基于DF7G—E型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的冷熱負(fù)荷計(jì)算

李芍君 唐龍

摘 要：文章以DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車為基礎(chǔ)，介紹了司機(jī)室冷熱負(fù)荷的計(jì)算方法。希望對(duì)相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：DF7G-E；歐盟標(biāo)準(zhǔn)；冷熱負(fù)荷前言

在內(nèi)燃機(jī)車的設(shè)計(jì)過(guò)程中，越來(lái)越多的考慮到了司乘人員的舒適性，司機(jī)室內(nèi)部溫度是否適宜在司機(jī)室的舒適性中占有很大比重，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)司機(jī)室的冷熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車是我國(guó)首次出口歐盟內(nèi)燃機(jī)車，機(jī)車通過(guò)了歐盟認(rèn)證并且完成了注冊(cè)。司機(jī)室的制冷、制熱系統(tǒng)在認(rèn)證過(guò)程中需要響應(yīng)歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 14813：2006《鐵路應(yīng)用-機(jī)車駕駛室用空調(diào)》，在計(jì)算過(guò)程中由于EN14813中參數(shù)不全，引入TB/T1957-91《鐵路空調(diào)客車熱工計(jì)算方法》作為參考。

1 制冷負(fù)荷計(jì)算

1.1 環(huán)境條件

最高外部溫度下，車輛靜止，有太陽(yáng)能負(fù)荷，有人（駕駛員和副駕駛員），最小新鮮空氣供應(yīng)情況下。由此可以確定以下參數(shù)[1]：

1.2 K值確定

K值為傳熱系數(shù)，雖然標(biāo)準(zhǔn)中有K值的測(cè)試方法，但是由于試驗(yàn)條件不足，采用TB/T1957中的計(jì)算方法，計(jì)算得到K值為0.54 W/（m2·k），但實(shí)際中機(jī)車門窗占總傳熱面積比例大，夾層筋板多，穿墻線孔、管孔多等原因，隔熱性能遠(yuǎn)低于客車[2]，因此K值選用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大值1.6W/（m2·k）。

1.3 負(fù)荷計(jì)算

車體散熱由以下部分組成：車體傳熱、太陽(yáng)輻射熱、車內(nèi)人員散熱、車內(nèi)電氣設(shè)備散熱、新風(fēng)帶入車體的熱量[3]。

1.3.1 車體傳熱

φ1=K·F·△t （1）

式中K為傳熱系數(shù)/W/（m2·k），F(xiàn)為各個(gè)墻的面積/m2，△t為室內(nèi)外溫差/K

1.3.2 太陽(yáng)輻射熱

φ2=QS，F(xiàn)+QS，W+QS，D （2）

式中QS，F(xiàn)為車窗區(qū)域的太陽(yáng)負(fù)荷/W，QS，W為各墻的日光負(fù)荷/W，QS，D為車頂區(qū)域的日光負(fù)荷/W。

標(biāo)準(zhǔn)EN14813-2-2006 §11.3.2中有關(guān)于三部分日光負(fù)荷計(jì)算的詳細(xì)公式。在計(jì)算過(guò)程中需要注意的是，前后車窗因裝有遮陽(yáng)簾，應(yīng)將遮陽(yáng)簾的遮光系數(shù)考慮在內(nèi)，DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室采用白色遮陽(yáng)簾，遮光系數(shù)為0.5[4]，同時(shí)由于司機(jī)室位于機(jī)車中部，在計(jì)算各墻日光負(fù)荷的時(shí)候只計(jì)算直接暴露在日光下的面積，需要減去被前后機(jī)械間遮擋的面積。

1.3.3 車內(nèi)人員散熱

φ3=n·q （3）

式中：n為車內(nèi)人員數(shù)，n=2，q為平均每人散發(fā)的熱量，q=118W/人[1]

1.3.4 車內(nèi)電氣設(shè)備散熱

φ4=300W～500W

車內(nèi)電氣設(shè)備的散熱量根據(jù)實(shí)際車內(nèi)安裝的電氣設(shè)備的多少而定，內(nèi)燃機(jī)車車內(nèi)裝有的電氣設(shè)備較少，沒(méi)有電爐、電水壺等大功率發(fā)熱設(shè)備，因此取φ4=300W。

1.3.5 新風(fēng)帶入車體的熱量

φ5=n·ρ·V·（ho-hi） （4）

式中：n為車內(nèi)人員數(shù)，ρ為空氣密度/kg/m3，V為每人新風(fēng)量/ m3/（h·人），ho和hi為室外、室內(nèi)空氣的焓/kJ/kg。

DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室五部分的散熱量相加為3941W，該車選用空調(diào)的制冷量為4300W，制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 制熱負(fù)荷計(jì)算

2.1 環(huán)境條件

最低外部溫度下，車輛最高操作速度，不計(jì)算太陽(yáng)能負(fù)荷、不計(jì)算人員及電氣設(shè)備的散熱，要求滿足最低新鮮空氣的供應(yīng)。由此可以確定以下參數(shù)[1]：

2.2 負(fù)荷計(jì)算

車體散熱由以下部分組成：車體傳熱、新風(fēng)帶入車體的熱量。

2.2.1 車體傳熱

φ1=K·F·△t （5）

式中K為傳熱系數(shù)/W/（m2·k），F(xiàn)為各墻的面積/m2，△t為室內(nèi)外溫差/K。

2.2.2 新風(fēng)帶入車體的熱量

φ2=n·ρ·V·△t·Cp （6）

式中n為車內(nèi)人員數(shù)，ρ為空氣密度/kg/m3，V為每人新風(fēng)量/m3/（h·人），Cp為空氣定壓比熱容，為1.003KJ/Kg·K。

DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室兩部分的散熱量相加為-4490.5 W，司機(jī)室內(nèi)部有兩個(gè)側(cè)墻電暖器（1.5KW/個(gè)），兩個(gè)膝爐（800W/個(gè)）和一個(gè)帶有預(yù)定時(shí)功能的加熱器（2.2KW）?？傆?jì)散熱量為6.8KW，制熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算可以看出，DF7G-E型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室在設(shè)計(jì)過(guò)程中滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求，該計(jì)算方法適用于所有內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的冷熱負(fù)荷計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1]BS EN 14813-1：2006.鐵路應(yīng)用-機(jī)車駕駛室用空調(diào) 第1部分：舒適度要求[Z].

[2]肖云華，黃光遠(yuǎn)，朱茂華.電力機(jī)車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2006.

[3]TB/T1957-91.鐵路空調(diào)客車熱工計(jì)算方法[Z].

[4]TB/T1951-87.客車空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)[Z].