司機室空調(diào)負(fù)荷計算

1、機車司機室空調(diào)負(fù)荷計算書1、設(shè)計條件（露天）：海拔高度900-1500m；緯度：南緯2254外部溫度：最高45C（干球）；夏季司機室內(nèi)部溫度：29C（干球），濕球溫度23C（相對濕度50%）；冬季司機室內(nèi)部溫度：20C（干球）；列車外于靜止?fàn)顟B(tài)；太陽輻射輻射強度800W/m接通照明。根據(jù)設(shè)計要求，需要一臺機車空調(diào)機為司機室提供冷量，設(shè)計要求為在室外最高溫度 45 C的工況下，司機室室內(nèi)部溫度可維持不超過29C。在冬季，輔助司機室內(nèi)的加熱器，為司機室提供熱量。在司機室內(nèi)加熱器提供的熱量 不能滿足司機需求的情況下，開啟空調(diào)制熱，為司機室提供熱量。2、夏季總熱負(fù)荷計算空調(diào)區(qū)域的舒適度取決于其熱工狀況

2、，熱工狀況的改善程度取決于司機室內(nèi)的熱流量， 也取決于空調(diào)機的制冷能力。如果空調(diào)機功率過大，不僅造成浪費，并且空調(diào)機的參數(shù)（如 功率、外形尺寸、重量等）都將過大，如功率過小又達不到預(yù)期的效果?？照{(diào)區(qū)域的熱負(fù)荷主要來自以下熱源：通過車壁傳入的熱量；通過玻璃窗傳入的熱量；新風(fēng)帶入熱量；人體發(fā)熱量；打開門窗時進入的熱量；室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量。2.1通過墻壁進入空調(diào)區(qū)域的熱量。1通過墻壁傳入司機室的熱量可分為兩部分：一是由于室內(nèi)外空氣溫差引起的熱量；二 是太陽輻射車壁使車壁溫度升高而引起的熱量。2.1.1室內(nèi)外空氣溫差引起的熱量Qi計算由于溫差引起的傳熱是由司機室的上、下、前、后、左、右六壁進入的，計算公式

3、 如下：Q11 = K1*A1*(t1-t2)式中K1 -傳熱系數(shù)，W/(km),取非透明墻壁的平均傳熱系數(shù)為1.16 W/(km)；A1 -司機室墻壁計算面積(玻璃窗除外)，皿。通過在QSJ40-71-20-000司機室 裝配圖紙中的量算，司機室前、后、左、右、上、下六壁的面積約為27.9皿(不包括窗 戶面積和電氣室相連的后間壁面積);t1-t2：通過墻壁的溫度梯度，C；t1：室外的最高綜合溫度，夏季司機室外綜合溫度設(shè)計要求為45C。t2：室內(nèi)空凋設(shè)定溫度，要求為29C。則 Q11a=1.16*27.9*(45-29) =517 (W)電氣室傳入的熱量是通過后間壁傳入司機司機室的，一般來說，

4、電器室溫度比室外 高5-10C，取較高值10C，該部分面積為4.78皿。則 Q11b=1.16*4.78*(55-29) =144 (W)合計：Q11=517+144=661 (W)2.1.2太陽輻射引起的熱量Q12的計算太陽輻射引起的熱量是由司機室的上、下、前、左、右、后及電器室前墻壁進入的， 計算公式如下：Q12=K2*A2* j * /a式中K2為非透明墻壁的平均傳熱系數(shù)，取1.16 W/(k/)；A2 ：司機室上、下、前、后、左、右計算面積(玻璃窗除外)，27.9皿。j：太陽輻射強度，取800w/ ：陽光吸收系數(shù)，取0.9a ：車體外表面換熱系數(shù)，16 W/m，Q12=1.16*27.

5、9*800*0.9/16=1456 W2.1.3通過墻壁傳入空調(diào)區(qū)域的熱量為：Q1=Q11+Q12=661+1456=2117W2.2通過玻璃窗傳入的熱量Q2通過玻璃窗傳入司機室的熱量同樣分為兩部分.一是由于室內(nèi)外空氣溫差引起的熱 量；二是太陽輻射玻璃窗引起的熱量。2.2.1室內(nèi)外空氣溫差引起的熱量Q21計算由于室內(nèi)外溫差引起的傳熱是通過司機室的前、左、右、后玻璃窗傳入的。計算公式如下：Q = Kc* Fc * (t -1 )式中Kc :窗戶傳熱系數(shù).5.94W /(k .皿)；Fc:窗戶面積，5.3皿；tw :夏季室外設(shè)計溫度；12:夏季室內(nèi)設(shè)計溫度；Q21= 5.94*5.3*(45-29

6、)=500(W)2.2.2太陽輻射引起的熱量Q22的計算太陽輻射熱量是通過前、左、右、后窗戶進入司機室內(nèi)的，一般前后窗為雙層玻璃、左、 右窗戶為單層玻璃，前后窗面積為2.7皿，左右窗戶總面積為2.6皿。計算公式為:式中D：玻璃透光系數(shù);b :遮光系數(shù);Fc :窗戶面積;j :透過玻璃的太陽光輻射強度800W/； cQ22 = D*b *Fc*j = 0.67*1*2.7*800+0.8*0.5*2.6*800=2487(W)2.2.3通過玻璃窗傳入司機室的熱量Q2Q2 = Q21+ Q22 = 500+2487=2987(W)2.3換氣熱Q3換氣熱只要是指打開門窗時由外界進入司機室內(nèi)的熱量，以

7、及門窗結(jié)合處縫隙里向司 機室內(nèi)滲透的空氣帶入的熱量。一般來說，在司機室門窗關(guān)閉完好的情況下，雨水不會進 入司機室，進入司機室的室外空氣也極少。在夏季氣溫最高的時候，為保持較好的制冷效 果，司機一般也不會打開門窗。因此計算時暫不計算外界進入的空氣帶來的換氣熱。2.4操作熱（Q,因室內(nèi)操作人員、各種發(fā)熱設(shè)備工作等其他因素產(chǎn)生的熱量稱為操作熱。主要包括照 明熱、動力熱、人體熱等.在機車中，各種有電設(shè)備在運行過程中會散發(fā)出熱量，但由于 這部分電器設(shè)備絕大部分屬于控制回路，電流小，電壓低，其散熱量相對其它熱量小得很 多，計算時可忽略。另外，司機室最太冷負(fù)荷出現(xiàn)在白天，所以由照明設(shè)備引起的熱量也 可忽略，

8、因此操作熱主要指人體熱，人體熱的計算公式如下：Q4 = nq式中：n 司機室最大工作人員數(shù)，計算時按2人計算；q司機室每個人員所產(chǎn)生的顯熱.司乘人員的工作性質(zhì)為低強度工作，在溫度為26C 時.每人的散發(fā)熱為108W，則Q4=2*108 = 216（W）2.5夏季熱負(fù)荷匯總：通過以上計算，得出夏季熱負(fù)荷匯總?cè)缦拢汉嫌嫞篞 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 2117+2987+0+216=5318（W）本機車司機室空調(diào)機組制冷量的選擇必須指出，以上的分析計算，是基于有關(guān)車體的熱工特性、當(dāng)?shù)毓庹諒姸鹊葦?shù)據(jù)進行 的，其中司機室各墻壁面積均為根據(jù)所給司機室總圖的直接量算的，所以最終精確的空調(diào)

9、機制冷負(fù)荷值必須在提供詳細的結(jié)構(gòu)圖紙基礎(chǔ)上進行計算方可確定。以上計算是按機車空調(diào)冷負(fù)荷可能出現(xiàn)的最大值計算的，根據(jù)機車運行工況的特點， 空調(diào)的制冷量取值宜偏大。由以上計算可知，在室外環(huán)境溫度為45C（相對濕度70%）的 情況下，維持室內(nèi)溫度為29C（相對濕度50%），空調(diào)機理論上所需要的制冷量如下：理論所需制冷量：Q冷=5318W；以上計算是基于環(huán)境溫度在45C時，司機室內(nèi)所需要的冷量，空調(diào)機組的額定制冷量 是環(huán)境溫度35 C的情況下的制冷量，一般來說，保持室內(nèi)溫度不變，空調(diào)的制冷量隨著室 外氣溫的升高而降低，在45 C環(huán)境下空調(diào)的制冷量約為35 C環(huán)境下的80%。則名義制冷量應(yīng)為：Q=531

10、8/00.8=6647W。最終確定司機室空調(diào)機制冷量為7kW。4、冬季冷負(fù)荷計算：冬季冷負(fù)荷指的是空調(diào)區(qū)域通過各總結(jié)構(gòu)（包括墻壁，玻璃窗，車頂，門等）向外傳出 的，損失的熱量，理論上來講也就是為了維持室內(nèi)需要達到的設(shè)計溫度，所需要的加熱量。司機室的所需的加熱量由以下幾個部分組成：1、司機室車壁的失熱量；2、司機室玻璃窗的失熱量；3、打開門窗及換氣的失熱量；1司機室墻壁的失熱量Q1通過司機室墻壁的失熱量主要是由于室內(nèi)外空氣溫差引起的失熱量，即采用極端情況下 的近似計算，可認(rèn)為兩部分熱量是由司機室的上、下、前、后、左、右六壁及隔墻進行熱交換 的，并且假設(shè)前六個面的墻壁溫度梯度是一樣的，計算公式如下

11、：Q1= KA（tt）式中K傳熱系數(shù)，W/（k廿），按非透明墻壁的平均傳熱系數(shù)為2W/（ k廿）；A 司機室墻壁計算面積（玻璃窗除外），廿。估算司機室窗戶面積為5.3廿，上、下、前、后、左、右六壁的面積通過計算為7.9m不包括窗戶面積），隔墻面積約為4m隔墻上的玻璃面積約為0.18mtt2： 通過墻壁的溫度梯度，C；t為室外的冬季設(shè)計溫度，司機室外冬季設(shè)計溫度為-15C，司機室上、下、前、后、左、 1右六壁的內(nèi)外溫差為35C，司機室隔墻外是電氣室，由于電氣室內(nèi)部均為發(fā)熱的電氣元件，一 般估算電氣室溫度比外界高5-10C，取電氣室內(nèi)溫度為-10C，則司機室通過隔墻內(nèi)外溫差為 30 C；t2 為室

12、內(nèi)設(shè)計溫度，按要求取20C。則 Q =2 X 27.9 X 35+2*4 X30=2193(W) 14. 2司機室玻璃窗的失熱量。2在司機室內(nèi)，玻璃窗面積為5.3廿，玻璃窗內(nèi)外溫差為35 C，則計算公式如下:Q2=K2F(tw-t2)式中K2玻璃窗傳熱系數(shù).W/( k廿)；F玻璃窗面積，廿；tW冬季室外設(shè)計溫度；t2冬季室內(nèi)設(shè)計溫度；司機室窗戶均為橡膠框結(jié)構(gòu)，前窗為厚度2 X 5mm雙層玻璃，側(cè)窗玻璃厚度為5mm,前窗玻 璃面積F = 2.2，側(cè)窗和后面門上窗戶面積為F =3.1廿，對于前窗其傳熱系數(shù)K】 = 3.Ol W/(C)，側(cè)窗傳熱系數(shù)為K2=5.94W/(Cm2).后隔墻上的玻璃面積

13、約為0.18廿，和 電氣室的溫差為20C。Q二 KF (t - t)+ KF (t - t )= 3.01 X2.2X35+5.94X3.1 X35+5.94*0.18*25=902(W)21 1 W22 2 W24. 3換氣失熱量Q3換氣失熱主要是指打開門窗時司機室向外損失的熱量，以及門窗結(jié)合處縫隙里司機室內(nèi) 向外滲透的空氣帶走的熱量。根據(jù)機車運行中的實際情況.進入司機室的新鮮空氣可以認(rèn)為包括了以下幾部分：(1)門 窗滲入的風(fēng)量：(2)司機巡視車內(nèi)時開閉走廊門進入的空氣；(3)司機打開入口門或側(cè)窗時進入 的空氣.由于司機室內(nèi)部和外部氣溫溫差很大，外部-15C，內(nèi)部20 C，溫差為35 C，室

14、外的冷空 氣進入車內(nèi)會帶來大量的冷量，為保持室內(nèi)溫度20 C，需消耗掉相應(yīng)的熱量。根據(jù)機車的使用情況不同，以及門窗的密封情況不同，進入司機室的冷空氣的量也會不同。 一般在乘務(wù)人員不感覺氣悶的情況下，進入司機室的新鮮空氣的量至少會有30m3 /h。或則更多， 按30m3 /ho冷空氣被加熱到司機室內(nèi)的空氣狀態(tài)，所需要的熱量稱為換氣失熱量，其計算公式為Q3=V *p *(hw -hn)。式中V：換氣量，m3/s；hW-hn :室內(nèi)、室外空氣焓差，J/kg。經(jīng)過查詢濕空氣焓濕圖，得出室內(nèi)、室外空氣焓值如下：司機室內(nèi)空氣參數(shù)：tdb = 20C, twb = 50C，相對濕度50%，則對應(yīng)hn =38.6kJ/kg) 司機室外空氣參數(shù)：tdb = -15C，twb = 50C，相對濕度70%，則對應(yīng)hw =-13.9(kJ / kg) 司機室新風(fēng)熱Q3的計算：Q3=30/3600*1.34*(38.6+13.9)*1000=586(W)4.4冬季失熱量匯總通過以上計算，得出冬季失熱量匯總?cè)缦拢汉嫌嫞篞 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 2193+902+586=3681(W)5、司機室制熱量的選擇必須指出，以上的分析計算，是基于有關(guān)車體的熱工特性、當(dāng)?shù)貧夂虻葦?shù)據(jù)進行的，其 中司機室各墻壁面積均為根據(jù)所給的尺寸直接計算