整車空調(diào)系統(tǒng)冷負荷計算書

1、B項目空調(diào)系統(tǒng)設計計算報告編制：批準：日期：06.12.30目 錄一、 汽車空調(diào)熱負荷計算.21. 空調(diào)系統(tǒng)原理圖.22. 汽車空調(diào)熱負荷.32.1邊界條件的確定.32.2熱平衡關系的建立.42.3空調(diào)熱負荷計算.52.4空調(diào)系統(tǒng)制冷量的確定.11二、 制冷劑循環(huán)流量.111. 壓焓圖狀態(tài)點的確定.112. 制冷劑循環(huán)流量.12三、 所選壓縮機與汽車動力匹配計算.12四、 冷凝器能力計算.14五、 蒸發(fā)器能力計算.14六、 送風量的計算.15B22空調(diào)計算報告一、 汽車空調(diào)熱負荷計算1空調(diào)系統(tǒng)原理圖汽車空調(diào)系統(tǒng)采用蒸汽壓縮式制冷原理。B22空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器、貯液干燥器、熱力膨脹閥、

2、蒸發(fā)器、高低壓管組成，其原理為：低溫低壓液態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器，在一定壓力下吸熱氣化，變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，然后被壓縮機抽吸壓縮，成為高溫高壓氣態(tài)制冷劑，再經(jīng)過冷凝器放熱，冷凝成低溫高壓液態(tài)制冷劑，然后經(jīng)過熱力膨脹閥，制冷劑恢復到低溫低壓狀態(tài)，重新流入蒸發(fā)器吸熱氣化，從而完成一個制冷循環(huán)。制冷循環(huán)示意圖如下：圖1 制冷循環(huán)示意圖 根據(jù)奇瑞企業(yè)標準Q/SQR.04.072-2005整車空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境實驗及其評估方法，對汽車空調(diào)系統(tǒng)進行環(huán)境模擬試驗，試驗結果應滿足以下要求：1) 怠速工況：環(huán)境溫度40±1、相對濕度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面風速10km/h、

3、空檔位/P檔、鼓風機最大檔、全冷（LO）、吹面方向、內(nèi)循環(huán)、測試時間 45min、車內(nèi)無人，滿足條件后開始試驗，車內(nèi)平均溫度（室內(nèi)頭部溫度點）不高于38；2) 40 km/h工況：環(huán)境溫度40±1、相對濕度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面風速40km/h、4檔位/D檔、鼓風機最大檔、全冷（LO）、吹面方向、內(nèi)循環(huán)、測試時間 45min、車內(nèi)1人，滿足條件后開始試驗，車內(nèi)平均溫度（室內(nèi)頭部溫度點）不高于28；3) 90 km/h工況：環(huán)境溫度40±1、相對濕度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面風速90km/h、5檔位/D檔、鼓

4、風機最大檔、全冷（LO）、吹面方向、內(nèi)循環(huán)、測試時間 45min、車內(nèi)駕駛員位置乘坐1人，滿足條件后開始試驗，車內(nèi)平均溫度（室內(nèi)頭部溫度點）不高于25；4) 120km/h工況：環(huán)境溫度40±1、相對濕度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面風速120km/h、5檔位/D檔、鼓風機最大檔、全冷（LO）、吹面方向、內(nèi)循環(huán)、測試時間 45min、車內(nèi)車內(nèi)駕駛員位置乘坐1人，滿足條件后開始試驗，車內(nèi)平均溫度（室內(nèi)頭部溫度點）不高于25。2汽車空調(diào)熱負荷B22空調(diào)熱負荷計算設定條件為：所有傳熱件面積B22M0數(shù)據(jù)為參照；所有傳熱件厚度以B22初版斷面厚度為參照；在汽車行駛

5、速度時，對應的壓縮機轉速以B22發(fā)動機3.0L款為參照。汽車空調(diào)熱負荷主要包括新風（或漏風）熱、車廂壁傳熱、乘員散熱、設備照明放熱、發(fā)動機傳熱等形成的負荷。2.1 邊界條件的確定2.1.1 車內(nèi)條件的確定由試驗分析可知，夏季人體感到舒適的溫度是2426，由舒適轉為不太舒適的分界線是28左右；故定義室內(nèi)空氣溫度: ；車內(nèi)相對濕度小于30%或大于70%都將使人感到不舒服，在4560%之間比較適宜；故定義車室內(nèi)相對濕度：；根據(jù)人體衛(wèi)生要求，每人應有的新鮮空氣量。考慮到汽車經(jīng)常會停車開門，新鮮空氣得到補充，在此定義換氣量：(按計)。2.1.2 車外條件的確定綜合考慮夏季的高溫酷暑和車用冷氣系統(tǒng)經(jīng)常使用

6、的環(huán)境，結合有關資料，將該車的車外邊界條件確定為:日照強度: ； ； ；環(huán)境溫度：； 相對濕度：。2.1.3 汽車行駛速度及壓縮機轉速的確定行駛速度： 壓縮機皮帶輪直徑： 發(fā)動機皮帶輪直徑： 發(fā)動機/壓縮機傳動比：變速箱主減速比 變速箱3檔減速比 輪胎滾動半徑 對應發(fā)動機轉速 壓縮機轉速 變速箱4檔減速比 對應發(fā)動機轉速 壓縮機轉速 壓縮機平均轉速 發(fā)動機在1140rpm時的輸出功率：20Kw（待定）2.2 熱平衡關系的建立傳入車廂內(nèi)的各種熱負荷的總和即構成了該車的熱負荷，為簡化計算，采用了穩(wěn)定傳熱的近似計算法，由熱平衡關系可得:式中： 空調(diào)熱負荷； 通過車頂和車門等車身外構件傳入車廂內(nèi)的熱負

7、荷； 通過發(fā)動機艙傳入車廂的熱負荷； 通過地板傳入車廂的熱負荷； 通過擋風玻璃及各門窗玻璃傳入車廂的熱負荷； 換氣新風帶入車廂的熱負荷； 車內(nèi)電機及照明燈的熱負荷； 乘員人體散發(fā)的熱負荷及車內(nèi)零件散熱量；圖2 B22空調(diào)熱負荷示意圖 2.3 空調(diào)熱負荷計算2.3.1 通過車頂和車門等車身外構件傳入車廂的熱負荷由于太陽輻射的影響，車身外構件的表面溫度會比環(huán)境溫度高出許多，為了簡化這一部分熱負荷的計算，需要引入日照表面溫度概念。日照表面溫度是指由于太陽輻射造成的車身表面實際溫度。由于車頂和車側的日照強度和傳熱系數(shù)并不一樣，和也不相同。其中: ； 式中： 車身外表面吸收系數(shù)，取0.9；（汽車長期使用

8、后的經(jīng)驗值） 車頂太陽輻射強度， 車側太陽輻射強度， 車外空氣與車外表面的對流放熱系數(shù) 車頂傳熱系數(shù) 車側傳熱系數(shù) 環(huán)境溫度 行駛速度壁面?zhèn)鳠岬幕竟綖椋菏街校?傳熱系數(shù)； 傳熱面積； 傳熱溫差；顯然有： 式中： 車頂散熱面積，測量得出約1.96m² 車側散熱面積，測量得出約8.94（5.42）m² 車內(nèi)溫度；為簡化計算，車身各部分均按照多層均勻平壁傳熱考慮，根據(jù)有關傳熱理論，有： 式中： 內(nèi)表面放熱系數(shù)，車內(nèi)空氣按自然循環(huán)考慮，其值取為15； 各層絕熱材料的厚度； 各層絕熱材料的導熱系數(shù)； 車頂部分，由外板（鋼板）0.8mm、空氣間隙80mm、內(nèi)飾板6mm組成，導熱系數(shù)

9、分別為 51.63， 5.5，0.028，單位為。 車側部分，其結構是由鋼板0.8mm、空氣間隙47mm和內(nèi)飾板6mm組成，導熱系數(shù)分別為 51.63，5.5，0.05，單位為。 在確定了各部分的傳熱系數(shù)后，就可以計算出各部分的日照表面綜合溫度： 所以： 2.3.2 通過發(fā)動機艙傳入車廂的熱負荷發(fā)動機艙溫度在規(guī)定的外部條件下約為90，發(fā)動機艙壁面積約為0.6m²，由鋼板0.8mm、隔熱墊3mm及成型地毯6mm組成，導熱系數(shù)分別為51.63，0.055，0.055，單位為。發(fā)動機艙側的表面放熱系數(shù)按強制循環(huán)考慮，取。所以其傳熱系數(shù)為： 所以： 2.3.3 通過地板傳入車廂的熱負荷地板的

10、面積約為4.24m²，其外側溫度推薦取38，外側放熱系數(shù)取，地板由地毯、鋼板及一層瀝青板構成，其厚度分別為 5mm，1.2mm，5mm，地毯和瀝青板的導熱系數(shù)分別為0.05和0.04，單位為。通過地板傳入車廂的熱負荷按多層均勻平壁傳熱計算。 其中地板傳熱系數(shù)為： 所以： 2.3.4 通過擋風玻璃及各門窗玻璃傳入車廂的熱負荷經(jīng)測量，前風擋玻璃厚度5mm，面積1.249；其它玻璃厚度4.0mm，面積1.632。其導熱系數(shù)取0.65。該部分的熱負荷包括兩部分，一部分是車內(nèi)外的溫差而傳入的熱量，另一部分是太陽輻射熱。 式中： 太陽輻射通過玻璃的透入系數(shù)，??； 太陽輻射熱量，由于擋風玻璃不是垂

11、直安裝，前風擋面積約為1.249m²，與水平夾角約29.482度。經(jīng)計算，垂直方向的投影面積約為0.6，水平方向的投影約為1.1，門窗玻璃垂直面積約為1.632。 玻璃對太陽輻射的吸收系數(shù)，取0.08； 遮陽修正系數(shù)，取1； 所以： 2.3.5 換氣新風帶入車廂的熱負荷式中： 換氣量； 空氣密度，在40時為1.128kg/m³； 40時車外新風狀態(tài)比焓100.5KJ/Kg； 25時車內(nèi)空氣狀態(tài)比焓55.5KJ/Kg； 2.3.6 車內(nèi)電機及照明燈的熱負荷主要考慮風機電機傳熱（約300W）、音響傳熱（按高音或中音25W/個、低音50W/個計）及頂燈傳熱（約40W）等。B22揚

12、聲器布置：前門4個（2個高音，2個低音），后門2個（低音），IP上2個（中音）。據(jù)經(jīng)驗，此熱負荷值按總功耗的15%計算：故：2.3.7 乘員人體散發(fā)的熱負荷及車內(nèi)零件散熱量2.3.7.1 乘員人體散發(fā)熱量根據(jù)一般人體散熱資料，司機人體散熱按148W計，乘員（男性）人體散熱按118.4W計。根據(jù)經(jīng)驗公式： 式中， -司機人體散熱量； - 男性成人乘員散熱量； - 車室內(nèi)乘員數(shù)；所以：2.3.7.2 車內(nèi)零件散熱量考慮車內(nèi)零件散熱量，可按以下公式計算：式中：-車內(nèi)零件熱傳導率； -車內(nèi)零件表面積； -車內(nèi)零件表面溫度。這里取； -車內(nèi)空氣溫度。這里取。由于車內(nèi)零件表面積不易求得，可用試驗測得的值。

13、日本豐田公司測得轎車。這里取此經(jīng)驗數(shù)據(jù)。則計算車身熱負荷時，取上述兩組數(shù)值中較大的一組列入熱負荷范疇。這里取209W。綜上所述：2.3.8 汽車空調(diào)熱負荷 2.3.9 各部分熱負荷所占比重序號 分熱負荷名稱分負荷值總熱負荷值所占比例1-車頂、車門等車身外構件傳入車廂內(nèi)的熱負荷867W19.2%2-通過發(fā)動機艙傳入車廂的熱負荷159W3.5%3-通過地板傳入車廂的熱負荷189W4.2%4-通過擋風玻璃及各門窗玻璃傳入車廂的熱負荷1604.3W35.5%5-換氣新風帶入車廂的熱負荷775.5W17.2%6-車內(nèi)電機及照明燈的熱負荷96W2.1%7-乘員人體散發(fā)的熱負荷及車內(nèi)零件散熱量830.6W1

14、8.4%表1 熱負荷分布表由上表可知，熱負荷分布以換氣新風（約15%）、車身圍護結構（約20%）及風擋玻璃（約35%）為主，故若減少熱負荷應以改善車身隔熱及車窗玻璃材料為主。2.4 空調(diào)系統(tǒng)制冷量的確定制冷量與熱負荷的關系一般為：式中，-儲備系數(shù)，可取11.2；隨著新車使用時期的加長，車身表面光亮程度降低，表面粗糙度增大，塵土污垢附著量增加，車身外表面對太陽輻射量的吸收系數(shù)增大，再加上新車長期使用后，冷凝器外表面會積灰也會使換熱能力下降。綜合考慮以上因素，對儲備系數(shù)加以修正。取值為1.02。所以：即：在40km/h車速時系統(tǒng)制冷量應達到4611.8W左右。二、制冷劑循環(huán)流量1.壓焓圖狀態(tài)點的確

15、定 圖3 空調(diào)系統(tǒng)工作壓焓圖1.1 設計狀態(tài)參數(shù)的選定為等比熵壓縮過程； 為等壓冷凝過程；為等比焓節(jié)流過程； 為等壓蒸發(fā)過程；冷凝壓力； 蒸發(fā)壓力；吸氣溫度； 排氣溫度；蒸發(fā)器過熱度； 冷凝器過冷度；1.2 各狀態(tài)點參數(shù)的確定 第1點（壓縮機吸氣點）： 蒸發(fā)壓力； 焓值； 比容 第2點（壓縮機排氣點）： 冷凝壓力； 焓值 第3點： ； 焓值 第4點： ； 焓值2.制冷劑循環(huán)流量 質量流量 式中： -系統(tǒng)制冷量-單位質量制冷量，所以 體積流量: 三、壓縮機排量計算1. 所需壓縮機排量-體積流量，如上計算，取；-壓縮機轉速，??； -壓縮機容積效率；渦旋式壓縮機取0.98，旋葉式壓縮機取0.8，活塞

16、式壓縮機取0.6； 故 2. 所選壓縮機與汽車的動力匹配計算通過汽車空調(diào)熱負荷計算，了解所選的壓縮機制冷能力是否與系統(tǒng)匹配、壓縮機傳動比是否合適、所需消耗功率是否與發(fā)動機功率相匹配。以下為B23車DKS17壓縮機性能曲線圖，在此選用此款壓縮機進行匹配計算： 圖4 所選壓縮機性能曲線項目單位數(shù)值壓縮機皮帶輪直徑mm120發(fā)動機皮帶輪直徑mm137.4發(fā)動機/壓縮機傳動比1.145汽車行駛速度Km/h40主減速比3.978車輪滾動半徑m0.319三檔變速器速比1.0發(fā)動機轉速（三檔）rpm1324壓縮機轉速rpm1516四檔變速器速比0.72發(fā)動機轉速（四檔）rpm952壓縮機轉速rpm1090壓

17、縮機平均轉速rpm1303發(fā)動機1140rpm時的輸出功率Kw20表2 壓縮機與發(fā)動機動力匹配表根據(jù)上述壓縮機性能曲線圖，查得：壓縮機轉速時，制冷能力；輸出功率。壓縮機指示效率式中：-蒸發(fā)溫度的絕對溫標 -冷凝溫度的絕對溫標 -常數(shù)，取0.0025 -蒸發(fā)溫度的攝氏溫標所以： 壓縮機實際功耗壓縮機功耗占發(fā)動機輸出功率比2.93/20=14.7%，此功耗比是允許的，可以匹配。四、冷凝器能力計算冷凝器換熱能力 換熱器負荷比：計算所得換熱器負荷比為1:1.14，由于計算時忽略工質沿程阻力損失、局部阻力損失、外表面污垢熱阻等因素，故轎車上一般換熱器負荷比選1:1.5 1:2左右，即冷凝器換熱能力。五、蒸發(fā)器能力計算 蒸