裝載機(jī)空調(diào)系統(tǒng)制冷量與制熱量的計(jì)算方法

莫紹軍

摘 要：本文主要介紹了裝載機(jī)空調(diào)系統(tǒng)制冷量與制熱量的理論計(jì)算法。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī)空調(diào)；制冷量；制熱量；計(jì)算；方法

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一般說來裝載機(jī)空調(diào)是由壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、管路和電器控制系統(tǒng)等組成。制冷量和制熱量的大小直接反映了裝載機(jī)空調(diào)制冷能力和制熱能力的強(qiáng)弱。因此計(jì)算制冷量和制熱量是裝載機(jī)空調(diào)選型的前提和關(guān)鍵。在裝載機(jī)設(shè)計(jì)中，常見的空調(diào)制冷量和制熱量的計(jì)算方法有理論計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)估算法，在這里介紹裝載機(jī)空調(diào)制冷量和制熱量的理論計(jì)算法。

1 制冷量計(jì)算

由于駕駛室外溫度高于車內(nèi)，加上太陽輻射作用，有大量熱量通過車壁及門窗、玻璃傳入車內(nèi)；由于密封不良會(huì)有不少熱空氣通過門窗及地板縫隙漏入車內(nèi)，帶來新風(fēng)熱，人體散發(fā)的熱量也會(huì)使車內(nèi)溫度升高，通過駕駛室后圍及發(fā)動(dòng)機(jī)罩還會(huì)傳來發(fā)動(dòng)機(jī)的部分熱量，換氣系統(tǒng)傳入的熱量，以及儀器、設(shè)備、照明等產(chǎn)生的熱量，這些熱量之和構(gòu)成了空調(diào)的總得熱量（熱負(fù)荷）。空調(diào)駕駛室的總得熱量（熱負(fù)荷）QT為：

QT=QB+QG+QP+QA+QE+QF+QS

式中：

QT—總熱量；

QB—通過駕駛室圍板、地板和頂板傳入的熱量，單位為W；

QG—通過玻璃傳入的熱量，單位為W；

QP—人體散熱量，單位為W；

QA—室外空氣帶入的熱量，單位為W；

QE—發(fā)動(dòng)機(jī)傳入的熱量，單位為W；

QF—換氣系統(tǒng)傳入的熱量，單位為W；

QS—儀器、設(shè)備、照明產(chǎn)生的熱量，單位為W。

空調(diào)制冷量Qo可按下式選?。?/p>

Qo=k×QT

式中：

Qo—空調(diào)實(shí)際選用的制冷量，單位為W；

QT—總得熱量，單位為W；

K—修正系數(shù)，可取1.05～1.2。

傳熱系數(shù)K：

駕駛室與外界會(huì)進(jìn)行熱交換，其熱交換形式包括倒流、對(duì)流和輻射。

駕駛室除玻璃外，一般由鐵板、地板墊、內(nèi)飾件、頂罩組成，壁面?zhèn)鳠岬幕竟饺缦拢?/p>

Q=K×F×Δt

式中：

K—壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/（m2·K）；

F—壁面?zhèn)鳠崦娣e，單位為m2；

Δt—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

其中傳熱系數(shù)K由下式確定：

式中：

αo—駕駛室外表面與駕駛室外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—駕駛室內(nèi)表面與駕駛室內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δi/λi）—構(gòu)成駕駛室各層的導(dǎo)熱熱阻之和（δi為駕駛室各層的厚度，λi為駕駛室各層的導(dǎo)熱系數(shù)）。

αo可以用對(duì)流換熱準(zhǔn)則確定。由于車速變換大，車身外表面復(fù)雜，因此采用下面的近似公式計(jì)算：

V—車輛行駛速度，單位m/s。對(duì)于裝載機(jī)，考慮熱負(fù)荷最大的情況，即為運(yùn)輸工況，可取V=10m/m。

駕駛室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)一般較小，當(dāng)駕駛室內(nèi)的空氣流速低于3m/s時(shí)，αi可近似取為29W/（m2·K）。

（一）通過駕駛室圍板、地板和頂板傳入的熱量QB

QB=Q圍+Q地+Q頂

Q圍=K圍×F圍×（tZ圍-ti）

Q地=K地×F地×（tZ地-ti）

Q頂=K頂×F頂×（tZ頂-ti）

K圍、K地、K頂—分別為駕駛室圍板、地板和頂板的傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·k）；

F圍、F地、F頂—分別為駕駛室圍板、地板和頂板的傳熱面積，單位為m2；

t圍、t地、t頂—分別為駕駛室圍板、地板和頂板的室外綜合空氣溫度，單位為℃；

ti—駕駛室內(nèi)空氣溫度，單位為℃。

（二）通過玻璃傳入的熱量QG

考慮到太陽輻射，傳入熱量由兩部分組成：

QG=QG1+QG2

（1）由于駕駛室內(nèi)外溫差而傳入的熱量QG1

QG1=K玻×F?！粒╰o-ti）

（2）由于太陽輻射通過玻璃傳入熱量QG2

J=F1?！罥+F2?！罥S

F玻=F1玻+F2玻

式中：

η—太陽輻射通過玻璃的透入系數(shù)，一般選取η=0.85；

ρ—玻璃對(duì)太陽輻射熱的吸收系數(shù)，一般選取ρ=0.08；

K?！ＡТ暗膫鳠嵯禂?shù)，單位為 W/（m2·K）；

C—遮陽修正系數(shù)，取C=0.97；

I—玻璃外表面的太陽輻射強(qiáng)度，單位為W/m2，取I=1120W/m2；

IS—玻璃外表面的太陽散射輻射強(qiáng)度，單位為W/m2，取IS=47W/m2；

J—玻璃的太陽輻射量，單位為W；

αi—玻璃內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αo—玻璃外壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

F1?！柮娌Ａ娣e，單位為m2；

F2?！酬柮娌Ａ娣e，單位為m2；

F?！ＡЭ偯娣e，單位為m2。

（三）人體散發(fā)的熱量

人體散發(fā)的熱量（單個(gè)司機(jī)）?。?/p>

QP=116W。

（四）室外空氣帶入熱量

由室外進(jìn)入室內(nèi)的空氣主要由新風(fēng)和泄漏風(fēng)兩部分構(gòu)成。相應(yīng)地，室外空氣帶入的熱量QA為：

QA=QA1+QA2

式中：

QA—室外空氣帶入熱量，單位為W；

QA1—室外新風(fēng)帶入熱量，單位為W；

QA2—泄漏入室內(nèi)空氣帶入熱量，單位為W。

（1）室外新風(fēng)帶入熱量（QA1）

QA1=G1×C×（h0-h1）

式中：

G1—按人體衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)需要的空氣量，單位為m3/h，按GB/T 19933.4-2005/ISO10263-2：1994標(biāo)準(zhǔn)，取G1=43m3/h；

C—空氣密度，單位為kg/m3；

h0—室外空氣焓值，單位為KJ/Kg；

h1—室內(nèi)空氣焓值，單位為KJ/Kg。

空氣焓值可由濕空氣濕焓表查得。

（2）漏入空氣帶入熱量（QA2）

漏入空氣量一般門縫和管線進(jìn)出駕駛室密封不嚴(yán)造成，據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)汽車車速為40km/h，門縫寬為1.5mm時(shí)，漏風(fēng)量為10m3/（h·m）。當(dāng)門縫寬增大到3mm時(shí)，漏風(fēng)量增大到17m3/（h·m）。

泄露風(fēng)量帶入的熱量

QA2=G2×C×（h0-h1）

式中：

G2—總漏風(fēng)量，單位為m3/h；

C—空氣密度，單位為kg/m3；

h0—室外空氣焓值，單位為kJ/kg；

h1—室內(nèi)空氣焓值，單位為kJ/kg。

G2=K1×Gn×S

式中：

G2—總漏風(fēng)量，單位為m3/h；

K1—這個(gè)系數(shù)主要是考慮到管線進(jìn)出駕駛室密封不嚴(yán)造成的漏風(fēng)，一般取1.5～2.5；

Gn—根據(jù)車速和駕駛室門的縫隙寬度而引起單位長(zhǎng)度每小時(shí)泄漏進(jìn)入駕駛室的空氣量，單位為m3/（h·m）；

S—駕駛室門窗縫隙總長(zhǎng)度，單位為m。

（五）由發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱的熱量QE

QE=KE×FE×（tE-ti）

KE按多層平壁傳熱計(jì)算：

式中：

αE—發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的壁面對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—駕駛室側(cè)內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δ/λ）—發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)和駕駛室之間隔熱層的導(dǎo)熱熱阻，單位為W/（m2·K）；

tE—發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的空氣溫度，單位為℃，一般比室外空氣溫度高30℃；

ti—駕駛室室內(nèi)溫度，單位為℃。

（六）由通風(fēng)系統(tǒng)（風(fēng)道）傳入的熱量QF（指風(fēng)道走駕駛室外面的情況），流經(jīng)風(fēng)道的空氣，由于內(nèi)外溫差的存在，沿程吸收熱量。

QF=K2×P×L×（（t1+t2）/2-ta）

式中：

P—風(fēng)道界面周長(zhǎng)，單位為m；

L—風(fēng)道長(zhǎng)度，單位為m；

t1、t2—分別為該段風(fēng)道前、后空氣溫度，單位為℃；

ta—該段風(fēng)道周圍空氣溫度，單位為℃；

K2—風(fēng)道傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

式中：

α0—風(fēng)道外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—風(fēng)道內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

（七）儀表、控制器、繼電器和照明產(chǎn)生的熱量Qs

儀表、控制器、繼電器和照明等主要是在駕駛室內(nèi)以散熱形式傳熱，這類熱量不需要按換熱公式進(jìn)行計(jì)算，可依據(jù)這些熱源的額定功率、效率、使用周期、負(fù)荷系數(shù)等因素來確定，建議取值400W。

2 制熱量計(jì)算

由于車外環(huán)境的空氣溫度低，車內(nèi)溫度高，車內(nèi)外存在溫差，必然有高溫向低溫傳熱。因此必須向車內(nèi)補(bǔ)充熱量，平衡車內(nèi)的耗熱量，這就形成了空調(diào)的熱負(fù)荷?？照{(diào)的耗熱量由下面幾部分組成：

QH=Qa+Qb+Qc+Qd+Qe+Qp1+Qf+Qh

式中：

QH—空調(diào)耗熱量，單位為W；

Qa—駕駛室頂部耗熱量，單位為W；

Qb—駕駛室玻璃耗熱量，單位為W；

Qc—駕駛室圍板耗熱量，單位為W；

Qd—駕駛室地板耗熱量，單位為W；

Qe—冷空氣滲透耗熱量，單位為W；

Qp1—駕駛室司機(jī)人體散熱量，單位為W；

Qf—駕駛室前風(fēng)窗除耗熱量，單位 為W；

Qh—由通風(fēng)系統(tǒng)散失的熱量，單位為W。

（一）駕駛室頂部耗熱量Qa

Qa=Ka×Aa×Δta

式中：

Ka—駕駛室頂部壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/（m2·K）；

Aa—駕駛室頂部壁面?zhèn)鳠崦娣e，單位為m2；

Δta—駕駛室頂部的內(nèi)外溫差，單位為℃。

Δta=to-t內(nèi)頂

to=t內(nèi)+（5～10）

式中：

t內(nèi)頂—駕駛室內(nèi)頂部溫度，單位為℃；

t內(nèi)—駕駛室內(nèi)舒適溫度（一般為16℃～18℃），單位為℃；

to—駕駛室外空氣溫度，單位為℃。

其中傳熱系數(shù)Ka由下式確定：

式中：

αo—駕駛室內(nèi)空氣對(duì)頂部放熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—駕駛室外空氣對(duì)頂部放熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δi/λi）—駕駛室頂部結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱熱阻；

δi—駕駛室頂平壁各層厚度，單位為m；

λi—駕駛室頂平壁各層材料導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

（二）駕駛室玻璃耗熱量Qb

Qb=Kb×Ab×Δtb

式中：

Ab—玻璃傳熱面積，單位為m2；

Δtb—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

Δtb=ti-to

ti—駕駛室內(nèi)溫度，單位為℃；

to—駕駛室外溫度，單位為℃；

Kb—玻璃傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

一般取Kb=6.4W/（m2·K），也可以按下式計(jì)算：

式中：

αo—玻璃外表面與駕駛室外空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—玻璃內(nèi)表面與駕駛室內(nèi)空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δ/λ）—玻璃導(dǎo)熱熱阻；

δ—玻璃厚度，單位為m；

λ—玻璃導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

（三）駕駛室圍板耗熱量Qc

Qc=Kc×Ac×Δtc

式中：

Kc—駕駛室圍板傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Ac—駕駛室圍板傳熱面積，單位為m2；

Δtc—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

其中傳熱系數(shù)Kc由下式確定：

式中：

α0—駕駛室圍板外表面與駕駛室外空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—駕駛室圍板內(nèi)表面與駕駛室內(nèi)空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δi/λi）—玻璃導(dǎo)熱熱阻；

δi—駕駛室圍板厚度，單位為m；

λi—駕駛室圍板導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

（四）駕駛室地板耗熱量Qd

Qd=Kd×Ad×Δtd

式中：

Ad—駕駛室地板傳熱面積，單位為m2；

Δtd—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

Kd—駕駛室地板傳熱系數(shù)，單位為 W/（m2·K）。

一般取Kd=8.14W/（m2·K），也可以按下式計(jì)算：

式中：

αo—駕駛室地板外表面與駕駛室外空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—駕駛室地板內(nèi)表面與駕駛室內(nèi)空氣對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

Σ（δi/λi）—玻璃導(dǎo)熱熱阻；

δi—駕駛室地板厚度，單位為m；

λi—駕駛室地板導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

（五）空氣滲透耗熱量Qe

Qe=Ge×ρ×C×Δte

式中：

Ge—新風(fēng)量和泄露風(fēng)量，單位為m3/h；

ρ—空氣密度，取為1.29kg/m3；

C—空氣比熱，取為1.005～1.009 kJ/（kg·℃）；

Δte—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

（六）駕駛室前風(fēng)窗除霜耗熱量Qf

Qf=Gf×ρ×C×Δtf

式中：

Gf—除霜風(fēng)量，單位為m3/h；

ρ—空氣密度，取為1.29kg/m3；

C—空氣比熱，取為1.005～1.009 kJ/（kg·℃）；

Δtf—駕駛室內(nèi)外溫差，單位為℃。

Gf=G1+G2

式中：

G1—按人體衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)需要的空氣量，單位為m3/h。

按GB/T 19933.4-2005/ISO10263-2：1994標(biāo)準(zhǔn)，取G1=43m3/h。

G2=K3×Gn×S

式中：

G2—總漏風(fēng)量，單位為m3/h；

K3—這個(gè)系數(shù)主要是考慮到管線進(jìn)出駕駛室密封不嚴(yán)造成的漏風(fēng)，一般取1.5～2.5；

Gn—根據(jù)車速和駕駛室門的縫隙寬度而引起單位長(zhǎng)度每小時(shí)泄漏進(jìn)入駕駛室的空氣量，單位為m3/（h·m）；

S—駕駛室門窗縫隙總長(zhǎng)度，單位為m。

（七）駕駛室司機(jī)人體散熱量Qp1

Qp1=-（0.25～0.30）Qp

式中：符號(hào)表示此項(xiàng)熱量對(duì)駕駛室采暖有貢獻(xiàn)，計(jì)算總的采暖熱負(fù)荷時(shí)，應(yīng)減去這個(gè)值；

Qp單個(gè)成人散熱量，一般取116W。

（八）由通風(fēng)系統(tǒng)散失的熱量Qh（指風(fēng)道在駕駛室外面的情況）

流經(jīng)風(fēng)道的空氣，由于內(nèi)外溫差的存在，沿程散失熱量。

Qh=K×P×L×（（t1+t2）/2-ta）

式中：

P—風(fēng)道界面周長(zhǎng)，單位為m；

L—風(fēng)道長(zhǎng)度，單位為m；

t1、t2—分別為該段風(fēng)道前、后空氣溫度，單位為℃；

ta—該段風(fēng)道周圍空氣溫度，單位為℃；

K—風(fēng)道傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

式中：

αo—風(fēng)道外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；

αi—風(fēng)道內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

參考文獻(xiàn)

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