16、-空調(diào)系統(tǒng)制冷熱負(fù)荷計(jì)算書

1、江蘇卡威汽車工業(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2012-02-05發(fā)布2012-02-06實(shí)施江蘇卡威汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司發(fā)布KWMC-EA-JS-008、八、前言進(jìn)行汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或選型之前應(yīng)進(jìn)行車身熱負(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)由江蘇卡威汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司提出。本標(biāo)準(zhǔn)由江蘇卡威汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司汽車研究院負(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、魚靈煒KWMC-EA-JS-008設(shè)計(jì)參數(shù)：車外溫度：t=389，相對(duì)濕度：中=62%H車內(nèi)溫度：

2、t=259，相對(duì)濕度：中=60%B車內(nèi)成員數(shù)：N=5人，車內(nèi)新風(fēng)量：V=N*V=5*1仁55mP/h1太陽輻射強(qiáng)度：tH=389時(shí)，水平面上太陽輻射強(qiáng)度l=1000W/m?H車速：v=40km/h附加說明計(jì)算制冷量時(shí)所取的車廂內(nèi)容積為：V=3.68m3。制冷熱負(fù)荷計(jì)算由于車外溫度高于車內(nèi)，加上太陽輻射的作用，有大量熱量會(huì)通過車身壁面、車窗等傳入車內(nèi)。同時(shí)，乘員的汗熱和濕熱也會(huì)使車內(nèi)溫度升高?？梢姡绊戃噧?nèi)熱負(fù)荷的因素很多。綜合各種因素，車身熱平衡的方程式表達(dá)如下：Qe=QB+QG+QV+QP+QM+QLQ=aQe1e式中：ai儲(chǔ)備系數(shù)，取色=1.15；11Q制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量；Qe車身總熱負(fù)荷；

3、QB車體傳入熱量；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車內(nèi)零件散熱量。現(xiàn)在分別計(jì)算各部分的熱負(fù)荷。一、通過車身壁面?zhèn)魅氲臒崃寇嚿肀诿姘敯?、?cè)壁面、地板、前圍(發(fā)動(dòng)機(jī)罩壁在車廂內(nèi)部分)、后圍等幾部分組成。即車身壁面熱負(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車外空氣溫度，這里

4、取為tH=389；tB車內(nèi)空氣溫度，這里取為tB=259；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=傘(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車內(nèi)空氣溫度，這里取為tB=259；1、車身壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K的計(jì)算傳熱系數(shù)K與車身內(nèi)、外表面放熱系數(shù)及隔熱層熱阻有關(guān)，由于車身各壁面的條件不同(比如壁面外表面溫度、車身隔熱措施等差別很大)，所以車身各壁面的傳熱系數(shù)K是不同的。要分別計(jì)算各部分的傳熱系數(shù)K。

5、對(duì)于車頂板、側(cè)壁面、地板，傳熱系數(shù)計(jì)算式如下；AaB式中：aH外表面放熱系數(shù)，與表面相對(duì)氣流速度有關(guān)。當(dāng)車速為v=40km/h時(shí)，可取aH=146kJ/(m2hC)。aB內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車空調(diào)狀態(tài)，可取aBu60kJ/(m2hC)。6隔熱材料厚度鈿。.|九隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)w/(mc)。對(duì)于前圍和后圍，傳熱系數(shù)可以按照下式計(jì)算：式中：aF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aF=100kJ/(mhC)；對(duì)于后圍，表示行李箱內(nèi)壁面對(duì)流放熱系數(shù)，取aF=41.8kJ/(m2hC)。aB車身內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車空調(diào)狀態(tài)，取aB=60kJ/(m2hC)。6隔熱材料厚度(m)。九隔熱材料導(dǎo)熱系

6、數(shù)W/(m&C)。(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30mm。并具有以下結(jié)構(gòu)：1mm鋼板+24mm空氣夾層+5mm內(nèi)飾板各材料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板九=54W/(mC)；空氣九=6.4W/(m&C)；內(nèi)飾板取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，九=0.03W/(m&C)。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：-=14.iskj/(nn1-h*uc)+0.047+%14560車身頂板處有些結(jié)構(gòu)，金屬面直接和內(nèi)飾板相連，中間沒有空氣夾層，則該部分構(gòu)成為：1mm鋼板+5mm內(nèi)飾板各部分材料導(dǎo)熱系數(shù)同上。則傳熱系數(shù)為：匚=.二=14.39-11-10)1-V+-0.046+一

7、5114660頂板的外表面積為F頂=2.10*1.16=2.44m2。計(jì)算中，取車頂板的1/5為金屬頂面和內(nèi)飾板直接相連考慮，其余部分按照多層均勻平壁計(jì)算。心r!=14.22kj/(mrh匸)則車頂板的傳熱系數(shù)為：戸(2)、車身側(cè)壁面、后圍由于車身側(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。由于車門等處結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計(jì)算中，對(duì)車身側(cè)壁和后圍的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取其厚度為100mm。并具有以下結(jié)構(gòu)：1mm鋼板+94mm空氣夾層+5mm內(nèi)飾板各材料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板九=54W/(m&C)；空氣九=6.4W/(mC)；內(nèi)飾板取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，九=0.03W/(m&C)。對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)，可以按照多層均勻

8、平壁計(jì)算，代入各材料厚度及導(dǎo)熱系數(shù)，則有：石=zj=-；=13,60kJ,/(niJh*C)丄+企+丄+0.050+哎日厶人14660車身側(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，中間沒有空氣夾層，則該部分構(gòu)成為：1mm鋼板+5mm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。=工瓦兀=676kj/(nf*hr)則車側(cè)壁面和后圍的傳熱系數(shù)為：5(3)、地板

9、計(jì)算中，對(duì)地板的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取其厚度為16m。并具有以下結(jié)構(gòu)：1mm鋼板+10m隔熱材料+5地毯K.yi=33=13.76kj/(b*hC)各材料導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板九=54W/(m&C)；隔熱材料、地毯取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，九=0.139W/(mC)。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：=lS.69kJ/(ms-h*UC)丄十，企十丄-0.0JQ+人aB14660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=4,11O(4)、前圍發(fā)動(dòng)機(jī)罩壁在車廂內(nèi)部分按照以下結(jié)構(gòu)組成：1mm鋼板+10mm隔熱材料其中，各組成部分導(dǎo)熱系數(shù)如下：鋼板九=54W/(m&C)；隔熱材料的導(dǎo)

10、熱系數(shù)取為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)九=0.139W/(mC)。按多層均勻平壁傳熱計(jì)算：憶+工禺+孔式中：aF發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)壁面對(duì)流放熱系數(shù)，取aF=100kJ/(m2hC)。aB車身內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車空調(diào)狀態(tài)，取aB=60kJ/(m2hC)。經(jīng)計(jì)算得到：匸二一二!二二匸-+y-+0.020+oir1人叫10060發(fā)動(dòng)機(jī)罩壁表面積為Ff=1.3*0.79=1.02702、日照表面綜合溫度的計(jì)算考慮到太陽輻射的作用，通過車身壁面?zhèn)魅氲臒崃坑蓛刹糠纸M成。(1) 由于車身內(nèi)外空氣的溫差，通過車身外表面以對(duì)流換熱方式從大氣中得到的熱量：Q=FK(t-t)1HB(2) 車身外表面從太陽輻射中吸收的熱量：Q2=FK(tC-t

11、H)2CH則傳入的總熱量：Q=Q+Q=FK(t-t)12CB由于太陽輻射使車身外表面溫度升高，將太陽輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成相當(dāng)?shù)男问?，與車外溫度迭加在一起，組成太陽照射表面的綜合溫度，即tCoCKWMC-EA-JS-008式中：p車身外表面吸收系數(shù)，與表面顏色、粗糙度有關(guān)，取為p=0.9；I太陽總的輻射強(qiáng)度，l=ld+l。ld為太陽直射輻射強(qiáng)度，I為太陽散射dsds輻射強(qiáng)度。I水平=3600kJ/(m-h),I陽=974kJ/(m-h)，I陰=253kJ/(m-h)。對(duì)于車頂、車側(cè)壁面，由于太陽射入的角度不同，太陽輻射強(qiáng)度是不同的。具體如下：F+P頂1頂心嚴(yán)頂)C其中，頂=水平J側(cè)=tH+P側(cè)1側(cè)心嚴(yán)

12、側(cè))c其中，陽+I陰)/2對(duì)于地板，沒有受到太陽輻射的影響，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。簍c=t+2.5C地H經(jīng)計(jì)算得到：tc=40.5Ctc=60Ctc=41.5C地頂側(cè)3、車身壁面?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輻射兩部分，則用日照表面綜合溫度代替車外空氣溫度，它們的傳熱量分別為：Q=FK(t-t)=1214.4kJ/h=337W頂頂頂c頂BQ=FK(t-t)=1110.2kJ/h=308W側(cè)側(cè)側(cè)c側(cè)B，Q=FK(t-t)=1190.6kJ/h=331W地地地c地B7由于計(jì)算過程中有一定近似性，

13、對(duì)于頂板、側(cè)壁面、地板的傳熱可以進(jìn)行修正，則有：Q=a(Q+Q+Q)=1269WB13頂側(cè)地式中：a3修正系數(shù)，取a3=1.3。 而對(duì)于前圍，沒有受到太陽輻射的作用，只考慮溫差傳熱的影響，通過這部分傳入的熱量為：Q前=F前K前(tF1-tB)=1320.5kJ/h=337W式中：tF1發(fā)動(dòng)機(jī)室的空氣溫度，取tF1=85Co則車身壁面?zhèn)魅氲目偀崃繛椋篞b=QB1+Q前=1269+337=1606W二、通過門窗玻璃傳入的熱量考慮到太陽輻射，通過門窗玻璃傳入的熱量由兩部分組成：QG=QG1+QG2GG1G2(1)由于車內(nèi)外溫差而傳入的熱量QG1:QG1=K玻F玻(tH-tB)(2)由于太陽輻射通過玻

14、璃傳入的熱量QG2:G2U=F玻I+(F玻-F玻)Is式中：耳太陽輻射通過玻璃的透入系數(shù)，耳=0.84。p玻璃對(duì)太陽輻射熱吸收系數(shù)，p=0.08。S遮陽修正系數(shù)，取S=0.97I車窗外表面的太陽輻射強(qiáng)度，取為I=974kJ/(m-h)。Is車窗外表面的太陽散射輻射強(qiáng)度，取IS=167kJ/(m-h)。SU車窗的太陽輻射量。F玻車窗總面積。玻F=0.78+0.52+(0.2826+0.3192+0.0328)*2=2.570玻F玻陽面車窗面積。F玻=F2=1.285m2玻玻玻K玻玻璃的傳熱系數(shù)，取K玻=23kJ/(m-hC)。玻玻aH外表面放熱系數(shù)，與表面相對(duì)氣流速度有關(guān)。當(dāng)車速為v=40km/

15、h時(shí)，可取aH=146kJ/(m2hC)。aB內(nèi)表面放熱系數(shù)，在汽車空調(diào)狀態(tài)，可取aB=60kJ/(m2hC)。代入各相關(guān)參數(shù)，得到：Q=768kJ/hU=1466.2kJ/hQ=1241kJ/hG1G2Q=2009kJ/h=558WG三、新風(fēng)熱新風(fēng)熱QV的計(jì)算式：=/j三-j式中：p空氣密度，當(dāng)tH=38C時(shí)，p=1.135kg/m3V車內(nèi)新風(fēng)量：V=N*V=5*1仁55m3/hhH、hB車內(nèi)外空氣的焓值。當(dāng)t=38C，相對(duì)濕度中=62%時(shí)，hH=106kJ/kgDA；HH當(dāng)=25C，相對(duì)濕度中=60%時(shí)，hB=55.5kJ/kgDA。得到：Q=3152.46kJ/h=876W。四、乘員人體

16、散發(fā)的熱量人體散發(fā)的熱量與勞動(dòng)強(qiáng)度、周圍空氣溫度、性別、年齡、衣著等很多因素有關(guān)。一般按每人每小時(shí)發(fā)熱量418kJ計(jì)。Q=418NkJ/hP式中：N乘員人數(shù)，按照5人計(jì)算。則有：Q=2090kJ/h=581W。五、車內(nèi)零件散熱量方法一：座椅蓄熱量由于空調(diào)起動(dòng)時(shí)，車內(nèi)溫度很高，則車內(nèi)座椅等要儲(chǔ)存一部分熱量。這部分熱量也應(yīng)該列入車身熱負(fù)荷的范圍。這里取車內(nèi)初始溫度為609，經(jīng)過半小時(shí)后降到259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/(kgC)；p泡沫塑料的密度，這里取為p=41kg/m；V座椅容積。V座椅=02630；t、tB座椅的初始和終了溫度，

17、t=60C,tB=25C。t座椅放熱經(jīng)過時(shí)間，T=0.5h。則座椅放熱量為：Ql=1.72-41-0.263-(60-25)/0.5=1298.3kJ/h=361W方法二：車內(nèi)零件散熱量考慮車內(nèi)零件的散熱量，可以按照下列公式計(jì)算：QL=aBiFBi(tBi-tB)式中：aBi車內(nèi)零件熱傳導(dǎo)率；FBi車內(nèi)零件表面積；tBi車內(nèi)零件表面溫度，取為tBi=30C；tB車內(nèi)空氣溫度，tB=25C?？捎迷囼?yàn)測(cè)得的aBiFBi值，得aBiFBi=376.2kJ/(hC)。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)=1881kJ/h=523W計(jì)算車身熱負(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?？紤]到這些