汽車空調(diào)器發(fā)展概述

1、現(xiàn)如今我們的生活水平越來越高，中國(guó)社會(huì)急速發(fā)展，汽車的數(shù)量日益增多，呈指數(shù)式增長(zhǎng)，汽車各項(xiàng)性能不斷提高，如經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、安全性等，當(dāng)然也包括舒適性?？照{(diào)系統(tǒng)作為汽車的一部分，對(duì)汽車的舒適性有極大的影響，已經(jīng)成為汽車不可缺少的重要組成系統(tǒng)。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要的作用就是調(diào)節(jié)車內(nèi)的空氣，提高清新度，提高車內(nèi)的濕度，調(diào)節(jié)溫度還有流速等等參數(shù)，以此來營(yíng)造出好的環(huán)境從而給駕駛員和乘客提供良好的舒適度，緩解疲勞和壓力，同時(shí)還能夠清除車窗上面的一些水蒸氣、霧氣、霜等，提高能見度，從而確保行車的安全性 1。對(duì)于汽車好壞的評(píng)判，汽車空調(diào)已經(jīng)成為不可或缺的一部分，成為一個(gè)非常重要的標(biāo)準(zhǔn)了。汽車空調(diào)已經(jīng)成為影響汽車競(jìng)

2、爭(zhēng)的重要組成部分。全世界的汽車工業(yè)現(xiàn)在都在迅猛發(fā)展中，隨著人們對(duì)生活的要求越來越高，汽車的舒適性、安全性等越來越受到大眾的重視，汽車的生產(chǎn)需求越來越大，所以，對(duì)空調(diào)的研究變得非常重要。1.2 汽車空調(diào)器發(fā)展概述汽車工業(yè)的在我國(guó)的迅速崛起，帶動(dòng)了空調(diào)行業(yè)的迅猛發(fā)展，非常的有全景。汽車空調(diào)的作用非常大，對(duì)汽車的各項(xiàng)性能影響很大，能夠提供舒適性，保持車內(nèi)各項(xiàng)性能指標(biāo)在正常范圍內(nèi)，如空氣的流速、空氣濕度、空調(diào)的溫度、車內(nèi)的大氣壓力使乘車人員身心保持健康，提高他們行車過程的舒適性，還對(duì)行車安全提供了顯著的作用。從全世界范圍來看，空調(diào)的發(fā)展時(shí)間不久，卻發(fā)展得非常快，速度令人吃驚。最原始的空調(diào)裝置剛開始只用

3、來為乘客和駕駛員提供暖氣和除霜，在1927年出現(xiàn)的。在 1940 年的時(shí)候第一部有制冷機(jī)的車子被美國(guó)的packard 公司生產(chǎn)成功。 1954 年才有真正安裝在汽車上的空調(diào)冷暖一體式設(shè)備。在1964 年的時(shí)候，裝有溫度自動(dòng)控制的空調(diào)開始裝在Cadillac小車上。 1979 年的時(shí)候，空調(diào)隨著微機(jī)控制的出現(xiàn)，日趨成熟，發(fā)展開始進(jìn)入第四代產(chǎn)品的制造階段。汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展越來越好，基本功能都已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，如制冷，換氣，凈化等功能。我國(guó)對(duì)空調(diào)技術(shù)的掌握還處在開發(fā)階段。汽車空調(diào)的發(fā)展歷程汽車空調(diào)從最初只能用于加熱到現(xiàn)在的可以采用微機(jī)控制裝置，也經(jīng)歷了幾十年的蛻變過程。汽車空調(diào)開始走進(jìn)人類的生活，用于

4、各式各樣的汽車上。發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段 4,5:第一階段：?jiǎn)螁斡糜谔峁┡瘹?，最開始出現(xiàn)在美國(guó)隨后開始在歐洲普及?，F(xiàn)在，很多北歐的比較寒冷的地區(qū)仍然在使用這種汽車空調(diào)。第二階段：?jiǎn)螁斡糜谥评涞碾A段，主要用在比較炎熱的地區(qū)，赤道附近的熱帶地區(qū)，很多地方現(xiàn)在仍舊在繼續(xù)使用這樣的空調(diào)。1第三階段：可以制冷，也能制熱的階段，這種空調(diào)第一次出現(xiàn)在美國(guó)，隨后開始廣泛普及，基本功能如通風(fēng)、除濕等都可以實(shí)現(xiàn)，很多價(jià)格便宜的車子現(xiàn)在仍在使用。第四階段：可以自動(dòng)控制的空調(diào)階段，最早由通用公司研發(fā)生產(chǎn)，空調(diào)通過一些傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度，不需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)，增加行車安全性和舒適性，主要用于高級(jí)一點(diǎn)的車輛上。第五階

5、段：微機(jī)控制階段，通過計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算和控制，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度，各項(xiàng)指數(shù)，保證車輛的行車安全和乘客的舒適性，空調(diào)技術(shù)從此走上更加成熟的階段。我國(guó)汽車空調(diào)的發(fā)展與現(xiàn)狀我國(guó)汽車空調(diào)的發(fā)展十分緩慢，因?yàn)槲覀儑?guó)家的工業(yè)發(fā)展較其他國(guó)家如美國(guó)差距較大，還在初級(jí)階段，發(fā)展不夠成熟，從上世紀(jì)60 年代開始才真正開始進(jìn)入發(fā)展階段，可分為以下幾個(gè)階段6：第一階段：處在研發(fā)的階段，空調(diào)最先的發(fā)展是在長(zhǎng)春一汽汽車廠，技術(shù)人員研發(fā)出了能在紅旗車上使用的空調(diào)，并開始投入生產(chǎn)，主要是通過循環(huán)水來為車內(nèi)降溫，或者引用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體為車內(nèi)提供暖氣。第二階段：起步階段，我國(guó)開始應(yīng)用世界上其他發(fā)達(dá)國(guó)家的空調(diào)技術(shù)并加以改進(jìn)，開始在國(guó)產(chǎn)車

6、輛上進(jìn)行使用和研究。為我國(guó)之后空調(diào)技術(shù)的發(fā)展起到不能替代的作用。第三階段：開始規(guī)模發(fā)展的階段，由于我國(guó)社會(huì)的迅速發(fā)展，和國(guó)家工業(yè)的崛起，汽車產(chǎn)量開始呈指數(shù)式的增長(zhǎng)，空調(diào)技術(shù)越來越成熟，追趕其他國(guó)家，但是要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)的舒適性還有些路要走1。汽車空調(diào)發(fā)展方向隨著社會(huì)的進(jìn)步，空調(diào)的使用基本普遍，未來的空調(diào)發(fā)展在向更加經(jīng)濟(jì)性邁進(jìn)，空調(diào)成本應(yīng)進(jìn)一步降低，應(yīng)該更好的提高空調(diào)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和效率，進(jìn)一步提高車內(nèi)的舒適性，提高行車安全，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)空調(diào)使用過程中的環(huán)保性，操作也應(yīng)該進(jìn)一步簡(jiǎn)化，變得更加智能合理。同時(shí)可以使用全年的季節(jié)溫度和天氣 5。伴隨著全球工業(yè)技術(shù)越來越成熟，汽車空調(diào)技術(shù)將向著這些方面繼續(xù)邁向一

7、個(gè)新高度：全智能化、環(huán)保節(jié)能化、更加輕量化等。1.3 選題依據(jù)與背景裝有電磁離合器來控制開關(guān)的空調(diào)是現(xiàn)在市場(chǎng)上主要的產(chǎn)品。渦旋式壓縮機(jī)現(xiàn)在是我國(guó)未來發(fā)展的重點(diǎn)空調(diào)類型，這種機(jī)型有很多優(yōu)點(diǎn)，沒有氣閥，工2作效率更高，使用壽命更長(zhǎng)，更加穩(wěn)定，但是這種壓縮機(jī)加工難度巨大，成本較高，目前還不適用，我們主要采用的是往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，目前的電動(dòng)空調(diào)，主要是安裝在電動(dòng)汽車和電動(dòng)客車上面，一般通過電機(jī)來帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，從而帶動(dòng)空調(diào)的運(yùn)行，從而提供制冷或制熱的基本功能。一般來說傳統(tǒng)客車上面主要安裝的是傳統(tǒng)空調(diào)。因此想要在傳統(tǒng)客車上安裝電動(dòng)空調(diào)是一次全新的嘗試，該課題非常有價(jià)值和意義。目前的傳統(tǒng)空調(diào)，都是由發(fā)動(dòng)機(jī)

8、來傳輸動(dòng)力，會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速也發(fā)生改變。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)間在影響著空調(diào)的各項(xiàng)運(yùn)行功能，這使空調(diào)的使用十分不穩(wěn)定，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的沒有運(yùn)行的狀態(tài)下，空調(diào)系統(tǒng)也無法運(yùn)行，如在停車的時(shí)候，嚴(yán)重影響乘員的舒適性。并且發(fā)動(dòng)機(jī)由于要在行車過程中，帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行，且空調(diào)壓縮機(jī)的能耗相當(dāng)巨大，因此也會(huì)影響到整車的動(dòng)力性7。會(huì)增加汽車的整車油耗2。同時(shí)，由于天氣原因，如夏天的時(shí)候需要空調(diào)在行車或者停車過程中保持在正常的工作狀態(tài)。停車狀態(tài)下開啟空調(diào)會(huì)嚴(yán)重增加燃油損耗并且生成尾氣，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，環(huán)?，F(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)更加重要的問題。由于汽車產(chǎn)量急速增長(zhǎng)，汽車已經(jīng)開始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，客車的也是越

9、來越變得越來越重要，到 2013 為止，已經(jīng)登記的汽車已經(jīng)達(dá)到了驚人的 1.4 億輛。汽車的尾氣排放已經(jīng)開始成為了城市污染的主要污染源之一 3，我們的空氣在不斷惡化。因此較少汽車尾氣排放的工作變得越來越重要，采用電動(dòng)空調(diào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)在汽車上使用，已經(jīng)成為一項(xiàng)極受重視的技術(shù)。由于人類已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到環(huán)保的重要性，認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排的重要性，因此在這樣是社會(huì)背景下，研究在燃油汽車上使用電動(dòng)空調(diào)，具體極高的研究?jī)r(jià)值和意義。1.4.課題研究目的及主要工作汽車空調(diào)系統(tǒng)作為汽車不可分割的一部分，對(duì)于汽車的整車安全性、舒適性扮演著十分重要的角色。 。本課題重點(diǎn)探究汽車空調(diào)壓縮機(jī)的另外一種驅(qū)動(dòng)方式，以客車為研究對(duì)象

10、，在燃油客車基礎(chǔ)上，將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)為電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，主要是通過采用獨(dú)立的蓄電池為其提供能量，由電機(jī)帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行制冷。3圖 1.1 空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程在圖中我們能夠很清楚地看到兩種空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程，雖然改進(jìn)后的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換的整個(gè)過程變得復(fù)雜了一點(diǎn)，但空調(diào)系統(tǒng)的效率會(huì)得到明顯的提高。研究改進(jìn)后的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的主要目的具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在確保制冷需求的同時(shí)，還能夠使壓縮機(jī)工作性能更加穩(wěn)定，而且空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)將不會(huì)再影響汽車的行駛性能。即使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)空調(diào)也能夠發(fā)揮最大的效率，且整個(gè)過程

11、無需消耗燃油。當(dāng)汽車正常運(yùn)行時(shí)候，通過發(fā)電機(jī)為蓄電池充電，這樣停車過程中便可用其為空調(diào)系統(tǒng)供能。大大降低了同等條件下的能源消耗，也減少了怠速尾氣的排放，從而提高了電動(dòng)空調(diào)的使用效率。能夠改善制冷壓縮機(jī)的使用效率，從前面的介紹中我們已經(jīng)了解到傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)工作穩(wěn)定性差，導(dǎo)致其效率降低，所以為了達(dá)到轉(zhuǎn)速低時(shí)候的制冷要求，就需要排量大的壓縮機(jī)。在電動(dòng)空調(diào)中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，所以相同的制冷需求下，電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的排量約可降低 70%11 ?？梢允箵p耗下降，在傳統(tǒng)空調(diào)中制冷壓縮機(jī)不得不放在發(fā)動(dòng)機(jī)的周圍，又處在較高的溫度中工作，所以會(huì)增加制冷劑的管路耗損與結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。擁

12、有獨(dú)立能源的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)便可以在與蒸發(fā)器靠近的任意位置去安裝，從而改善了壓縮機(jī)的工作環(huán)境，減少了損耗?？梢酝ㄟ^變頻控制，在開啟電動(dòng)空調(diào)初期使壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以便可以快速降溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置要求后保持低速的持續(xù)運(yùn)行，維持車內(nèi)的溫度，這個(gè)過程中可減少一部分能源消耗 11。第二章熱負(fù)荷計(jì)算汽車整車熱負(fù)荷就是為了將車廂內(nèi)多余熱量除去而提供的冷量。確定汽車空調(diào)的熱負(fù)荷是合理匹配空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵。42.1 空調(diào)計(jì)算參數(shù)的確定車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)可以遵循以下原則：（1）夏季車內(nèi)溫度應(yīng)取在2527，最高不超過 28，冬季可取為1622。（2）在夏季，考慮到車內(nèi)外溫差過大時(shí)容易引起 “熱沖擊 ”

13、，應(yīng)對(duì)車內(nèi)外溫差有一定的限制，一般以 57為宜，最大不要超過 10。因此，建議夏季車內(nèi)空調(diào)溫度按下式選?。簍 n = 20 + 1/2 ( tw 20 )(1)式子中： t n -車內(nèi)空調(diào)溫度（）t w-車外環(huán)境空氣溫度（）（3）車內(nèi)相對(duì)濕度在 45%60%之間比較適宜。（4）車內(nèi)氣流速度以 0.3 m/s0.5m/s 為宜。（5）根據(jù) “頭冷腳涼 ” 的原則，車內(nèi)垂直方向溫差應(yīng)控制在頭部溫度比腳部溫度低 3左右。（6）考慮到人的生理衛(wèi)生要求，車內(nèi)應(yīng)引進(jìn)一定量的新空氣。由于車內(nèi)新鮮空氣引入量過大時(shí)會(huì)顯著增加空調(diào)熱負(fù)荷，應(yīng)以最低標(biāo)準(zhǔn)保證11m3/ 人*h 的新鮮空氣補(bǔ)充量。車外設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇為了

14、使空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果有利于為制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，一般是把設(shè)計(jì)地的夏至這一天作為設(shè)計(jì)日，并以當(dāng)天的逐時(shí)氣溫作為設(shè)計(jì)溫度。相對(duì)濕度的選取可參考設(shè)計(jì)地夏季平均相對(duì)濕度。一般情況下，車外設(shè)計(jì)溫度在 36 38之間，相對(duì)濕度為 50%70%。汽車空調(diào)熱負(fù)荷的組成下圖 2.1 是以穩(wěn)態(tài)傳熱為基礎(chǔ)建立的小轎車汽車空調(diào)系統(tǒng)的熱平衡模型。5圖 2.1 熱平衡模型三個(gè)假設(shè)：車身熱傳遞為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；車廂內(nèi)的熱負(fù)荷只使車內(nèi)空氣和部件的溫度升高；車內(nèi)各部件的溫度與車內(nèi)空氣的溫度均勻一致。建立熱平衡方程如下：QW =QWB +QWG +QWBI +Q E +QC +Q M + Q P +QV（ 1-2）式中

15、： QW 空調(diào)熱負(fù)荷（ W）QWB 通過車門與車頂傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QWG 通過各玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QWBI 通過各玻璃表面以輻射方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）Q E 從發(fā)動(dòng)機(jī)室一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QC 從行李箱及車廂地板處傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）Q M 空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷（W）Q P 車內(nèi)駕駛?cè)藛T及乘客散發(fā)的熱負(fù)荷（W）QV 密封處泄漏及補(bǔ)充新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）2.2 汽車空調(diào)熱負(fù)荷計(jì)算各部分熱負(fù)荷計(jì)算（一）通過車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷6（ 1）通過車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 QWB在夏季，由于太陽(yáng)輻射作用，使車體表面溫度升高，外表面吸

16、收的太陽(yáng)輻射能量一方面通過對(duì)流方式與外界空氣進(jìn)行熱交換，另一方面通過熱傳導(dǎo)傳至車體內(nèi)表面，再以對(duì)流方式傳給車內(nèi)空氣構(gòu)成熱負(fù)荷。在太陽(yáng)輻射作用下單位面積車體外表面吸收的熱量Q ba 如方程（ 1-3）所示：Q ba =Ab （Idv + Id）（）1-3式中： Qba 單位面積車體表面吸收的熱量（W/ ）；A b 車體外表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率；I dv 太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度在車體外表面法線方向的分量（ W/）； I d 車體外表面接受的太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度（W/）。通過車體外表面與車門的進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷可以由建立車體表面的熱平衡方程得到。對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，其熱平衡方程如下：Qba =An （t b 2 -t

17、 n ）+A w （t bi -t w ）（ 1-4）式中： A n 車體內(nèi)表面放熱系數(shù)（ W/ ·）； t b 2 車體內(nèi)表面溫度（）； A w 車體外表面放熱系數(shù)（ W/ ·）；t bi 車體外表面溫度（） ；t w 車外環(huán)境溫度（）； t n 車內(nèi)環(huán)境溫度（）。由式（ 1-4）即可得出通過單位面積車體表面?zhèn)鲗?dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱量為：Q b = An （t b 2 -t n ）= Qba - A w （t bi -t w ）（ 1-5）在穩(wěn)態(tài)情況下，通過車體外表面?zhèn)鲗?dǎo)至內(nèi)表面的熱量等于車體內(nèi)表面向車內(nèi)空氣的對(duì)流換熱量，即：An （t b 2 -t n ）= （t bi - t

18、 b 2 ）/R s（ 1-6）式（ 1-6）中， Rs 為車體材料的熱阻，單位為：·/W 。1.在車子運(yùn)行條件下， A w 只是運(yùn)行速度的函數(shù)，而與t bi 無關(guān)，因此可以由方程（ 1-4）（ 1-6）聯(lián)立求得 Qb 的計(jì)算式，即：7Q b = Qba - Qba (RsRs ) (Tw Tn )（ 1-7）( RwRs Rn )式中： Rw =1/ A w ,為車體外表面換熱熱阻（·/W ）；Rn =1/ A n ,為車體內(nèi)表面換熱熱阻（·/W）。2.在停車條件下，可由方程（ 1-4）（ 1-6）聯(lián)立解得：A1 （ t bi -t w ） n +A 2 （t

19、bi -t w ） + A3 =0（ 1-8）式中： A1 ， A 2 ， A 3 為 A n ，A w ，Qba 的函數(shù)， n 為指數(shù)。在已知 A n ，A w ，Qba 表達(dá)式的情況下，即可確定方程（1-8）中各項(xiàng)系數(shù)及指數(shù)，由迭代法可求得（t bi -t w ）。A n ，A w 的表達(dá)式可參考下面給出的推薦式， Qba 可由式（ 1-3）計(jì)算，這樣便可由式（1-5）求得 Q b 。3. 停車條件下的放熱系數(shù)a. 車頂與車門內(nèi)表面放熱系數(shù)表達(dá)式為：A n =5.6782（2.0+1.03Va ）（ 1-9）式中： V a 車內(nèi)空氣流動(dòng)速度（ m/s）b.車頂與車門外表面放熱系數(shù)表達(dá)式為：

20、車門： A w =2.63（t bi -t w ） 0.25（ 1-10）車頂： Aw=1.98(tbi-tw)0.25（ 1-11）4. 在運(yùn)行條件下，車頂與車門內(nèi)表面放熱系數(shù)仍如式（ 1-9）所示。車頂與車門外表面放熱系數(shù)表達(dá)式為：A w =4.41× V 0.8（1-12）式中：V 汽車運(yùn)行速度（ m/s）對(duì)各傳熱表面，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，將A n ，A w ，Qba 代入方程（ 1-7）中；在停車狀態(tài)下，將A w ，Q ba ，（t bi -t w ）代入方程（ 1-5）中，即可求得運(yùn)動(dòng)和停車兩種情況下通過單位面積車頂或車門進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q bi ，再乘以各傳熱8面積 Fbi ，

21、即可求得 Q WB 。即：QWB = Qbi ·Fbi（1-13）式中： Qbi 、Fbi 分別為通過某單位面積車門或車頂?shù)臒嶝?fù)荷和傳熱面積。（二）通過車窗玻璃進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 及 QWBI 。由于太陽(yáng)輻射對(duì)玻璃具有一定的穿透性，因此，當(dāng)太陽(yáng)輻射作用在玻璃表面時(shí)有一部分能量透過玻璃以短波輻射的形式直接進(jìn)入車內(nèi)，另一部分能量被玻璃吸收后使玻璃表面溫度升高，然后以對(duì)流的方式與車內(nèi)外空氣進(jìn)行熱交換，其余的能量則反射回外界空間。這里先考慮以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 。在太陽(yáng)輻射作用下，單位面積玻璃吸收的熱量Q為：gaQ ga =Adi ·I dv +Ad ·I

22、 d（1-14）式中： Q ga 單位面積玻璃吸收的太陽(yáng)輻射熱（W/ ）；A di 入射角為 i時(shí)的直射吸收率； A d 玻璃的散射吸收率。利用與推導(dǎo)式（ 1-4）式（ 1-8）相同的方法可得到通過單位面積玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 Q g 計(jì)算式：Q g =A gn （T g 2 -T n ）=Q ga -A gw （T g1-T n ）（1-15）以及：Q （ RR ）（TT ）（1-16）Q g = Qga - ga gsgnwnRgwRgsRgn式中： Rgn =1/A gn ，玻璃內(nèi)表面的換熱熱阻（·/W ）；Rgw =1/A gw ,玻璃外表面的換熱熱阻（

23、3;/W ）；R gs 玻璃材料的熱阻（·/W ）； Agn 玻璃內(nèi)表面的換熱系數(shù)（W/ ·）；A gw 玻璃外表面的換熱系數(shù)（ W/·）。對(duì)于各玻璃內(nèi)表面，其表面換熱系數(shù)表達(dá)式分別為：前窗： A gn =5.6782（ 0.9+1.03Va ）（W/ ·）（ 1-17）9側(cè)窗： A gn =5.6782（1.10+1.03Va ）（W/ ·）（ 1-18）后窗： A gn =5.6782（ 1.10+1.03Va ）（ W/ ·）（ 1-19）對(duì)于各玻璃內(nèi)表面，其表面換熱系數(shù)表達(dá)式分別為：停車條件下：A gw =1.98 (Tg1

24、Tw ) cos(90) 0.25 （W/ ·）（ 1-20）式中： 玻璃表面與水平之間的夾角運(yùn)行條件下：前窗： A gw =3.79V0.8（W/ ·）(1-21)側(cè)窗： A gw =7.21 V0.8（W/ ·）(1-22)后窗： A gw =4.65 V 0.8（W/ ·）（1-23）將 A gn ，A gw ，Q ga ，（ Tg1 -T w ）分別代入方程（ 1-15）、（1-16）中，即可分別求得運(yùn)動(dòng)和停車兩種情況下通過各單位面積玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 Q g 。于是，通過各玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 為：QWG =

25、Fgi Qgi（1-24）式中： Fgi 分別是各部分車窗玻璃的面積；Q gi 分別是對(duì)應(yīng)的車窗單位面積玻璃表面以對(duì)流方式直接進(jìn)入車內(nèi)的熱量。通過各玻璃表面以輻射方式直接進(jìn)入車內(nèi)的的熱負(fù)荷QWBI透過單位面積玻璃直接進(jìn)入車廂內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量為：Qta =Ti ·I dv +Tdi ·I d（1-25）式中： Qta 透過單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車廂內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量（ W/）； Ti 入射角為 i 時(shí)的直射透過率； Tdi 玻璃的散射透過率。若車廂內(nèi)部裝置表面的吸收系數(shù)為A bi ，則在穩(wěn)態(tài)條件下，透過單位面積玻璃進(jìn)入車廂內(nèi)被單位面積表面吸收的太陽(yáng)輻射熱全部散發(fā)給車內(nèi)空氣成為

26、熱10負(fù)荷 Q BI ,即：Q BI = Qta ·A bi（1-26）式中： Abi 車內(nèi)裝置表面的吸收系數(shù)則通過各玻璃表面直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWBI 為：QWBI =QBI Fgi（1-27）式中： Q BI 分別為通過各部分車窗單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷， Fgi 分別是對(duì)應(yīng)的車窗玻璃面積。（三）其它部分形成的熱負(fù)荷密封處泄露及引入新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q v由于車體密封性問題及為了滿足車內(nèi)人員生理衛(wèi)生要求而引入新風(fēng)，需要考慮這部分熱負(fù)荷。若按照11m 3 / 人· 時(shí)為最低新風(fēng)引入標(biāo)準(zhǔn)，即v1 =11m3 /人 ·時(shí),則總的新風(fēng)量為 V=n&

27、#183;v 1 （n 為乘員人數(shù)），若換算成空氣的質(zhì)量流速，則為 Gv =·V（為空氣的密度）。于是，總的新風(fēng)熱負(fù)荷Q v 可按照下式計(jì)算：Q v =Gv （h w -h n ）（ 1-28）式中： Gv 進(jìn)入車內(nèi)新風(fēng)的質(zhì)量流速（kg/s）； h w 車外大氣的焓值（ KJ/kg）；h n 車內(nèi)大氣的焓值（ KJ/kg）。從發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車廂內(nèi)的熱負(fù)荷Q E假定從發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q E 與發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)和車內(nèi)空氣溫差成比例，則 Q E 可用下式表示：Q E =Ke · Fe （ t e -t n ）（1-29）式中： t e 發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的空氣平均溫度（） ；

28、 t n 乘客車廂的11空氣平均溫度（）； Ke 傳熱系數(shù)（ W/m 2 ·）；F e 傳熱面積（ m 2 ）。從行李箱及車廂地板處傳入車廂的熱負(fù)荷 Q C 與 Q E 的分析方法相同， Q C 可用下式表示Q C =Kc · Fc （ t c -t n ）（1-30）式中： t c 行李箱及地板處空氣平均溫度（） ；Kc 傳熱系數(shù)（ W/m 2 ·）；Fc 傳熱面積（ m 2 ）。實(shí)際計(jì)算中，常通過實(shí)驗(yàn)求得Ke ·Fe ， Kc · Fc 的經(jīng)驗(yàn)值。對(duì)于小轎車可取 8W/m 2 · 10W/m 2 ·，對(duì)于大中型客車可取2

29、022W/m· 30 W/m·。對(duì)于駕駛?cè)藛T可取Q P1 =220W,對(duì)于車內(nèi)乘客可取Q P2 =102W。設(shè)有一個(gè)駕駛?cè)藛T和 n 個(gè)乘客，則有：Q p = QP1 +n·Q P 2（1-31） 空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷Q M由于空調(diào)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱量將隨空氣進(jìn)入車內(nèi)，因此，一般電機(jī)的功耗QM 也成為熱負(fù)荷。太陽(yáng)輻射特性計(jì)算由前所述，在計(jì)算各部分熱負(fù)荷時(shí)需要知道太陽(yáng)輻射的有關(guān)參數(shù)。討論這部分內(nèi)容的主要目的是為了計(jì)算太陽(yáng)輻射在各表面上的直射輻射強(qiáng)度、散射輻射強(qiáng)度、地面反射強(qiáng)度，以及玻璃表面對(duì)太陽(yáng)輻射的透射強(qiáng)度、吸收強(qiáng)度等有關(guān)參數(shù)。為此首先計(jì)算太陽(yáng)輻射入射角 i。1.太陽(yáng)入射

30、角 i。經(jīng)推導(dǎo)，太陽(yáng)輻射入射角i 可用下式表示：cosi=sin · cos +sin ·cos· cos(ant)（1-32）式中： i太陽(yáng)光線入射角，為太陽(yáng)入射光線與表面法線之間的夾角。12太陽(yáng)高度角，為太陽(yáng)直射光線與它在水平面上的投影之間的夾角，隨地點(diǎn)和時(shí)間而異。 墻面法線方位角，為墻面法線在水平面上的投影與正南方向之間的夾角。ant太陽(yáng) -墻面方位角，為太陽(yáng)光線水平投影與墻面法線之間的夾圖 2.2 太陽(yáng)輻射特性示意圖2.太陽(yáng)高度角的計(jì)算：sin =sin（F E ）× sin(DEF )+cos(FE )× cos(DEF )×

31、;cos(H)（1-33）式中： FE 所計(jì)算位置的緯度。EF 太陽(yáng)赤緯（太陽(yáng)傾角） ，為太陽(yáng)光線與地球赤道之間的夾角。H時(shí)角，從太陽(yáng)時(shí)中午算起的太陽(yáng)角位移。H=15（1-34） 太陽(yáng)時(shí)，根據(jù)太陽(yáng)位置確定的時(shí)間。=地方平時(shí) +Sc（1-35）T' =地方平時(shí) =北京時(shí)間 +T T=（地方經(jīng)度 -北京時(shí)間所在位置經(jīng)度）/15式中： Sc 時(shí)差，對(duì)鐘表表示值的修正，這是由于地球自轉(zhuǎn)不均勻，使日晷儀與鐘表所表示的平時(shí)有差異而引起的修正值。13ant=Z-式中： Z 太陽(yáng)方位角，為太陽(yáng)光線水平投影與正南方向間的夾角。tan(Z)=sin(H)/ sin(FE )cos(H )cos(FE )t

32、an(DEF )（1-36）利用上述各式求得, Z 及 ant 后，便可求得太陽(yáng)輻射的入射角i。3.太陽(yáng)輻射的直射強(qiáng)度I dv 的計(jì)算設(shè)太陽(yáng)在地球大氣層外的平均輻射強(qiáng)度為I 0 （W/m 2 ），則太陽(yáng)輻射穿過大氣層的直射輻射強(qiáng)度I dn 可用下式計(jì)算：1I dn = I0 ·Psin（1-37）式中： P大氣透過率。于是太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度在某表面法線方向上的投影為：I dv = I dn ·cosi（1-38）4.太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度I d 的計(jì)算：I d =Ids +Idg（1-39）式中： I ds 天空輻射強(qiáng)度（ W/m 2 ）；I dg 地面反射輻射強(qiáng)度（ W/m 2

33、）。I ds 可用下式計(jì)算：1I ds =0.5· I 01P sin·sin（1-40）11.4 lg PI dg 可用下式計(jì)算：I dg =·I dv Csin·F g（ 1-41）式中： 地面反射率； C天空散射輻射強(qiáng)度與到達(dá)地面的直射輻射強(qiáng)度之比； Fg 某表面與地面間的輻射角系數(shù)。5.不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收14某不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收可用下式計(jì)算：Ba =Ab （ I dv +Ids ）（1-42）式中： A b 不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率6.透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收與穿透a.每平方米玻璃表面的太陽(yáng)輻射透射量為：Qt =Ti 

34、3;I dv +Tdi ·I d（1-43）式中： Ti 玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度的透射率；Tdi 玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度的透射率。b.每平方米玻璃表面對(duì)太陽(yáng)輻射吸收量為：Q a =Adi · I dv +Ad ·I d（ 1-44）式中： A di 玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度的吸收率；A d 玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度的吸收率。表 1.1 標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽(yáng)光學(xué)性能 % 入射角 I°L，mm0°15°30°45°60°70°80°90°381.180.980.278.171.359.53

35、5.40.0Ti574.674.373.471.064.353.231.00.0671.571.270.267.761.150.429.00.037.27.27.48.814.826.250.7100.0i56.76.86.98.213.724.548.2100.066.56.66.77.913.323.747.2100.0311.711.912.413.113.914.313.90.0Tdi518.718.919.720.822.022.320.80.0622.022.223.124.425.625.923.80.0152.3 空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算與分析在前幾部分，討論了汽車空調(diào)熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)工

36、況、熱平衡方程、計(jì)算方法和計(jì)算公式等項(xiàng)內(nèi)容。根據(jù)這些方法和計(jì)算公式，再結(jié)合所設(shè)計(jì)的汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算條件就可以進(jìn)行汽車空調(diào)熱負(fù)荷計(jì)算了。雖然不同車型的汽車，其結(jié)構(gòu)參數(shù)、乘員人數(shù)、空調(diào)布置方式不盡相同，但空調(diào)熱負(fù)荷的計(jì)算方法是一致的。一、設(shè)計(jì)條件與設(shè)計(jì)工況1設(shè)計(jì)條件：客車乘員（含駕駛?cè)藛T）共43 人，客車各部分尺寸參數(shù)如下表所示：表 1-2 參數(shù)表位置面積（）玻璃材料與水平面夾角前窗1.89鋼化玻璃90 0后窗1.76標(biāo)準(zhǔn)玻璃90 0側(cè)窗7標(biāo)準(zhǔn)玻璃90 0車頂30.60 0左（右）側(cè)3290 0前（后）側(cè)6.4（6.5）90 0b.設(shè)計(jì)日選為 5 月 3 日；c.以廈門市為設(shè)計(jì)地點(diǎn)，廈門市

37、地理位置：北緯 24.26 0 、東經(jīng) 118 0 （北京時(shí)間地理位置為北緯 39 0 、東經(jīng) 120 0 ）；d.假設(shè)汽車以 40km/ 時(shí)正南方向行駛。2.設(shè)計(jì)工況a.車內(nèi)空調(diào)溫度 t n 選為 27，相對(duì)濕度=50%；b.車內(nèi)氣流速度 v=0.5m/s；c.車外設(shè)計(jì)溫度為逐時(shí)氣溫t w ，相對(duì)濕度=75%。車外設(shè)計(jì)日逐時(shí)氣溫t w 的計(jì)算可采用下式：t w =t w max - t w（ 1-45）16式中： t w 設(shè)計(jì)日第時(shí)刻車外氣溫（）；t wmax 設(shè)計(jì)日最高氣溫（） ;t w 日較差； 模比系數(shù)。對(duì)廈門地區(qū)： t w max =36.2，t w =8.5，設(shè)計(jì)日逐時(shí)氣溫如下表所

38、示：表 1-3逐時(shí)氣溫T/h8910111213141516170.70.540.380.250.140.070.020.000.030.10t w/30.2531.6132.9734.0835.0135.6136.0336.235.9535.35二、太陽(yáng)輻射特性的計(jì)算太陽(yáng)輻射特性計(jì)算的主要目的是計(jì)算有關(guān)太陽(yáng)輻射的一些參數(shù)，如太陽(yáng)的入射角及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。根據(jù)本章 1.1 中提供的計(jì)算公式可求得各個(gè)時(shí)刻太陽(yáng)入射角及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，如下表所示：表 1-4 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度T/8910111213141516177.548.549.5410.5411.5412.5413.5414.5415.5416.54

39、T7.448.449.4410.4411.4412.4413.4414.4415.4416.44T/4.563.562.561.560.56-0.44-1.44-2.44-3.44-4.44H68.453.438.423.48.4-6.6-21.6-36.6-51.6-66.628.0641.1753.3867.4579.3080.3368.9755.9742.7629.62Z99.6293.6286.5275.7247.09-40.30-73.82-85.51-92.84-98.96Idn523.6687.3782.0834.8858.7871.4838.8789.6701.2548.5Id

40、v455.5605.3454.6311.1116.794.7289.6440.5512.9471.0表中：太陽(yáng)時(shí)； T/ 地方平時(shí)； T北京時(shí)間； T/ 所計(jì)算時(shí)刻離開中午的小時(shí)數(shù)； H時(shí)角，從太陽(yáng)時(shí)中午算起的太陽(yáng)角位移； 太陽(yáng)高度角； Z 太陽(yáng)方位角。三、各部分熱負(fù)荷的計(jì)算通過車體傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWB 。由前述部分的（ 1-3）、（1-7）、（ 1-13）作為理論依據(jù)可得：17a.通過車頂進(jìn)入車內(nèi)的熱量。查閱文獻(xiàn)： C=0.136（ C 為一無量綱量，其物理意義為天空散射強(qiáng)度與達(dá)到地面的直射強(qiáng)度之比） ， =。故 Fs =1.0， Fg =0.0，A b =0.71=1=0.033（&

41、#183; /W ）Rw =0.8w4.4111.1A1=1=0.078（· /W ）Rn =An5.6782 ( 21.03 0.5)鋼板：=48.15 W/m·軟木：=0.058 W/m·對(duì)于空氣層，取 Ra =0.10· /W這里所指的空氣層熱阻不是單指空氣層，而是由某些車體結(jié)構(gòu)附加材料及空氣間隙等折合而成的熱阻。由上可得總熱阻 R= Rw + Rn+ Ra =0.317· /W ，此為總熱阻。但考慮到立柱的存在，作為一個(gè)傳遞熱量的“熱橋 ”加速了車體的熱量傳遞，故取總熱阻為：R=0.3· /W對(duì)于車頂， F=30.6, t n

42、 =27 B由Qba =Ab （I dv + I d ）=0.7（ I dv + I d ）Qb = Qba - Qba ( RsRn ) tw27RsRwRn= Qba -0.267Qbat w27（1-46）0.3由此可求得車頂熱負(fù)荷，如下表所示表 1-5 通過車頂傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（FB =30.6 ）891011121314151617n90909090909090909090i61.9448.8335.6222.5510.709.6721.0334.0347.2460.04Idv246.3452.4635.7771.0843.8859.0782.9654.4476.1273.9I ds71.293.5106.4113.5116.8118.5114.1107.495.474.6Idg0