16-空調(diào)系統(tǒng)制冷熱負(fù)荷計(jì)算書(shū)

1、江蘇卡威汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)KWMC-EA-JS-008空調(diào)系統(tǒng)制冷熱負(fù)荷計(jì)算書(shū)2012-02-05發(fā)布2012-02-06 實(shí)施江蘇卡威汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)有限公司 發(fā)布KWMC-EA-JS-008前言進(jìn)行汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或選型之前應(yīng)進(jìn)行車(chē)身熱負(fù)荷計(jì)算，以確定該空調(diào)裝置 應(yīng)具備多少制冷或制熱能力。本標(biāo)準(zhǔn)由江蘇卡威汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)有限公司提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由江蘇卡威汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)有限公司汽車(chē)研究院負(fù)責(zé)歸口管理 本標(biāo)準(zhǔn)第一版主要起草人：倪建華、魚(yú)靈煒本標(biāo)準(zhǔn)第二版 2012 年5月修訂本標(biāo)準(zhǔn)第二版主要修改人：倪建華、魚(yú)靈煒KWMC-EA-JS-008 設(shè)計(jì)參數(shù)：車(chē)外溫度： tH=38 ，相對(duì)濕度： =62%

2、車(chē)內(nèi)溫度： tB=25 ，相對(duì)濕度： =60% 車(chē)內(nèi)成員數(shù)： N =5 人，車(chē)內(nèi)新風(fēng)量： V=N*V 1=5*11=55m 3/h太陽(yáng)輻射強(qiáng)度： tH=38 時(shí)，水平3 面上太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 I=1000W/ 車(chē)速： v=40km/h 附加說(shuō)明計(jì)算制冷量時(shí)所取的車(chē)廂內(nèi)容積為： V 3.68m3 制冷熱負(fù)荷計(jì)算由于車(chē)外溫度高于車(chē)內(nèi)，加上太陽(yáng)輻射的作用，有大量熱量會(huì)通過(guò)車(chē)身壁面、 車(chē)窗等傳入車(chē)內(nèi)。同時(shí)，乘員的汗熱和濕熱也會(huì)使車(chē)內(nèi)溫度升高?？梢?jiàn)，影響車(chē)內(nèi) 熱負(fù)荷的因素很多。綜合各種因素，車(chē)身熱平衡的方程式表達(dá)如下：Qe QB QG QV QP QM QLQ 1Qe式中： 1 儲(chǔ)備系數(shù)，取 1 1.15

3、；Q 制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量；KWMC-EA-JS-008Qe 車(chē)身總熱負(fù)荷；QB車(chē)體傳入熱量； QG玻璃傳入熱量； QV新風(fēng)熱；QP人體熱；QM用電設(shè)備散熱量；QL車(chē)內(nèi)零件散熱量?，F(xiàn)在分別計(jì)算各部分的熱負(fù)荷一、 通過(guò)車(chē)身壁面?zhèn)魅氲臒崃?車(chē)身壁面包括頂板、側(cè)壁面、地板、前圍(發(fā)動(dòng)機(jī)罩壁在車(chē)廂內(nèi)部分)、后圍 等幾部分組成。即車(chē)身壁面熱負(fù)荷表達(dá)式為：QB Q頂板 Q側(cè)壁面 Q 地板 Q前圍 Q后圍 車(chē)身壁面多屬均勻壁面，因此，它的傳熱可以按照多層均勻壁面?zhèn)鳠嵊?jì)算。 其中，頂板、側(cè)壁面、地板傳熱量的計(jì)算公式如下：Qi KiFi (tH tB )式中： Qi 分別表示頂板、側(cè)壁面、地板的傳熱量；Ki 分別表

4、示頂板、側(cè)壁面、地板的傳熱系數(shù)；Fi 分別表示頂板、側(cè)壁面、地板的傳熱面積； tH車(chē)外空氣溫度，這里取為 tH=38 ； tB車(chē)內(nèi)空氣溫度，這里取為 tB=25 ； 對(duì)于前圍和后圍，由于發(fā)動(dòng)機(jī)室和行李箱里的溫度都遠(yuǎn)高于車(chē)外空氣溫度，所 以這里的傳熱可以單獨(dú)考慮。計(jì)算時(shí)按照如下公式：Qi KiFi (tFi tB ) 式中： Qi 分別表示前圍、后圍的傳熱量；Ki分別表示前圍、后圍的傳熱系數(shù)；Fi 分別表示前圍、后圍的傳熱面積； tFi分別表示發(fā)動(dòng)機(jī)室、行李箱內(nèi)的溫度； tB車(chē)內(nèi)空氣溫度，這里取為 tB=25 ；1 、車(chē)身壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù) K的計(jì)算傳熱系數(shù) K與車(chē)身內(nèi)、外表面放熱系數(shù)及隔熱層熱阻有關(guān)

5、，由于車(chē)身各壁面的 條件不同(比如壁面外表面溫度、車(chē)身隔熱措施等差別很大)，所以車(chē)身各壁面的 傳熱系數(shù) Ki是不同的。要分別計(jì)算各部分的傳熱系數(shù) Ki。KWMC-EA-JS-008 對(duì)于車(chē)頂板、側(cè)壁面、地板，傳熱系數(shù)計(jì)算式如下；式中： H 外表面放熱系數(shù)，與表面相對(duì)氣流速度有關(guān)。當(dāng)車(chē)速為 v=40km/h 時(shí)，可取 H146kJ/（h。）B內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車(chē)空調(diào)狀態(tài)，可取B60kJ/（ h。）隔熱材料厚度隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù) 對(duì)于前圍和后圍，傳熱系數(shù)可以按照下式計(jì)算：式中： F 對(duì)于前圍，表示發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)壁面對(duì)流放熱系數(shù)，取F=100kJ/（ h；對(duì)）于后圍，表示行李箱內(nèi)壁面對(duì)流放熱系 數(shù)，取 F

6、=41.8kJ/（ h。）B 車(chē)身內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車(chē)空調(diào)狀態(tài)，取B60kJ/（ h。） 隔熱材料厚度 （m）。 隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù) W/（m）。（1）、頂板 計(jì)算中，對(duì)頂板的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取其厚度為 30 。并具有以下結(jié)構(gòu)： 1鋼板 24 空氣夾層 5內(nèi)飾板 各材料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板 54 W/（m ；） 空氣 6.4 W/（m ；）內(nèi)飾板 取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 0.03 W/（m 。） 對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)，可以按照多層均勻平壁計(jì)算，代入各材料厚度及導(dǎo)熱系數(shù)， 則有： 車(chē)身頂板處有些結(jié)構(gòu)，金屬面直接和內(nèi)飾板相連，中間沒(méi)有空氣夾層，則該部 分構(gòu)成為：1鋼板 5 內(nèi)飾板 各部分材料導(dǎo)熱系數(shù)同上。則傳熱系數(shù)

7、為 ：KWMC-EA-JS-008頂板的外表面積為 F頂2.10*1.16=2.44 。計(jì)算中，取車(chē)頂板的 1/5 為金屬 面和內(nèi)飾板直接相連考慮，其余部分按照多層均勻平壁計(jì)算。則車(chē)頂板的傳熱系數(shù)為：(2)、車(chē)身側(cè)壁面、后圍 由于車(chē)身側(cè)壁面和后圍結(jié)構(gòu)相近，計(jì)算時(shí)按照相同結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。由于車(chē)門(mén)等 處結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計(jì)算中，對(duì)車(chē)身側(cè)壁和后圍的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取其厚度為 100 。并具有以下結(jié)構(gòu)：1鋼板 94 空氣夾層 5 內(nèi)飾板 各材料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板 54 W /(m ；) 空氣 6.4 W/(m ；) 內(nèi)飾板 取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 0.03 W/(m 。)對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)，可以按照多層均勻平壁計(jì)算，代入

8、各材料厚度及導(dǎo)熱系數(shù)， 則有： 車(chē)身側(cè)壁面和后圍處有些結(jié)構(gòu)，金屬面直接和內(nèi)飾板相連，中間沒(méi)有空氣夾 層，則該部分構(gòu)成為：1鋼板 5 內(nèi)飾板 各部分材料導(dǎo)熱系數(shù)同上。則傳熱系數(shù)為：車(chē)身側(cè)壁面的外表面積為 F側(cè)(2.3*1.23-0.63)*2=4.40 ，后圍的外表面積 為FF 1.44*1.12-1.3*0.4=1.09 。計(jì)算中，取車(chē)身側(cè)壁面和后圍面積的 1/5為 金屬面和內(nèi)飾板直接相連考慮，其余部分按照多層均勻平壁計(jì)算。則車(chē)側(cè)壁面和后圍的傳熱系數(shù)為：(3)、地板計(jì)算中，對(duì)地板的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取其厚度為 16 。并具有以下結(jié)構(gòu)：1鋼板 10 隔熱材料 5地毯KWMC-EA-JS-008各材

9、料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板 54 W/(m ；) 隔熱材料、地毯 取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 0.139 W/(m)。按照多層均勻平壁計(jì)算，代入各材料厚度及導(dǎo)熱系數(shù)，則有：考慮地板內(nèi)地壟的面積，則地板的表面積為 F地 1.58*2.6=4.11 。(4)、前圍發(fā)動(dòng)機(jī)罩壁在車(chē)廂內(nèi)部分按照以下結(jié)構(gòu)組成：1鋼板 10 隔熱材料其中，各組成部分導(dǎo)熱系數(shù)如下： 鋼板 54 W/(m ；) 隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)取為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 0.139 W/(m 。) 按多層均勻平壁傳熱計(jì)算：式中： F 發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)壁面對(duì)流放熱系數(shù)，取 F=100kJ/( h。) B 車(chē)身內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車(chē)空調(diào)狀態(tài)，取B60kJ/( h。)經(jīng)計(jì)算得到：發(fā)動(dòng)機(jī)罩

10、壁表面積為 FF 1.3*0.79=1.027 2、日照表面綜合溫度的計(jì)算考慮到太陽(yáng)輻射的作用，通過(guò)車(chē)身壁面?zhèn)魅氲臒崃坑蓛刹糠纸M成。(1) 由于車(chē)身內(nèi)外空氣的溫差，通過(guò)車(chē)身外表面以對(duì)流換熱方式從大氣中得到 的熱量： Q1=F K(t H- t B)(2) 車(chē)身外表面從太陽(yáng)輻射中吸收的熱量： Q2=F K(tC - tH) 則傳入的總熱量： Q=Q1 + Q2=F K (tC- tB)由于太陽(yáng)輻射使車(chē)身外表面溫度升高，將太陽(yáng)輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成相當(dāng)?shù)男问?，與 車(chē)外溫度迭加在一起，組成太陽(yáng)照射表面的綜合溫度，即 tC 。KWMC-EA-JS-008式中： 車(chē)身外表面吸收系數(shù)，與表面顏色、粗糙度有關(guān)，取為

11、 =0.9； I 太陽(yáng)總的輻射強(qiáng)度， I=Id+Is。Id為太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度， Is為太陽(yáng)散射 輻射強(qiáng)度。 I水平=3600 kJ/（ h，） I陽(yáng)=974 kJ/（ h，） I陰=253 kJ/（ h。） 對(duì)于車(chē)頂、車(chē)側(cè)壁面，由于太陽(yáng)射入的角度不同，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是不同的。具體如下： tc頂=tH+頂I頂/（ H+K 頂） 其中， I頂= I水平 tC側(cè)=tH+側(cè)I側(cè)/（ H+K側(cè)）其 中，I側(cè)= （I陽(yáng)+I陰）/2對(duì)于地板，沒(méi)有受到太陽(yáng)輻射的影響，但受到地面反射熱以及發(fā)動(dòng)機(jī)熱的影 響，使得地板外表面溫度比大氣溫度高一些?？扇。?tc地=t H+2.5 經(jīng)計(jì)算得到： tc地=40.5 tc 頂

12、=60 tc 側(cè)=41.5 3、車(chē)身壁面?zhèn)鳠崃康挠?jì)算 綜上所述可知，頂板、側(cè)壁面和后圍、地板的熱負(fù)荷包括溫差傳熱和太陽(yáng)輻射兩部分，則 用日照表面綜合溫度代替車(chē)外空氣溫度，它們的傳熱量分別為：Q頂=F頂K頂 （tc頂-tB） =1214.4kJ/h=337WQ側(cè)=F側(cè)K側(cè) （tc側(cè)-tB） =1110.2 kJ/h=308WQ地=F地K地 （tc地-tB） =1190.6kJ/h=331W 由于計(jì)算過(guò)程中有一定近似性，對(duì)于頂板、側(cè)壁面、地板的傳熱可以進(jìn)行修正，則有： QB1=3（Q頂+Q側(cè)+Q 地）=1269W式中： 3 修正系數(shù)，取 3=1.3。 而對(duì)于前圍，沒(méi)有受到太陽(yáng)輻射的作用，只考慮溫差

13、傳熱的影響，通過(guò)這部分 傳入的熱量為：Q前=F前K前 （tF1-tB） =1320.5 kJ/h=337W 式中： tF1發(fā)動(dòng)機(jī)室的空氣溫度，取 tF1=85 。 則車(chē)身壁面?zhèn)魅氲目偀崃繛椋篞B QB1 Q前 1269 337 1606WQG=QG1+Q G2通過(guò)門(mén)窗玻璃傳入的熱量 考慮到太陽(yáng)輻射，通過(guò)門(mén)窗玻璃傳入的熱量由兩部分組成： （1） 由于車(chē)內(nèi)外溫差而傳入的熱量 QG1 ：QG1=K玻F玻 （tH- tB）KWMC-EA-JS-008（2） 由于太陽(yáng)輻射通過(guò)玻璃傳入的熱量 QG2：U=F玻I+（F 玻- F玻）IS式中： 太陽(yáng)輻射通過(guò)玻璃的透入系數(shù)， =0.84 。 玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射熱吸

14、收系數(shù)， =0.08 。S 遮陽(yáng)修正系數(shù)，取 S=0.97I 車(chē)窗外表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，取為 I =974 kJ/（ h。）Is 車(chē)窗外表面的太陽(yáng)散射輻射強(qiáng)度，取 IS=167 kJ/（ h。）U 車(chē)窗的太陽(yáng)輻射量。F玻車(chē)窗總面積。F玻0.78+0.52+ （0.2826+0.3192+0.0328 ）*2 2.570 F玻 陽(yáng)面車(chē)窗面積。 F玻F玻/2=1.285 K玻玻璃的傳熱系數(shù)，取 K玻=23 kJ/（ h。）H 外表面放熱系數(shù)，與表面相對(duì)氣流速度有關(guān)。當(dāng)車(chē)速為 v=40km/h 時(shí)，可取H146kJ/（h。）B內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車(chē)空調(diào)狀態(tài)，可取B60kJ/（ h。）代入各相關(guān)參數(shù)，

15、得到：QG1768kJ/h U 1466.2 kJ/h G 2 Q1241kJ/h QG=2009 kJ/h 558W三、新風(fēng)熱新風(fēng)熱 QV的計(jì)算式：式中： 空氣密度，當(dāng) tH =38 時(shí)， =1.135kg/m 3 V 車(chē)內(nèi)新風(fēng)量： V=N*V 1=5*11=55m 3/h hH、hB 車(chē)內(nèi)外空氣的焓值。當(dāng)tH=38 ，相對(duì)濕度 =62%時(shí)， hH=106kJ/kgDA ； 當(dāng)tB=25 ，相對(duì)濕度 =60%時(shí)， hB=55.5kJ/kgDA 。 得到：QV=3152.46 kJ/h 876W。四、乘員人體散發(fā)的熱量 人體散發(fā)的熱量與勞動(dòng)強(qiáng)度、周?chē)諝鉁囟?、性別、年齡、衣著等很多因素有 關(guān)。

16、一般按每人每小時(shí)發(fā)熱量 418kJ 計(jì)。QP=418N kJ/h式中： N乘員人數(shù)，按照 5人計(jì)算。KWMC-EA-JS-008則有：QP=2090 kJ/h 581W。五、車(chē)內(nèi)零件散熱量方法一：座椅蓄熱量 由于空調(diào)起動(dòng)時(shí)，車(chē)內(nèi)溫度很高，則車(chē)內(nèi)座椅等要儲(chǔ)存一部分熱量。這部分熱 量也應(yīng)該列入車(chē)身熱負(fù)荷的范圍。這里取車(chē)內(nèi)初始溫度為 60 ，經(jīng)過(guò)半小時(shí)后降 到25 計(jì)算。；)座椅放熱量： 座椅材料取為泡沫塑料。式中 c 泡沫塑料的比熱，這里取為 c=1.72kJ/(kg 泡沫塑料的密度，這里取為 =41 /m； 3V 座椅容積。 V座椅=0.263m 3 ；t、tB 座椅的初始和終了溫度， t60，

17、tB25 座椅放熱經(jīng)過(guò)時(shí)間， 0.5h 。則座椅放熱量為：QL 1.72 41 0.263 (60 25) / 0.5 1298.3 kJ/h 361W方法二：車(chē)內(nèi)零件散熱量考慮車(chē)內(nèi)零件的散熱量，可以按照下列公式計(jì)算：QL BiFBi (tBi tB )式中： Bi 車(chē)內(nèi)零件熱傳導(dǎo)率；FBi 車(chē)內(nèi)零件表面積；t Bi 車(chē)內(nèi)零件表面溫度，取為 t Bi 30 ；tB 車(chē)內(nèi)空氣溫度， tB25 。可用試驗(yàn)測(cè)得的 BiFBi值，得 BiFBi376.2kJ/(h 。)這里取此經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 代入數(shù)據(jù)，則有 QL 376.2*(30 25) 1881 kJ/h 523W 計(jì)算車(chē)身熱負(fù)荷時(shí)，取上述兩組數(shù)值中較大的一組列入熱負(fù)荷范疇。六、用電設(shè)備散熱量 這里主要計(jì)算鼓風(fēng)機(jī)及音響設(shè)備、電動(dòng)后視鏡等用電設(shè)備散熱量。考慮到這些 設(shè)備的效率，最終求得該部分熱量為： QM=50W 。七、總