車輛制冷及空調(diào) 第二章 車體隔熱壁(xin)

第二章車體隔熱壁

車體隔熱壁概述為了使客車車內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)，除了安裝制冷和加熱設(shè)備外，還必須要求車體具有一定的隔熱性能，即要求在車體的結(jié)構(gòu)上敷設(shè)一定厚度的隔熱材料。

具有一定隔熱性能的結(jié)構(gòu)稱為隔熱壁。傳統(tǒng)的車體隔熱結(jié)構(gòu)圖車體鋼結(jié)構(gòu)車體外墻板車體木結(jié)構(gòu)車體內(nèi)墻板車體隔熱材料現(xiàn)代高速鋁合金車體結(jié)構(gòu)圖高速車體結(jié)構(gòu)示意車體隔熱結(jié)構(gòu)圖（內(nèi)墻板未裝時(shí)）隔熱材料第一節(jié)

車體隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算

一、車體隔熱壁的傳熱過程圖示：

車內(nèi)車外隔熱材料熱流方向

熱量從隔熱壁一側(cè)的空氣中傳至另一側(cè)的空氣中，其傳熱過程可以分為：1）表面吸熱——熱量從一側(cè)的空氣中傳至隔熱壁的一側(cè)表面；2）結(jié)構(gòu)透熱——熱量從隔熱壁的一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)表面；3）表面放熱——熱量從隔熱壁另一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)的空氣中。這個(gè)傳熱過程包括了以熱傳導(dǎo)為主要形式的隔熱壁內(nèi)部的傳熱和以對流及輻射為主要形式的隔熱壁邊界的傳熱。二、車體隔熱壁傳熱性能的分析方法方法一在隔熱壁熱工性能的設(shè)計(jì)計(jì)算中，一般應(yīng)用的是穩(wěn)定傳熱原理。

穩(wěn)定傳熱：就是指隔熱壁中的溫度分布和熱流大小始終保持固定的數(shù)值而不隨時(shí)間變化。這個(gè)條件，只有在隔熱壁兩側(cè)所受到的熱作用為一常數(shù)，且不隨時(shí)間而變動(dòng)時(shí)，才能得到保證。隔熱壁的傳熱系數(shù)（k值）

利用穩(wěn)定傳熱的方法，通過分析隔熱壁內(nèi)部傳熱和邊界傳熱的特點(diǎn)，并進(jìn)行傳熱計(jì)算，便可得到反映隔熱壁的傳熱性能的參數(shù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，通常稱為車體隔熱壁的（k值）

。

隔熱壁的傳熱系數(shù)定義是指車內(nèi)外空氣溫度相差1℃時(shí)，在一小時(shí)內(nèi)，通過一平方米熱壁表面積所傳遞的熱量。它可以表示出車體隔熱壁允許熱量通過的能力，愈大，在同樣的傳熱面積與車內(nèi)外溫差的情況下，通過的熱量就愈大，隔熱性能就愈差。與傳熱系數(shù)（K）有關(guān)的因素①隔熱壁內(nèi)部的傳熱方面主要是車體隔熱壁的結(jié)構(gòu)形式、厚度、隔熱材料的性能等。②隔熱壁邊界的傳熱方面

隔熱壁邊界空氣的流速、車體表面溫度、光滑程度及表面黑度等。傳熱系數(shù)（K）是綜合了車體隔熱壁多種傳熱因素的指標(biāo)。能夠比較真實(shí)地反映隔熱壁的傳熱狀況。隔熱壁的傳熱量的計(jì)算根據(jù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，可以根據(jù)下面的公式計(jì)算出通過隔熱壁的熱量Q?；蚴街蠶——每小時(shí)通過隔熱壁的熱量；

tH——隔熱壁一側(cè)的空氣溫度；在夏季為車外空氣的溫度；

tB——隔熱壁另一側(cè)的空氣溫度，在夏季為車內(nèi)空氣的溫度；F——隔熱壁的傳熱面積；

K——隔熱壁的傳熱系數(shù)，

R——隔熱壁的傳熱熱阻。方法二：

按不穩(wěn)定傳熱計(jì)算隔熱壁，比按穩(wěn)定傳熱計(jì)算隔熱壁更符合實(shí)際，而且按此選用的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性更好，因?yàn)樗紤]了隔熱結(jié)構(gòu)對波動(dòng)熱作用的抵抗能力，但計(jì)算比較復(fù)雜。

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，往往使用穩(wěn)定傳熱的方法對隔熱壁進(jìn)行分析和研究。

第二節(jié)車體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法一、常見的車體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法目前使用的車體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法為穩(wěn)定內(nèi)熱法。車內(nèi)加熱器功率N保溫試驗(yàn)車庫試驗(yàn)車輛穩(wěn)定外溫模擬穩(wěn)定車內(nèi)溫度模擬傳熱量Q二、我國空調(diào)客車的平均傳熱系數(shù)我國各種客車的K值一般是：

1．16～1．74W／(m2·K)?？照{(diào)客車的標(biāo)準(zhǔn)高一些，空調(diào)客車車體傳熱系數(shù)為0．921W／(m2·K)。雙層客車車體的平均傳熱系數(shù)K值與普通客車相比要高些，為1．4W／(m2·K)。三、地鐵客車車體的傳熱系數(shù)

由于地鐵客車門窗較多，隔熱壁較薄同時(shí)結(jié)構(gòu)特殊。日本對運(yùn)行在隧道內(nèi)的近郊車和通勤車曾經(jīng)做過詳細(xì)的K值實(shí)驗(yàn)和研究。日本各種車體的傳熱系數(shù)K值如下：

近郊車中的普通鋼車3．14W／(m2·K)

不銹鋼車2．91W／(m2·K)通勤車中的普通鋼車3．02W／(m2·K)鋁車3．13W／(m2·K)不銹鋼車3．25W／(m2·K)第三節(jié)太陽輻射熱的計(jì)算

車輛運(yùn)行時(shí)經(jīng)常受到周期性變化的太陽輻射熱的作用，夏季太陽輻射對車輛的熱作用是影響車輛熱負(fù)荷的重要因素。

對于冷藏車，由于太陽輻射的熱作用而消耗的冷量占制冷裝置制冷量的l0％，而對于有大面積玻璃窗的空調(diào)客車，因太陽輻射而消耗的冷量更大了。

因此，研究太陽輻射對具有制冷設(shè)備的車輛的熱作用有著重要的意義。一、太陽輻射強(qiáng)度及其計(jì)算

太陽輻射能是太陽以電磁波的形式投射到地球表面上的能量，它由太陽光直接投射的直接輻射和通過大氣、云霧、灰塵等物質(zhì)由不同方向散射而達(dá)到地面的散射輻射兩部分組成。太陽輻射強(qiáng)度J

太陽輻射能的大小通常用太陽輻射強(qiáng)度J來量度，它表示單位面積的黑體表面置于太陽光下每小時(shí)吸收的熱量。

主要取決于被照射地點(diǎn)與太陽光線的夾角，即太陽高度角。1、太陽輻射強(qiáng)度(直射）JZ計(jì)算公式

1361—太陽常數(shù)(W/m2)；h—太陽高度角(0)P—大氣透明系數(shù)，在0.7一0.8范因內(nèi)變化。太陽高度角計(jì)算公式其中φ—當(dāng)?shù)鼐暥?0)；δ—太陽赤緯(0)，不同日期的太陽赤緯見表γ—從正午算起的時(shí)角（0）。由于地球繞地軸自轉(zhuǎn)150相當(dāng)于1h，γ=15τ，其中是從正午算起的當(dāng)?shù)貢r(shí)間τ。①車頂太陽直射輻射強(qiáng)度計(jì)算車輛的車頂是水平的太陽照射面，因此其表面的太陽直射輻射強(qiáng)度為：②側(cè)墻太陽直射輻射強(qiáng)度計(jì)算

車輛的側(cè)墻是垂直的太陽照射面，其太陽直射輻射強(qiáng)度：

x—墻面方位角，即墻面法線順時(shí)針方向偏離南向的角度。a—太陽方位角，可按下式來確定2、太陽輻射強(qiáng)度(散射)JS計(jì)算公式包括：水平表面的太陽散射強(qiáng)度側(cè)墻表面的太陽散射強(qiáng)度

①水平表面的太陽散射強(qiáng)度水平表面的太陽散射強(qiáng)度計(jì)算公式：②側(cè)墻表面的太陽散射強(qiáng)度側(cè)墻的散射輻射強(qiáng)度可近似地?。?、太陽輻射強(qiáng)度(地面反射)JR計(jì)算公式式中ρG

地面對太陽輻射的反射比，可取0.25。二、太陽輻射強(qiáng)度對車輛的作用包括：①車頂部分②側(cè)墻部分③地板部分①車頂表面的太陽輻射強(qiáng)度

水平直射水平散射②車輛側(cè)墻的太陽輻射強(qiáng)度

垂直直射垂直散射垂直反射③車輛地板的太陽輻射強(qiáng)度地面反射三、車輛吸收的太陽輻射熱量

當(dāng)太陽輻射能以電磁波的形式傳到隔熱壁外表面時(shí)，由于隔熱結(jié)構(gòu)不透明(車窗除外)，因此一部分被反射，另一部分被吸收。隔熱壁外表面吸收了一定的太陽輻射能后，會使自身的壁面溫度提高，因而引起車內(nèi)外溫差增大(夏季)，并使傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷增加。由于太陽輻射對車輛的熱作用，在隔熱壁外表面與外氣間的傳熱量可以分為兩部分：1、夏季隔熱壁外表面以對流換熱的形式

與外界空氣交換的熱量：車外溫度車外壁溫度對流換熱系數(shù)2、外表面從太陽輻射中所吸收的熱量

J—外表面的總輻射強(qiáng)度；

ρ—外表面的吸收系數(shù)，可以查表2-2。

F—車體外表面的面積隔熱壁外表面所得到的總熱量

太陽輻射的當(dāng)量溫度綜合外氣溫度

傳入車內(nèi)的熱量計(jì)算公式太陽輻射引起的當(dāng)量溫度與車內(nèi)溫差造成傳熱四、通過