汽車?yán)湄?fù)荷計(jì)算方法

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24C27C，般大中型客車定為27C28C，可看到微型車車內(nèi)溫差都比它干n融工時(shí)強(qiáng)摩(W/niT)干內(nèi)枕計(jì) 曲度七窖凋吐能理L JXEMk/mjn.十度(%)mVh)352750 601420噸無(wú)38IIMM)24-276020-30.農(nóng)1曲牟咤口敲們要高，這其實(shí)是綜合了多種因 素并經(jīng)過(guò)很多次試驗(yàn)得出的較經(jīng) 濟(jì)合理的車內(nèi)平均溫度。因?yàn)閷?duì) 微型車來(lái)說(shuō)，如果計(jì)算溫度定得 過(guò)高了，乘員就會(huì)明顯感覺(jué)制冷 不足；而如果定

2、得過(guò)低，勢(shì)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(wú)法實(shí) 現(xiàn)。2計(jì)算方法微型車車內(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。計(jì)算公式2.2.1計(jì)算方法BB1汽車與外界熱交換示電腑考慮到汽車空調(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(lái)計(jì)算制冷量的計(jì) 算公式為：Q=kQT=k(QB + Q g + Q f+Q + Q a +Qe + Q s) )(1)式中：Q0汽車空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量，單位為 W ;IC-QQQQQQQQ修正

3、系數(shù)，可取k=，這里取k= -總得熱量,單位為W ;-通過(guò)車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量，單位為W ; 通過(guò)各玻璃表面以對(duì)流方式傳入的熱量，單位為W ; 通過(guò)各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量，單位為W ; 乘員散發(fā)的熱量，單位為W ;由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量，單位為W ; 發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量，單位為W ;-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(guò)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(jiàn)表3:(1)整車乘員7人，各部分參數(shù)見(jiàn)下表：(2)查文獻(xiàn)2，取水平面和垂直面的太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度分別為Js,z

4、=843W/mf2Jc,z=138 W/m ;水平面和垂直面的天空 射輻射強(qiáng)度分別為Jp,s=46W/mf和 Jc,s=23W/mf;環(huán)境溫度tw =35C，相對(duì)濕度75% ;車 設(shè)計(jì)溫度tn=27 C，相對(duì)濕度50% ; 假設(shè)汽車向正南方以v =40km/h的速度 駛；車內(nèi)空氣平均流速w 3m/s;(6)車內(nèi)容積V 1 "XX = m ,玻璃窗總面S=o夷3戡計(jì)玉件柯1況村料2眠N H氈嗎0.78店窗紹k036MOT 負(fù)*0.95車恥網(wǎng)<£有) Sn321-JXF甘禺SqL22鋼腋+內(nèi)悅地貶Kg413和 散內(nèi)行積按公式的常規(guī)計(jì)算Q:3.1.1計(jì)算通過(guò)車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入

5、的熱量QB=Q頂 + Q側(cè) + Q地Q頂=Kk S頂(t Z頂-t n)C側(cè)= K® S®0 ( t Z側(cè)-t n)Qfi = K& S地 ( t Z地-t n)式中：K頂、K側(cè)、Kfe分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱系數(shù)，單位為W(/卅 K)；S頁(yè)、S(ra、S地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱面積，單位為川；tz頂、tz側(cè)、tz地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的室外綜合空氣溫度，單位為°C;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)：故KkK»11i 1awi an15120.229awian1i11I 0.1551

6、.210.075awian=W (/y = W( / 卅.K)291= W"K)51.2293.1.1.2求車外綜合空氣溫度tZ:式中：tw車外環(huán)境溫度，取35C；P車體外表面吸收系數(shù)，與箱體顏色及新舊程度有關(guān)，這里取I 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，為太陽(yáng)直射輻射和天空散射輻射之和； aw 車身外表面與車外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)， W（/卅.K）&車身外表面的長(zhǎng)波輻射系數(shù)； R車身外表面向外界發(fā)射的長(zhǎng)波輻射和由天空及周圍物體向車身表面的長(zhǎng)波輻射之差；夏季時(shí)，水平面& R / a w=C4°C,這里取°C .垂直面 R =0； 水平面上，I s= J s,z+ J p

7、 ,s =843+46=889W /吊； 垂直面上，IC= Jc,z+ Jc,s=138+23=161W/m 2;故tz頂=twR=350.92 8893.8 = 47 Cawaw51.2IR0.92 161t Z 側(cè)=tw3538 Cawaw51.2t z 底=w+2=35+2=37C3.1.1.3 結(jié)果Q頂=Kh S頂（ t z頂-t n） = XX（ 47-27 ） =304WQy=Krn S« （ t zw-t n） =XX 2X （38-27）=345WQ地=K& S地 （ t z地-t n） = XX （37-27）=Q=C頂 + Q側(cè) + Q 地=304+345

8、+=3.1.2計(jì)算通過(guò)各玻璃表面以對(duì)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= W（/川.K）,厚度S =5mm玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收系數(shù)p g=， 車內(nèi)空氣平均流速Va= /s ;玻璃內(nèi)表面換熱系數(shù)為：前窗：an=X + ）= W （/ 卅.K）側(cè)窗：an=X + ）= W （/ 卅.K）后窗：a n =x + ）= W （/ 卅 K）V =40km /h= /s 運(yùn)行時(shí),玻璃外表面換熱系數(shù)為：前窗：aw =11.1 0.8 =26 W （/ 卅.K）側(cè)窗：aw =11.1 0.8 =49 W （/ 卅.K）后窗：aw=11.10.8 =32 W （/ 卅.K

9、）故各處玻璃的K值分別為：前窗：Kg前=11=10W( / 卅.K)1i110.0051awGan260.75419.7側(cè)窗：Kgw=11i1110.0051:W(/ 卅.K)awGan490.75420.9后窗：Kg后=11=11 3W (/曠K)1i110.005111 O V Vy /awGan320.75417.9各處玻璃表面的綜合溫度分別為前窗：t G2= twG|350.08(13823)=35.5 Caw26側(cè)窗：t gZ= twg|350.08(13823)=35.5 Caw49后窗：t gZ= twG|350.08(13823)=35.4 Caw32從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于玻

10、璃對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率很小，故太陽(yáng)輻射對(duì)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：QG前=K Sg,q ( t Gz-t n) =10XX (35.5-27)=QG)w=Kw 2Sg,c ( t Gz-t n) = X 2 X X =Q后=Kt Sg,h ( t GZ-t n) =XX =53WQG= Qg前+QG側(cè)+QG后=+53 331W3.1.3通過(guò)各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量 Q;設(shè)汽車向正南方向行使時(shí)前窗和右側(cè)窗為朝陽(yáng)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

11、F左+Q后(=n + p G aJa w) J C式中：n太陽(yáng)輻射通過(guò)玻璃的透入系數(shù)，一般取n =;C遮陽(yáng)修正系數(shù)，取C=;J車窗的太陽(yáng)輻射量，單位為 W ;對(duì)右側(cè)窗，J=I Sg ,c =688X =前風(fēng)窗，J=l Sg ,q =550X =429W左側(cè)窗，j=i Sg,c=182X =173W后 窗，J=l Sg ,h=182X =102W故qf右=+X 49) XX =537WQF前=+X 26) X 429 X =363WQF左=+X 49) X 173X =142WQF后=+X 32) X 102X =85W最后，QF=537+363+142+85=1127W3.1.4乘員散發(fā)的熱量

12、Q;QP= 116 N- n式中：QP車內(nèi)人體散熱量，單位為 W ;N車內(nèi)乘員數(shù)，這里按7人；n群集系數(shù)，??；116為成年男子散熱量，單位為 W ;則Q=116X 7X =723W3.1.5密封性泄漏進(jìn)入車內(nèi)的熱量Q A;無(wú)新風(fēng)導(dǎo)入，但微型車的密封性一般都不由于五菱之光開(kāi)空調(diào)時(shí)都處于內(nèi)循環(huán)位置,是太好，取Q A=300W。3.1.6發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量Q ;QE=Ke Sf (t e - tn)aei an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2/3左右，故ae=x(4+12 X .11.1 0.67 )= (/卅.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

13、5mm厚的隔熱墊，其傳熱系數(shù)為 W(/ m2- K)， 故藝S i/入i=+=1可得到Ke= W( /K)110.118 42.729夏季時(shí)一般發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)溫度要達(dá)到70E ,故取te =70 C最后 QE = XX (70-27)=319W3.1.7車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Qs ;車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Qs 100W 由以上計(jì)算可得整車制冷量Q= k Qi=k(QE+Q+Q+Q+Q+Q+Q) =X +1127+723+300+319+100)=目前對(duì)汽車空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算還沒(méi)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(duì)流換熱系數(shù)、太陽(yáng)直射、散射強(qiáng)度等數(shù)據(jù)取為經(jīng)驗(yàn)值，作為穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程處理。

14、這種方法在一定程度上簡(jiǎn)化了汽車空調(diào)負(fù)荷計(jì)算過(guò)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?？照{(diào)過(guò)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(duì)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，汽車車體傳熱形成的冷負(fù)荷是空調(diào)負(fù)荷的主要部分，

15、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(lái)研究該負(fù)荷，以符合車外空氣溫度、太陽(yáng)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(guò)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(jiàn)，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)荷一直在提供)冷負(fù)荷：汽車為了克服外界熱量而需要平衡

16、的冷量及空調(diào)制冷量。1946年美國(guó)提岀的當(dāng)量溫差法和 50年代初前蘇聯(lián)學(xué)者提岀的諧波分解法在計(jì)算通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷時(shí)， 其共同的缺點(diǎn)是對(duì)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(lái)?？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(duì)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(guò)于復(fù)雜。1971年用Z傳遞函數(shù)改進(jìn)了反應(yīng)系數(shù)法，并提岀了適合

17、手算的冷負(fù)荷系數(shù)法。冷負(fù)荷系數(shù)法是建立在Z傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的一種簡(jiǎn)化手算方法。對(duì)于車體、車頂和車窗的傳導(dǎo)得熱引起的冷負(fù)荷，通過(guò)冷負(fù)荷溫差CLTD 使計(jì)算簡(jiǎn)化；對(duì)于車窗日射得熱和照明、人體及設(shè)備得熱引起的冷負(fù)荷通過(guò)冷負(fù)荷系數(shù)CLF; 使計(jì)算簡(jiǎn)化，因此它特別適合于手算。但是它的冷負(fù)荷溫差和冷負(fù)荷系數(shù)以及其他許多參數(shù)都是通過(guò)查取經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定的，而對(duì)于動(dòng)態(tài)計(jì)算汽車 空調(diào)負(fù)荷來(lái)說(shuō)， 顯然它不是一種最好的方法。我國(guó)在 70到 80年代發(fā)展了一種新的計(jì)算方法：諧波反應(yīng)法。諧波反應(yīng)法以諧波法為基礎(chǔ)，從根本上分清了得熱和冷負(fù)荷兩個(gè)不同的概念。它將車外空氣綜合溫度視 為一周期性外擾，考慮了溫 度的衰減和相位的延遲，

18、將溫度和傳熱的動(dòng)態(tài)變化完全體現(xiàn)岀來(lái)，是一種較好的動(dòng)態(tài)計(jì)算方法。所以我 們選定諧波反應(yīng)法計(jì)算汽車空調(diào)夏季冷負(fù)荷。1.諧波反應(yīng)法簡(jiǎn)介諧波反應(yīng)法是一種非穩(wěn)定傳熱計(jì)算方法，其思路是： 1 ）將車外空氣溫度波的平均值通過(guò)穩(wěn)定傳熱公式與車體內(nèi)壁溫度的平均值聯(lián)系起來(lái)，這種平均的穩(wěn)定狀態(tài)符合穩(wěn)定傳熱規(guī)律的條件；然后通過(guò)溫度諧 波分析可知車外溫度波經(jīng)車體壁時(shí)幅值衰減、相位延遲，由此得到車體壁內(nèi)表面的溫度波特性。車體壁 內(nèi)表面與車廂內(nèi)的空氣和設(shè)施之間的換熱就是通過(guò)車體壁進(jìn)入車廂內(nèi)的得熱量，其中的對(duì)流成分直接構(gòu) 成冷負(fù)荷，輻射部分經(jīng)車廂內(nèi)表面或設(shè)施吸收后，再以對(duì)流形式放岀的熱量也構(gòu)成冷負(fù)荷。2）通過(guò)車窗進(jìn)入車廂的得熱量有瞬變傳熱得熱和日射得熱兩部分，前者同車體壁傳熱得熱一樣形成相應(yīng)的冷負(fù)荷， 后者經(jīng)蓄熱過(guò)程后，再以對(duì)流形式釋放岀來(lái)，形成冷負(fù)荷awi an式中：aw車身外表面與車外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，W(/卅.K)；an車內(nèi)表面與車內(nèi)空氣的對(duì)