.1 實驗數據……………………..…………………………………74
5.2 熱舒適性量測…..……………..…..……………..……………..…………82
5.2.1 舒適性分析…………..…………………………………………82
5.2.2 人體新陳代謝率………………………..………………………82
5.3 模擬分析結果與討論…..……………..……………..……………..…… .91
5.3.1 圖之呈現方式…………………………………………………..91
5.3.2 衫罩表面溫度分佈圖…………………………………………..92
5.3.3 衫罩內部溫度流線分佈圖……………………………………98
5.3.4 以不同發熱量之衫罩內部速度流場分佈圖…………………109
第六章 結論…..……………..……………..……………..……………..………121
6.1 結論………………………………………………………………………121
參考文獻……………………………………………………………………………124
符號彙編……………………………………………………………………………128
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