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，一般大中型客車定為27C28C,可看到微型車車內(nèi)溫差都比它車邱.干n部急一時(shí)強(qiáng)度年內(nèi)役計(jì)溫度彳；守汨比幫機(jī)相財(cái)濕度(%)新風(fēng)RmVh)35S432750601心"盤轎牢38IIMM)24-276020-30表1撤空調(diào)tit?準(zhǔn)度們要高，這其實(shí)是綜合了多種因素并經(jīng)過很多次試驗(yàn)得出的較經(jīng)濟(jì)合理的車內(nèi)平均溫度。因?yàn)閷?duì)微型車來說，如果計(jì)算溫度定得過高了，乘員就會(huì)明顯感覺制冷不足；而如果定得過低，勢(shì)必

2、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，否則乂很可能無法實(shí)現(xiàn)。2計(jì)算方法%BB1汽車與外畀熱交授示意圖微型車車內(nèi)與外界熱交換示意圖為便丁分析，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)方法來計(jì)算制冷量的計(jì)算公式為：Q=kQ=k(QB+Qg+Qf+Q+Qa+Qe+Qs)(1)式中：Q汽車空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量，單位為W;修正系數(shù)，可取k=,這里取k=-總得熱量，單位為W；-通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量，單位為W；一通

3、過各玻璃表面以對(duì)流方式傳入的熱量，單位為W;一通過各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量，單位為W;一乘員散發(fā)的熱量，單位為W;一由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量，單位為W;一發(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)條件和工況見表3:(1)整車乘員7人，各部分參數(shù)見下表：(2)查文獻(xiàn)2,取水平面和垂直面的太表3整計(jì)毛件和1況而松i-凸0.78后由056倒化琪建例田0.95化玻軍瞭39(F左(石S.321-JXF他后由FL22鄰版+內(nèi)性她性壬型

4、13陽(yáng)彌培+供屈+網(wǎng)位內(nèi)行積陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度分別為Js,z=843W/nfJc,z=138W/m2;水平面和垂直面的天空射輻射強(qiáng)度分另U為Jp,s=46W/nf和Jc,s=23W/nf;環(huán)境溫度tw=35C，相對(duì)濕度75%;車設(shè)計(jì)溫度tn=27C,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v3m/s;(6)車內(nèi)容積V1xx=m3,玻璃窗總面S=o按公式的常規(guī)計(jì)算3.1.1計(jì)算通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量Q:Q=Qi+Q側(cè)+Q地Q=險(xiǎn)-S頂(tz頂-tn)Q,=0S«(tZ側(cè)-tn)Ch=施-Stt(tZ地-tn)K頁(yè)、0、施分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的

5、傳熱系數(shù)，單位為3(/m2S頁(yè)、Sw、S»分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱面積，單位為itf；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)：Kawian式中：aw車身外表面與車外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，W(/肘.K)；an車內(nèi)表面與車內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，一般車內(nèi)的對(duì)流換熱系數(shù)都比較小在車內(nèi)空氣流速低丁3m/s時(shí),an=29W(/肘.q；Z5i/入i構(gòu)成車身壁厚各層的導(dǎo)熱熱阻之和(ai為車體隔熱層的厚度，入i為車體隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù))其中：aw=(4+12v)V為汽車行駛速度，單位為m/s

6、,這里V=40km/h=/s,故aw=(4+12TV)=W(/K)設(shè)車頂、車底和側(cè)圍分另U由1m偷鋼板和8mm、3mm、6m伽內(nèi)裝飾板構(gòu)成，鋼板和內(nèi)裝飾板的傳熱系數(shù)分別為W/(肘.Q和(/肘k故車頂?shù)腪ai/入i=+=車底的Zai/入i=+=側(cè)面的zai/入i=+=1_11i1'1cc10.2-awian51.22911_1i1=110.15awian51.2291_11i11cc10.075awian51.229故險(xiǎn)=W（/肘.K）3.1.1.2求車外綜合空氣溫度tZ:W（/肘.K）W（/肘.K）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

7、；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(/tf-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/aw=C4C，這里取C.垂直面R=0;水平面上,IS=Js,z+Jp,s=843+46=889W涌；垂直面上，IC=Jc,z+Jc,s=138+23=161W/m2;J0.92889QQA7cQXtz頂=tw=353.84/1awaw51.2IR0.92161tZ側(cè)=tw35=38Cawaw51.2tz底=tw+2=35+2=37C3.1.1

8、.3結(jié)果Ok=Kk-S頂-（tz頂-tn）=XX（47-27）=304WQy=0Sw（tZ側(cè)-tn）=XX2X（38-27）=345Wd=-林-（tz地-tn）=XX（37-27）=QfQe+Q側(cè)+Q地=304+345+=3.1.2計(jì)算通過各玻璃表面以對(duì)流方式傳入的熱量QG;CG=Qg!t+Qm+Qw已知玻璃的傳熱系數(shù)入G=W（/m2-Q，厚度a=5mm玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收系數(shù)PG=,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（/肘.K）側(cè)窗：an=x+）=W（/肘.K）后窗：an=x+）=W（/m2-K）V=40km/h=/s運(yùn)行時(shí)，玻璃外表面換熱系數(shù)為：前窗：

9、aw=11.10.8=26W（/肘.K）側(cè)窗：aw=11.10.8=49W（/肘.K）后窗：aw=11.10.8=32W（/肘.K）故各處玻璃的K值分別為：前窗：K=_1110.0051=10W(/m2-K)1i1awGan260.75419.7側(cè)窗：Kgji=111111:W(/肘.K)i0.005awGan490.75420.9后窗：Kgw=11=113W(/m2-K)1i110.0051.awGan320.75417.9各處玻璃表面的綜合溫度分別為前窗：tG2=twgIaw350.08(13823)=35.5C26伽1窗tGZ=twgI350.08(13823)=35.5C1aw49后窗

10、：tGZ=twGI350.08(13823)=35.4Caw32從計(jì)算結(jié)果可以看出，由丁玻璃對(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：0=0-Sg,q-(tGz-tn)=10XX(35.5-27)=Q=S2&c-(tGZ-tn)=X2XX=CGb=K®-Sg,h-(tG#n)=XX=53WQ=Q國(guó)+CGm+CGw=+53331W3.1.3通過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I=688W/m計(jì)算，前窗I=550W扁,左側(cè)窗和后窗按I=182W

11、/m計(jì)算。Q=Q荷+Q右+Ch+Q后(=t+pGan/aw)J-C式中：7太陽(yáng)輻射通過玻璃的透入系數(shù)，一般取7=；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=ISg,c=688X=前風(fēng)窗，J=I-Sg,q=550X=429W左側(cè)窗，J=ISg,c=182X=173W后窗，J=I-Sg,h=182X=102W故Qk=+X49)XX=537WOr=+x26)X429X=363WQh=+x49)X173X=142WQ后=+X32)X102X=85W最后，CF=537+363+142+85=1127W3.1.4乘員散發(fā)的熱量Q;Q=116-Nn式中：Q車內(nèi)人體散熱量，單位為W;

12、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=116X7X=723W3.1.5密封性泄漏進(jìn)入車內(nèi)的熱量QA;由丁五菱之光開空調(diào)時(shí)都處丁內(nèi)循環(huán)位置，無新風(fēng)導(dǎo)入，但微型車的密封性一般都不是太好,取QA=300W。3.1.6發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量Q;Q=Ke-S-(te-tn)Ke=11i1aeian由丁汽車行駛時(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+12XJ11.10.67)=(/-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5mm厚的隔熱墊，其傳熱系數(shù)為W(/肘K),故Zai/入i=+=1可得到Ke=W(/肘.K)1

13、10.11842.729夏季時(shí)一般發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)溫度要達(dá)到70C,故取te=70C最后Q=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QsQ100W由以上計(jì)算可得整車制冷量Q=kQ戶k(QB+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)傳熱過程處理。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

14、內(nèi)空的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，蓄熱系數(shù)小?？照{(diào)過程中，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，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)

15、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，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的冷量及空調(diào)制冷量。1946年美國(guó)提出的當(dāng)量溫差法和50年代初前蘇聯(lián)學(xué)者提出的諧波分解法在計(jì)算通過圍護(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，

16、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?？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，并提出了適合手算的冷負(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，通過冷負(fù)荷溫差CLTD使計(jì)算簡(jiǎn)化；對(duì)于車窗日

17、射得熱和照明、人體及設(shè)備得熱引起的冷負(fù)荷通過冷負(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)都是通過查取經(jīng)驗(yàn)值來確定的，而對(duì)于動(dòng)態(tài)計(jì)算汽車空調(diào)負(fù)荷來說，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，將溫度和傳熱的動(dòng)態(tài)變化完全體現(xiàn)出來，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