汽车发动机试验室全室空调系统设计

2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计汽车发动机试验室全室空调系统设计周荣辉陈国民（南京建贸制冷空调设备有限公司，南京江宁经济技术开发区，211153）摘要：本文介绍了汽车发动机性能试验室全室空调系统的设计，该设计包括系统构成和控制方案、空调负荷计算和一些需要特别处理的问题。关键词：汽车发动机试验室、全室空调系统、系统设计1.前言近年来，随着我国汽车工业的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，汽车的产量和购车的人数不断增长，我国和全世界其他国家一样，都面临严峻的节能和环保形势，人们对于汽车性能的要求越来越高，作为汽车的心脏发动机更是首当其冲。国内外发动机生产厂家和科研院所为研发高水平、低污染、高效率的发动机做出了巨大的努力，建设高水平的发动机试验室是必要的措施之一。大气参数对发动机性能有重要的影响，为排除自然季节和气候变化对试验结果的干扰，确保试验结果的精确性、同一性、可比性，并缩短开发周期，对试验环境大气和发动机燃烧空气的参数进行控制是必要的；很多生产厂家、科研院所的发动机试验室采用了全室空调和发动机进气空调系统。本设计主要是针对国内某混合动力发动机试验室产品性能测试的要求设计的全室空调系统，包括冷源、进气空调、循环风和控制四个子系统。2.工程概况2.1该发动机试验室内部尺寸为12000×8000×4200，试验室上层为配电间和空调机房，下循环风空调机进气空调比例调节阀旁通阀水泵缓冲水箱冷水机组CW系列PLC控制器图1.汽车发动机试验室全室空调系统流程图第1页共6页2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计层为电力测功机、油耗仪、油温和水温控制设备试验间。试验室平面中部安装6400×4500的发动机实验台座，台座边沿为金属格栅地坪，以利于地坪上下空气的流通。2.2本设计的汽车发动机试验室全室空调系统采用统一的冷源机组和控制系统，实现发动机进气参数控制和试验环境空气调节的双重任务，其系统组成和流程如图1.所示。2.3设计参数如下表1：项目单位冬季夏季干球温度ºC25±5室内空调状态参数相对湿度%65±20干球温度ºC25±2进气空调状态参数相对湿度%（40～70）±5干球温度ºC-17.340室外计算参数相对湿度%50803.空调负荷计算3.1围护结构负荷Q1（1）围护结构夏季空调负荷计算（取夏季极限温度40℃，φ=80％）墙体和屋面传热得热引起的冷负荷Q=KF△t其中：K为墙体或屋面的传热系数，F为外表面积，△t为室内外传热温差（2）围护结构冬季采暖负荷取冬季控制室内温度15℃,其余按最冷-17.3℃计算，由于试验过程中设备自身产热,室内控制在20℃即可3.2室内散热Q2根据需方提供的室内设备动力和照明情况，可得出室内动力散热总和。3.3新风负荷计算Q3（1）新风风量估算a.发动机满负荷最大耗气量为W1；第2页共6页2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计b.考虑到室内发动机工作时不可避免产生对室内空气的污染，按行业规范取四次新风换气，得到换气量W2；c.取新风总量为W≥W1+W2（2）新风负荷计算a.夏季制冷：按夏季最热天计算从40℃，φ=80％，新风处理至25℃，相对湿度65％，取送风点为23℃，φ=65％。则所需制冷量Q3=m⊿h。b.冬季加热负荷：按冬季最冷天–17.3℃,相对湿度50％,加热升温至23℃,φ=40％，则算得冬季所需的最大加热量和加湿量。3.4发动机试验散热Q4综合相关资料的数据，发动机输出功率约占燃料燃烧热值的30%，试验时发动机散发在试验室内的热量约占燃料燃烧热的15%（综合发动机水套散热、机油散热、排气散热和辐射散热四部分热量在室内散发的热量），即按发动机的输出功率计算，大约50%的热量会散发在试验室内（Q4＝15%×发动机功率÷30%）。3.5总负荷见考虑到外界工况和设备长期使用的能量衰减，总空调负荷:Q﹥Q1+Q2+Q3+Q43.6送风量的确定根据空调负荷计算，试验室需求最大空调负荷Q，其中由循环风从室内带走热量为Q1+Q2+Q4,考虑到室内换气次数远大于20次/h，根据行业规范，取送风温差为2℃，房间风温度为18℃，相对湿度为90％，故带走该热量所需要的风量m=（Q1+Q2+Q3）÷⊿h4系统流程和控制方案设计4.1系统流程见图2：4.2系统控制方案(1)进气空调机和循环风空调器所需冷源由CW系列螺杆冷水机组提供，总制冷量Q；(2)正常试验时，根据室内送回风的温差自动调节循环风空调器风机电机的频率，确保与发动机散热的匹配精度；(3)进气空调机风机根据室内外的压差自动调频以合理控制进气量，确保发动机第3页共6页2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计触摸屏PLC控制器软接水泵缓冲水箱CW系列冷水机组新风进气空调止回阀循环风空调箱报警装置试验阀图２.汽车发动机试验室全室空调系统流程图动机吸气口区域微正压，节约进气空调的运行费用；(4)进气空调及循环风空调器进水口均设计安装比例调节阀，以准确响应发动机转速变化而带来的冷量需求的变化；(5)试验前及试验期间，CW系列螺杆冷水机组将根据设定的出水温度实现自动无级能调。5.其它设计要点5.1排烟管路设计由于发动机排气温度最高可达800℃左右，高温尾气不能直接被排烟风机抽吸排放到室外，必须经过与常温空气混合冷却后再排至室外，故按图3所示设计排烟管路：排烟风机所抽出空气由三部分组成：发动机尾气、部分室内空气、外界空气，在混合点A处装一个压力传感器，用于控制外界空气进入风阀的开启度，确保尾气的正常排出并控制排烟温度不超过150℃。第4页共6页2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计图3.排烟管路示意图5.2进气空调系统进气管路为确保实验的精确性，应将进气空调的供气管直接引至发动机吸气口，确保发动机正常工作时的吸气温度和湿度负荷相关标准的要求。为此在试验室顶部楼板上预留φ250圆孔，供新风管路的安装。为保证进气管路与不同型式的发动机进气口有良好的适应性，本设计采用尼德曼活动臂管作为进气空调室图4.尼德曼活动臂管内部分的连接管路（图4）。该活动臂管是管道和支撑一体的新产品，内含金属构架，可自行独立支撑，使风管安置在三维空间的任何位置而无须任何其它的辅助固定和支撑方式，在管道出气口配置专门的吸风罩，可以很好地适应发动机吸气口的形状。该设计成功解决了传统进气管道复杂的室内安装方式，大大节约了试验室室内空间，方便试验工作。5.3关于气压的调控第5页共6页2007年度APC联合学术年会交流论文：汽车发动机试验室全室空调系统设计对于地处不同海拔高度的试验室，我们还有可使试验间和发动机进气压力达到标准状态或用户要求的气压状态的设计方案。6.总结本文针对汽车发动机性能试验室的全室空调要求给出了一种设计实例，总结该设计有以下一些特点：（1）经过带变化负荷的实际运行试验，该试验室完全达到进气空调和室内环境的设计要求。（2）该设计对于进气空调和室内空调采用了同一台制冷主机和同一控制系统的方案，大大简化了系统结构和日常管理的工作量，同时也节约了初投资和运行费用，值得提倡和推广。（3）本文对汽车发动机性能试验室的空调负荷计算方法进行了较详细的介绍，对其它类似场合有借鉴意义。（4）该设计中有关全室空调的集中控制系统介绍是该设计的特色之一。（5）排气和吸气管路的设计，是全室空调较为重要的设计细节，本设计采用的尼德曼活动臂管较好地解决了汽车发动机试验室里较难处理的室内活动管路的安装和使用问题，是设计的成功之处。（6）本系统的设计，结合现场实际情况，考虑了系统本身的节能和环保问题。参考文献[1]南京建贸制冷空调设备有限公司，《全室空调技术条件》，2005年[2]GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》第6页共6页