名義工況下汽車空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷分析

馬 強(qiáng) 房永劍 王喬穆

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

夏天是對(duì)汽車空調(diào)冷負(fù)荷要求最高的時(shí)候，不僅要克服自身及環(huán)境的熱量，還要短時(shí)間內(nèi)盡快降溫達(dá)到外高內(nèi)低的效果，以滿足駕駛需求。在所有的熱源中，太陽輻射熱和玻璃滲入熱起主要作用。而且車身及車門的玻璃，是汽車熱工性最差的部分，太陽輻射由直射和散射構(gòu)成，車身表面由于太陽光輻射而提高溫度，同時(shí)反射輻射熱；太陽光輻射通過車身玻璃窗時(shí)，一部分會(huì)被玻璃吸收，使玻璃本身的溫度上升，然后由于溫差效應(yīng)熱量會(huì)被導(dǎo)入車內(nèi)，另外很大部分的熱量將通過玻璃直接投射到車內(nèi)，玻璃的滲入熱量是由溫差傳熱和輻射傳熱兩部分組成。同時(shí)由于通風(fēng)要求及密封的泄露，熱空氣會(huì)通過開關(guān)車門及地板和門窗的縫隙進(jìn)入車內(nèi)，增加冷負(fù)荷；工作中的發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生很多熱量；乘員會(huì)產(chǎn)生并散發(fā)熱量；車廂及行李廂地板、車頂、空調(diào)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量都會(huì)增加車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷。冷負(fù)荷指的是，為了維持車內(nèi)溫度所應(yīng)向車內(nèi)提供的冷量。冷負(fù)荷是針對(duì)夏季空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，是確定空調(diào)送風(fēng)量及空調(diào)容量的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^計(jì)算獲得冷負(fù)荷的大小，但是由于環(huán)境比較復(fù)雜，所以也要以一定的經(jīng)驗(yàn)值做參考。有兩種方法選定參考標(biāo)準(zhǔn)：1. 可以參考同類型、同地域、乘員數(shù)相同的汽車作參考；2. 可以參考同類型汽車空調(diào)最初設(shè)計(jì)時(shí)選定的大的范圍，然后根據(jù)人體工程學(xué)原理，將舒適性主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為客觀數(shù)據(jù)，以舒適性為目標(biāo)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

人體依靠不斷的補(bǔ)充及排出熱量維持自身能量的平衡。一旦這個(gè)平衡遭到破壞， 即體溫出現(xiàn)明顯的升降趨勢(shì)時(shí)，人就會(huì)感到不舒服，覺得熱或冷. 人體熱平衡可表示為： Qa－Qb= Qch + Qd +Qf + Qz，其中， Qa： 人體通過攝取食物獲得的熱量 Qb ： 人體活動(dòng)消耗的熱量 Qch：人體儲(chǔ)存的熱量. 在正常的情況下， Qch 應(yīng)為零; 當(dāng)Qch > 0時(shí)， 體溫上升， 人體有熱感; 而當(dāng)Qch < 0時(shí)， 體溫下降， 人體有冷感. Qd： 身體散發(fā)的熱量， 取決于周圍空氣中溫度的高低，人體體溫高于周圍溫度時(shí)， 人體散熱，則Qd >0， 反之， Qd <0. Qz： 由于體液蒸發(fā)（汗液、淚液等）帶走的熱量. Qf：人體與周圍物體間輻射換熱量，Qf 正負(fù)不定. 強(qiáng)度由周圍物體表面溫度決定. 其他條件相同時(shí)， 周圍物體表面溫度越高，人體就覺得越熱；表面溫度越低，人體就覺得越冷。總體來看， 人體舒適感與下列因素有關(guān)： （1）車內(nèi)溫度，夏季人體感覺舒適的溫度24℃-26℃，超過28℃人體由舒適轉(zhuǎn)為不舒適; 車內(nèi)外溫度超過7℃以上也會(huì)讓人感覺不適，對(duì)健康不利；（2）車內(nèi)空氣相對(duì)濕度，較理想的范圍是50%-70%;（3）人體附近的空氣流速，0.2-0.3m/s為宜，不適宜的空氣流速會(huì)使人呼吸不暢同時(shí)過快的空氣流速會(huì)增加人體熱量損失;（4）周圍物體表面溫度。由此可知，汽車空調(diào)制冷的主要目的是保證車內(nèi)空氣始終處于合適的溫度范圍以內(nèi)，而為了維持這個(gè)溫度空調(diào)需要產(chǎn)生的制冷量即是空調(diào)的冷負(fù)荷。所以在進(jìn)行汽車空調(diào)器匹配設(shè)計(jì)時(shí)車內(nèi)人員的舒適程度是空調(diào)參數(shù)匹配的重要依據(jù)。

我國現(xiàn)行空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21361-2008《汽車用空調(diào)器》明確規(guī)定，空調(diào)器實(shí)測(cè)制冷量不應(yīng)小于名義制冷量的95%，空調(diào)器的能效比實(shí)測(cè)值不應(yīng)小于明示值的95%（能效比定義為在規(guī)定的制冷能力試驗(yàn)條件下，空調(diào)器制冷量與壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)功率之比）。那么，汽車空調(diào)器的名義制冷量的確定就顯得尤為重要了。空調(diào)實(shí)測(cè)制冷量為：qtci=Qmi（ha1-ha2）/[vn（1+Wn）]。其中，qtc即為空調(diào)的實(shí)測(cè)制冷量，Qmi為名義工況下的送風(fēng)量；ha1：進(jìn)入蒸發(fā)器側(cè)空氣的焓；ha2：離開蒸發(fā)器側(cè)空氣的焓；vn：噴嘴處空氣的比體積；Wn：噴嘴處空氣的含濕量。

結(jié)語

在汽車空調(diào)器的匹配設(shè)計(jì)工作中，我們既要考慮太陽輻射熱、玻璃透射熱。發(fā)動(dòng)機(jī)通過前圍傳熱等熱量來源，還要考慮駕駛員和車輛乘員的身體感受，從而提高人員舒適度。只有綜合考慮各種因素得到的名義制冷量才是科學(xué)合理的，同時(shí)也為后續(xù)出風(fēng)量設(shè)計(jì)計(jì)算和能效比計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

[1]GB/T 21361—2008，汽車用空調(diào)器[S].[2]QC/T 656—2000，汽車空調(diào)制冷裝置性能要求[S].

[3]QC/T 660—2000，汽車空調(diào)（HFC—134a）用壓縮機(jī)試驗(yàn)方法[S].

[4]QC/T 663—2000，汽車空調(diào)（HFC—134a）用熱力膨脹閥[S].