城市客車熱舒適性空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

林飛躍

(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司， 福建 廈門 361023)

空調(diào)客車車內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的合理分布，是車內(nèi)熱舒適性的基礎(chǔ)?？蛙囀覂?nèi)裝飾件眾多，通風(fēng)流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了進(jìn)一步提升城市客車乘員艙熱舒適性的水平，揭示當(dāng)前設(shè)計(jì)方案中可能存在的技術(shù)缺陷。本文對(duì)當(dāng)前的空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)展有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)了實(shí)車驗(yàn)證。

1 指標(biāo)要求及改進(jìn)前狀況

1.1 城市客車車內(nèi)熱舒適性指標(biāo)要求

一般來(lái)說(shuō)，28 ℃是人體溫度舒適感的分界線。對(duì)于車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)除了追求熱舒適性以外，降低空調(diào)負(fù)荷也是重要的，特別是在當(dāng)前強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的大環(huán)境下[1-2]。通常，夏季車內(nèi)空調(diào)溫度每升高1 ℃，約減少制冷功率輸出10%。如果過(guò)度追求熱舒適性，會(huì)導(dǎo)致客車內(nèi)外溫差過(guò)大，從而導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)一步增大，并可能導(dǎo)致人體健康受損。一般夏季客車艙內(nèi)外溫差以5～7 ℃為宜。

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，熱舒適性是一個(gè)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。就人體感官來(lái)說(shuō)，熱舒適性與以下幾個(gè)方面的因素有關(guān)：空氣溫度、氣流速度、周圍物體表面溫度、空氣品質(zhì)[3]。按照我國(guó)室內(nèi)溫度控制規(guī)范[4]，車內(nèi)外溫差要求不小于5 ℃，不大于7 ℃；出風(fēng)口風(fēng)速不小于3 m/s，不大于6 m/s；出風(fēng)口間風(fēng)速差不大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高處，車內(nèi)最大溫差不大于3 ℃[5]。

1.2 改進(jìn)前的狀況

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有車型的隨機(jī)抽取測(cè)試，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)外溫差小于5 ℃；出風(fēng)口風(fēng)速小于3 m/s；出風(fēng)口間風(fēng)速差大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高處，車廂內(nèi)最大溫差大于3 ℃。由于受到車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及車廂內(nèi)部裝飾效果的限制, 城市客車的空調(diào)風(fēng)道結(jié)構(gòu)改進(jìn)前主要存在以下特點(diǎn)：

1) 空調(diào)風(fēng)道前后封閉布置在車內(nèi)的兩側(cè)頂上[6]。

2) 風(fēng)道的截面尺寸不做嚴(yán)格限定，需綜合考慮內(nèi)飾效果、出風(fēng)口布置等諸多因素。一般情況下，風(fēng)道的自由流動(dòng)橫截面積大于等于6 dm2即可[6]。

3) 出風(fēng)口布置一般是駕駛員頭頂適當(dāng)加密，其余地方均布，且除出風(fēng)口外的其他地方均密封處理。

4) 采用鋁合金風(fēng)道時(shí)，乘客門處開(kāi)有門軸孔及滑軌孔，存在嚴(yán)重漏風(fēng)問(wèn)題。

綜上分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有城市客車風(fēng)道設(shè)計(jì)存在以下幾點(diǎn)不合理之處：

1) 出風(fēng)口的數(shù)量和送風(fēng)面積都沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算,只是根據(jù)風(fēng)道的長(zhǎng)度及布置空間均勻布置，并未根據(jù)出風(fēng)口氣流速度的要求以及理論流量的要求來(lái)確定。但是,出風(fēng)口的氣流速度及流量受到許多因素的影響,用這種方法確定的風(fēng)道很難滿足實(shí)際流速和流量的要求，影響制冷效果[7]。

2) 未根據(jù)空調(diào)位置布置風(fēng)向?qū)Я靼?，以將空調(diào)出風(fēng)合理地向風(fēng)道前后分流，提高前后風(fēng)道出風(fēng)口的出風(fēng)效果。

3) 風(fēng)道頂部或靠近側(cè)窗位置未設(shè)計(jì)泄風(fēng)口。

4) 采用鋁合金風(fēng)道時(shí)，乘客門開(kāi)孔處未設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致車內(nèi)外熱交換嚴(yán)重。

2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案及驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提出以下改進(jìn)設(shè)計(jì)方案：

1) 在乘客門處安裝風(fēng)道密封板，使之與乘客門托盤、冷氣道上片、風(fēng)道在整車風(fēng)道斷面內(nèi)形成一個(gè)完全密封結(jié)構(gòu)[6]，減少冷氣從門軸及滑軌開(kāi)孔處流失，改進(jìn)前后如圖1和圖2所示。

圖1 改進(jìn)前未密封結(jié)構(gòu)

圖2 改進(jìn)后密封結(jié)構(gòu)

2) 客車前擋玻璃面積較大，太陽(yáng)直接照射導(dǎo)致車前部比后部的熱負(fù)荷大，建議將空調(diào)蒸發(fā)器中心布置于車輛前后中心偏前10%～15%(對(duì)于12 m車為偏前1.2～1.8 m)的范圍內(nèi)，如此布置可不設(shè)置導(dǎo)流板。如空調(diào)蒸發(fā)器中心位置布置更偏前或更偏后，為保證車內(nèi)前后溫度的均勻性，空調(diào)蒸發(fā)器出風(fēng)口需布置風(fēng)向?qū)Я靼遄鲗?dǎo)流處理，如偏前A%(>15%)，則將空調(diào)蒸發(fā)器出風(fēng)口的(50+A-15)%長(zhǎng)度導(dǎo)向車后(車前方向不需作導(dǎo)流處理)，如偏后B%(>15%)，則將空調(diào)蒸發(fā)器出風(fēng)口的(50+B+15)%長(zhǎng)度導(dǎo)向車前(車后方向不需作導(dǎo)流處理)，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)流板設(shè)置

3) 因空調(diào)布置時(shí)，空調(diào)風(fēng)是從客車頂蓋中間部位吹進(jìn)風(fēng)道里的，風(fēng)道的前后部位較中間部位出風(fēng)口多，可使空調(diào)風(fēng)流泄荷小，增強(qiáng)空調(diào)的使用效果[8]。而且風(fēng)道里的風(fēng)流由于風(fēng)道較長(zhǎng)而產(chǎn)生損失，風(fēng)道前、后出風(fēng)口風(fēng)流比中間部位要小一些，從這點(diǎn)考慮，這兩處也應(yīng)該多加出風(fēng)口[3]。因此，以空調(diào)蒸發(fā)器中心為起點(diǎn)，根據(jù)離起點(diǎn)的遠(yuǎn)近將整車前后風(fēng)道分成等長(zhǎng)的近、中、遠(yuǎn)三區(qū)，近區(qū)單位長(zhǎng)度風(fēng)道上的送風(fēng)口面積為a，且全部為下送風(fēng)口；中區(qū)單位長(zhǎng)度風(fēng)道上的送風(fēng)口面積為2a，分為下送風(fēng)口+側(cè)送風(fēng)口；遠(yuǎn)區(qū)單位長(zhǎng)度風(fēng)道上的送風(fēng)口面積為3a，分為下送風(fēng)口+側(cè)送風(fēng)口；駕駛員區(qū)(含駕駛員位和上客門處)單位長(zhǎng)度風(fēng)道上的送風(fēng)口面積為臨近區(qū)面積+a，且駕駛員位下送風(fēng)口為可調(diào)送風(fēng)口(方便駕駛員開(kāi)關(guān)和調(diào)整風(fēng)向)。

4) 風(fēng)道上出風(fēng)口的數(shù)量應(yīng)保證單側(cè)風(fēng)道出風(fēng)口總面積為其風(fēng)道橫截面積的1～1.5倍，以提高出風(fēng)效率[9]。

5) 風(fēng)道頂部或靠近側(cè)窗位置需要增加泄風(fēng)口，一是為了降低風(fēng)道出風(fēng)口處的風(fēng)壓力；二是在車內(nèi)形成一個(gè)環(huán)形的瀑布式風(fēng)流效果，可提高乘員的乘坐舒適性[3]。

根據(jù)優(yōu)化方案對(duì)現(xiàn)有風(fēng)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對(duì)改進(jìn)后的車型隨機(jī)抽取測(cè)試，結(jié)果車內(nèi)外溫差不小于5 ℃，不大于7 ℃；出風(fēng)口風(fēng)速不小于3 m/s，不大于6 m/s，出風(fēng)口間風(fēng)速差不大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高處，車廂內(nèi)最大溫差不大于3 ℃。滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

車廂里的溫度場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)受車廂內(nèi)氣流流動(dòng)狀況和分布情況的影響很大，車廂內(nèi)各處溫度場(chǎng)不均勻,影響乘坐的舒適性[10]，必須合理地組織車廂內(nèi)空氣的流動(dòng)。使車廂內(nèi)的溫度、流速符合人體工程學(xué)要求。合理地設(shè)計(jì)和布置空調(diào)冷風(fēng)道是實(shí)現(xiàn)上述目的的重要途徑[11]。