汽車?yán)湄?fù)荷計(jì)算方法

1、1汽車空調(diào)的計(jì)算溫度選擇按表1數(shù)據(jù)作為微型汽車空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算溫度（即車內(nèi)平均溫度）。從上表我們可以看到，微型車的計(jì)算溫度在環(huán)境溫度為35C時(shí)定為27C，而一般轎車在環(huán)境溫度38C時(shí)定為24C27r，一般大中型客車定27 r28 r，可看到微型車車溫差都比它們要高，這其實(shí)是綜了多種因素并經(jīng)過很多次試驗(yàn)得得01型筑:怎陽翔4內(nèi)fit計(jì) 汨ft弋 空國民城祈 11S< H Ir/rniirk t 遽約 40krnn0HJ村灤(mVh3?小21?(J W1卜2。或無軸TKNK)60農(nóng)1微牟空咸I由溫慳內(nèi)合出的較經(jīng)濟(jì)合理的車內(nèi)平均溫度。為對微型車來說，如果計(jì)算溫度定得過高了，乘員就會(huì)明顯感覺制冷不

2、足；而如果定得過 低，勢必需要加大壓縮機(jī)排量才能滿足，這樣功耗必然增加，并影響到整車的動(dòng)力性，否則又很可能無法實(shí)現(xiàn)。2計(jì)算方法2.1微型車車內(nèi)與外界熱交換示意圖為便于分析，繪制圖1的微型車熱交換示意圖。2.2計(jì)算公式2.2.1計(jì)算方法考慮到汽車空調(diào)工作條件都很惡劣，其熱負(fù)荷與行車時(shí)間、地點(diǎn)、速度、行使方向、環(huán)境 狀況以及乘員的數(shù)量隨時(shí)發(fā)生變化，以及要求在短時(shí)間內(nèi)降溫等特殊性，按照常規(guī)方法來計(jì)算制冷量的計(jì)算公式為：Q0=kQT=k(QB + QG + QF+QP + QA +QE + QS)式中： Q0汽車空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量，單位為修正系數(shù)，可取 k=1.051.15 ，這里取 k=1.1QT總得熱

3、量,單位為W ；QB通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量, 單位為 W ；QGQFQP乘員散發(fā)的熱量 , 單位為 W ；通過各玻璃表面以對流方式傳入的熱量 , 單位為 W ；通過各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量 , 單位為 W ；QA由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量 , 單位為 W ；QE發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量 , 單位為 W ；QS車內(nèi)電器散發(fā)的熱量,單位為W ;從公式中我們也可以看出它是通過分別計(jì)算各部分得熱量求得總需求制冷量的。3 計(jì)算示例以五菱之光微型客車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量計(jì)算為例，設(shè)計(jì)條件和工況見表3： (1) 整車乘員 7 人，各部分參數(shù)見下表：(2)查文獻(xiàn)2，取水平面和垂直面的太南劇存>

4、前窗冷TRg犬層a鷹后窗SU10156鋼fc艮摺如陰閃和d9(F39(F£, '1.冇 iiffi. 4 hSJI4戶前*后凹Sr；1 22豹®+內(nèi)K>ISA世荀機(jī)第蕭IB熱舉+鋼甌*冷惋害 37+4 til 睨散射輻內(nèi)設(shè)計(jì)陽直射輻射強(qiáng)度分別為Js,z=843W/mJc,z=138 W/m 2;水平面和垂直面的天空2 2 環(huán)境溫度tw =35C，相對濕度75% ;車溫度tn=27 r，相對濕度50% ;射強(qiáng)度分別為Jp,s=46W/m和Jc,s=23W/m； 假設(shè)汽車向正南方以V =40km/h的速度行駛; 車內(nèi)空氣平均流速W 3m/s; 車內(nèi)容積V 12.9

5、mx 1.2mx 1.3m=4.2 m3，玻璃窗總面積S=3.24m。3.1按公式的常規(guī)計(jì)算3.1.1計(jì)算通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量Q:Q=C頂 + Q側(cè) + Q地Qh = Ke S頂(tz頂-tn)Qy=K側(cè).Sa ( t z側(cè)-t n)Q地 = Kfe S地 ( t Z地-t n)式中:K頂、K側(cè)、K地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱系數(shù)，單位為 W( / rf-K);S頂、S側(cè)、S地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱面積，單位為rf;tz頂、tz側(cè)、t Z地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的室外綜合空氣溫度，單tn車內(nèi)空氣溫度，單位為C；3.1.1.1 求車體各部分的傳熱系數(shù)：K 一 1a

6、w1ian式中:aw車身外表面與車外空氣的對流換熱系數(shù)， W(/K);an車內(nèi)表面與車內(nèi)空氣的對流換熱系數(shù)，一般車內(nèi)的對流換熱系數(shù)都比較小，在車內(nèi)空氣流速低于3m /S時(shí),an=29W(/ rf. k)；i/ 入 i構(gòu)成車身壁厚各層的導(dǎo)熱熱阻之和(S i為車體隔熱層的厚度，入i為車體隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù))其中：aw =1.163(4+12 /V)V為汽車行駛速度，單位為 m /S,這里 V=40km /h=11.1m /s,故aw=1.163(4+12 W )=51.2 W(/K)設(shè)車頂、車底和側(cè)圍分別由1m的鋼板和8mm、3mm、6m的內(nèi)裝飾板構(gòu)成,鋼板和內(nèi)裝飾板的傳熱系數(shù)分別為48.15 W/

7、K)和0.04W(/K)故車頂?shù)膇/入 i=0.001/51.2+0.008/0.04=0.2車底的i/側(cè)面的i/故Keawian1=3.9 W (/ rf1C C1 0.251.229-K)Km1T_i1aw ian1=4.89 W (/1C"10.15 51.229K)1T 丄丄awi an1=7.7 W (/110.07551.2 29K)3.1.1.2 求車外綜合空氣溫度tZ:式中：tw車外環(huán)境溫度，取35°C；入 i=0.001/51.2+0.003/0.04=0.075入 i=0.001/51.2+0.006/0.04=0.15P車體外表面吸收系數(shù)，與箱體顏色及

8、新舊程度有關(guān)，這里取 0.92;aw太陽輻射強(qiáng)度，為太陽直射輻射和天空散射輻射之和；車身外表面與車外空氣的對流換熱系數(shù)，W(/ rf. K);車身外表面的長波輻射系數(shù)；車身外表面向外界發(fā)射的長波輻射和由天空及周圍物體向車身表面的長波輻射之差；夏季時(shí),水平面£ R / a w=3.5C4C ,這里取3.8 C .垂直面A R =0；水平面上，I S= Js,z+ J p ,s =843+46=889W /吊;垂直面上，IC= Jc,z+ Jc,s=138+23=161W/m 2;awaw故tz>=tw 丄=35 O.92 889 3.8 = 47C51.2IRtzy=tw 35a

9、wawO.92 161 = 38C51.2tz 底=w+2=35+2=37C3.1.1.3 結(jié)果Q=Kh S頂(t z頂-tn)=3.9 X 3.9 X( 47-27 ) =304WQy=K® S« -(t z側(cè)-tn)=4.89 X 3.21 X 2X (38-27)=345WQ=Kfe S地(t Z地-tn)=7.7 X 3.84 X (37-27)=295.6WQB=Q|5 + Q側(cè) + Q 地=304+345+295.6=944.6W3.1.2計(jì)算通過各玻璃表面以對流方式傳入的熱量Q G;QG= Qg前+Q側(cè)+Q后已知玻璃的傳熱系數(shù)入g=0.754 W (/K),厚

10、度S =5mm，玻璃對太陽輻射的吸收系數(shù)pg=0.08，車內(nèi)空氣平均流速Va=2.5m /s ;玻璃內(nèi)表面換熱系數(shù)為:前窗：an=5.6782 X (0.9+1.03V a )=19.7 W (/ rf. K)側(cè)窗：an=5.6782 X (1.1+1.03V a )=20.9 W (/K)后窗：a n =5.6782 x (0.9+1.03V a )=19.7 W (/K)V =40km /h=11.1m /s 運(yùn)行時(shí)，玻璃外表面換熱系數(shù)為:前窗:aw =3.79V0.8=3.79 x 11.1 0.8 =26 W (/nr-K)側(cè)窗:aw =7.21V0.8=7.21 x 11.1 0.8

11、 =49 W (/-K)后窗:0 8 0 8aw =4.65V . =4.65 x 11.1 . =32 W (/-K)前窗:側(cè)窗:后窗:111i110.0051awGan260.75419.7111i110.0051 awGan490.75420.9111i110.0051awGan320.75417.9故各處玻璃的K值分別為:Kg前=10W(/K)Kg®=11 .3W (/K)Kg后=各處玻璃表面的綜合溫度分別為：(/K)前窗:t G2=twg|aw側(cè)窗:t G2=twg|aw后窗:t GZ=twg|350.08(13823)260.08(13823)490.08(13823)=

12、35.535=35.53532=35.4aw從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于玻璃對太陽輻射的吸收率很小，故太陽輻射對玻璃的溫升影響較小，其表面溫升溫度與環(huán)境溫度相差不多。最后得到:故 QF右=(0.85+0.08X 20.9/49)X 653.4 X 0.93=537W(Q«=K» 2Sg,c ( t Gz-t n) =13.4 X 2 X 0.95 X (35.3-27)=211.3WQG后=Kt Sg,h ( t Gz-t n) =11.3 X 0.56 X (35.4-27)=53WQG= Qg前+QG»+(Q后=66.3+211.3+53 = 331W3.1.3

13、通過各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量QF；設(shè)汽車向正南方向行使時(shí)前窗和右側(cè)窗為朝陽面，查文獻(xiàn) 1 ， 右側(cè)窗按可能的最大值l=688W/m計(jì)算，前窗l(fā)=550W/m,左側(cè)窗和后窗按l=182W/m計(jì)算。QF= Qf前 +Q右+Q左+QF后 (= n +p G - an/a w) J C式中：太陽輻射通過玻璃的透入系數(shù)，一般取n =0.85 ；遮陽修正系數(shù)，取 C=0.93；車窗的太陽輻射量，單位為 W ；對右側(cè)窗，J=I Sg ,c =688X 0.95=653.4W前風(fēng)窗，J=I Sg ,q =550X 0.78=429W左側(cè)窗，J=I Sg,c=182X 0.95=173W后 窗，J=I

14、 Sg ,h=182X 0.56=102WQF前=(0.85+0.08X 19.7/26)X 429X 0.93=363WQF左=(0.85+0.08X 20.9/49)X 173X 0.93=142WQF后=(0.85+0.08X 19.7/32)X 102X 0.93=85W最后， QF=537+363+142+85=1127W3.1.4 乘員散發(fā)的熱量 QP；QP= 116 N - n式中：QP車內(nèi)人體散熱量，單位為 W ；車內(nèi)乘員數(shù)，這里按 7 人；群集系數(shù)，取 0.89；116 為成年男子散熱量，單位為 W ；則Q=116X 7X 0.89=723W3.1.5 密封性泄漏進(jìn)入車內(nèi)的熱

15、量 Q A；由于五菱之光開空調(diào)時(shí)都處于內(nèi)循環(huán)位置，無新風(fēng)導(dǎo)入，但微型車的密封性一般都不是 太好，取 Q A=300W。3.1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量 QE ；QE=Ke Sf (t e- tn)Ke= 12/3 左右，故 ae=1.163aeian由于汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)表面的風(fēng)速一般僅有外面的X (4+12 X 711.1 0.67 )=42.7W (/K)另外，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的隔熱除了有與地板同樣的內(nèi)裝飾外還有一層 5mm厚的隔熱墊，其傳熱系數(shù)為0.116 W/K),故2S i/ 入 i=0.001/42.7+0.005/0.116+0.003/0.04=0.1181可得到 Ke= =

16、5.71 W (/ rf. K)1 1 0.118 42.729夏季時(shí)一般發(fā)動(dòng)機(jī)倉溫度要達(dá)到70C ,故取te =70 C最后 Q =5.71 X 1.3 X (70-27)=319W 3.1.7車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Qs；車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Qs e 100W由以上計(jì)算可得整車制冷量Q= k QT=k(QB+Q+Q+Q+Q+Q+Q)=1.1 X (944.6+330.6+1127+723+300+319+100)=1.1x3844.6 e 4229W目前對汽車空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算還沒有一套完善的計(jì)算方法，普遍采用的一種方法是將車體的傳熱系數(shù)、內(nèi)外對流換熱系數(shù)、太陽直射、散射強(qiáng)度 等數(shù)據(jù)取為經(jīng)驗(yàn)值，作為穩(wěn)

17、態(tài)傳 熱過程處理。這種方法在一定程度上簡化了汽車空調(diào)負(fù)荷計(jì)算過程的復(fù)雜性，有一定的實(shí) 用價(jià)值。但汽車空調(diào)負(fù)荷具有自身的特點(diǎn)。如車體維護(hù)結(jié)構(gòu)中存在空氣層。這種薄而內(nèi)空 的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，蓄熱系數(shù)小。空調(diào)過程中，存在外界干擾時(shí)，車廂內(nèi)表面的響應(yīng)快；在 汽車維護(hù)結(jié)構(gòu)中，不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差較大，導(dǎo)熱系數(shù)大的鋼骨架在連接車廂內(nèi)外表 面的同時(shí)，在兩者之間直接傳遞熱量，形成“熱橋”； 汽車運(yùn)動(dòng)與靜止兩種狀態(tài)差別較大 ， 運(yùn)動(dòng)時(shí)車廂壁外表面空氣對流換熱系數(shù)成倍增大，導(dǎo)致車廂壁動(dòng)態(tài)傳熱系數(shù)大于靜態(tài)傳熱 系數(shù)，而且車廂壁內(nèi)外側(cè)空氣壓力不平衡程度加劇，空氣泄漏增加，外界干擾增強(qiáng)。統(tǒng)計(jì) 結(jié)果表明， 汽車車體傳熱形成

18、的冷負(fù)荷是空調(diào)負(fù)荷的主要部分，車體壁與車窗傳熱占總得 熱量的，這一負(fù)荷的比例決定了汽車空調(diào)負(fù)荷的特性。 即應(yīng)該 用非穩(wěn)態(tài)傳熱方法來研究該 負(fù)荷，以符合車外空氣溫度、太陽輻射周期性變化的實(shí)際。冷負(fù)荷與得熱量有時(shí)相等，有 時(shí)不等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性及得熱量的類型決定了得熱與負(fù)荷的關(guān)系。研究表明，得熱量 轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷過程中，存在著衰減和延遲現(xiàn)象。冷負(fù)荷的峰值不僅低于得熱量的峰值，而 且在時(shí)間上有所滯后。由此可見， 計(jì)算汽車空調(diào)負(fù)荷時(shí)，必須考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱、蓄熱 和放熱效應(yīng) 。（即按最大熱負(fù)荷計(jì)算的冷負(fù)荷是峰值，實(shí)際由于熱負(fù)荷最大時(shí)，由于車身 傳遞等延遲導(dǎo)致衰減，實(shí)際需要的小于最大值，因?yàn)槔湄?fù)荷一直在

19、提供）冷負(fù)荷 :汽車為了克服外界熱量而需要平衡的冷量及空調(diào)制冷量。1946 年美國提出的當(dāng)量溫差法和 50年代初前蘇聯(lián)學(xué)者提出的諧波分解法在計(jì)算通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷時(shí)，其共同的缺點(diǎn)是對得熱量和冷負(fù)荷不加區(qū)分，認(rèn)為兩者是一回事。所以空 調(diào)冷負(fù)荷量往往偏大。 .1968 年加拿大提出了反應(yīng)系數(shù)法， 其基本特點(diǎn)是把得熱量和冷負(fù)荷 的區(qū)別在計(jì)算方法中體現(xiàn)出來?？照{(diào)負(fù)荷計(jì)算的反應(yīng)系數(shù)法又稱傳遞系數(shù)法，此方法把研 究對象當(dāng)作線性的熱力系統(tǒng)，利用線性熱力系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得出某種單位擾量下的各種反 應(yīng)系數(shù)，然后利用反應(yīng)系數(shù)求解得熱和冷負(fù)荷。它不要求擾量是連續(xù)函數(shù)或周期函數(shù)，適 用于任意擾量。，但是，其傳遞矩陣過于復(fù)雜。1971年用Z傳遞函數(shù)改進(jìn)了反應(yīng)系數(shù)法，并 提出了適合手算的冷負(fù)荷系數(shù)法。冷負(fù)荷系數(shù)法是建立在Z 傳遞