电动空调匹配计算书

江铃产品开发技术中心管理标准2014--发布2014--实施___________________________________________________江铃产品开发技术中心发布本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第1页共16页电动空调匹配计算书版本换版/修订记录编制/修订人批准人生效日期本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第2页共16页前言根据已有电动空调系统设计规范，计算空调系统各项性能参数，保证空调系统能正常运行，符合克服使用要求并且经济、可靠。本标准由产品开发技术中心提出，综合管理部归口。本标准主要起草人：本标准审核人：本标准批准人：江铃产品开发技术中心管理标准电动空调匹配计算书本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第3页共16页1概述随着新能源电动汽车技术的不断进步，电动汽车产业化的趋势越来越明显。作为未来主要潜在车型，电动汽车也需要为驾乘人员提供舒适的环境，并且拥有一套节能高效的电动空调系统对电动汽车开拓市场也是至关重要的。本设计包括：冷热负荷计算，电动压缩机选型计算，蒸发器、冷凝器、膨胀阀选型设计。2电动空调匹配计算2.1热负荷计算N800系列驾驶室按尺寸定义共有5个规格，空调系统制冷性能的需求可按最大驾驶室容积计算，也可按产量最大的驾驶室容积计算。因目前没有明确的要求，暂按最大驾驶室容积计算空调系统制冷性能的需求。2.1.1参数确定综合考虑夏季的高温酷暑和汽车空调系统经常使用环境，结合有关资料，确定计N800中体双排的车内外边界条件如下：空气流速v：v=2m/s日照强度：I水平=1000W/m2I垂直=160W/m2I散=40W/m2图1中体双排车车长本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第4页共16页图2中体双排车车宽图3中体双排车车高车长2.00m，车宽1.59m，驾驶室高1.38m（如图所示）2.1.2车外综合温度计算由于太阳辐射的影响，车身表面温度比环境温度高许多，为简化这部分热负荷计算，引入车外综合温度的概念，由于车顶和车侧的日照强度和热传导系数不一样，因此，车顶和车侧的综合温度也不一样，其中：车顶综合温度：tc顶=ρI顶/（α2+K顶）+t2车侧综合温度：tc侧=ρI侧/（α2+K侧）+t2式中：ρ：车外表面吸收系数，取0.9；I顶：车顶太阳辐射强度，I顶=I水平=1000W/m2；I侧：车侧太阳辐射强度，I侧=（I垂直+I散）/2=（160+40）/2=100W/m2；本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第5页共16页α2：车外空气与车表面的对流放热系数，取经验值：α2=33.48W/（m2·℃）K顶：车顶传热系数；K侧：车侧传热系数；t2：环境温度38℃。壁面传热基本公式：Q=KFΔt式中：K：传热系数；F：传热面积；Δt：温差。为简化计算，车身各部分按多层均匀平壁考虑，根据传热学理论，有：K=1/（(1/α1)+Σ（δi/λi）+(1/α2)）式中：α1：车内表面的对流放热系数，按自然循环考虑，其值取15W/（m2·℃）δi：各层材料的厚度；λi：各层材料的传热系数。车顶和车侧的传热系数计算见表1（表中与车体结构相关的参数为参考其它车型的估算值）。表1车顶和车侧传热系数车顶车侧结构层构成钢板空气间隙隔热硬顶钢板空气间隙内饰板单一结构层厚度δi（mm）0.71550.7253单一结构层导热系数λi（W/（m2·℃））51.630.1630.0651.630.1630.18Σ（δi/λi）（（m2·℃）/W）0.1750.1701/α1（（m2·℃）/W）1/151/151/α2（（m2·℃）/W）1/33.481/33.48传热系数K（W/（m2·℃））3.683.75由此可得：车顶综合温度：tc顶=ρI顶/（α2+K顶）+t2=0.9×1000/（33.48+3.68）+38=62.22℃车侧综合温度：tc侧=ρI侧/（α2+K侧）+t2=0.9×100/（33.48+3.75）+38=40.42℃车地综合温度：tc地按41℃计算本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第6页共16页2.1.3热负荷计算1)通过车顶传入车内热负荷Q顶车顶面积约为3.2m2，则：Q顶=K顶F顶（tc顶-t1）=3.68×3.2×（62.22-25）=438.30W2)通过车侧传入车内的热负荷Q侧车侧面积约为7.7m2，则：Q侧=K侧F侧（tc侧-t1）=3.75×7.7×（40.42-25）=455.25W3)通过地板传入车内的热负荷Q发地板的传热系数约为：4.02W/（m2·℃），面积约为1.7m2，温度约为75℃，则：Q发=4.02×1.7×（75-25）=341.7W4)通过窗玻璃传入车内的热负荷Q玻车窗玻璃面积见表2：图4车体玻璃的面积1（红色区域）图5车体玻璃的面积2（红色区域）本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第7页共16页表2车窗玻璃面积（m2）全面积前窗约3.4约1.0图6前玻璃的垂直投影（红色区域）图7前玻璃的水平投影（红色区域）其中前窗挡风玻璃并非垂直安装，其垂直方向投影面积约为0.2m2，水平方向投影面积约为0.9m2。玻璃传热系数为：K玻=11.5W/（m2·℃）则由于车内外温差而形成的热负荷为：Q玻1=11.5×3.4×（38-25）=508.30W又太阳总辐射量为：U=I侧（3.4-1.0+0.2）+I水平·0.9本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第8页共16页=100×2.6+1000×0.9=1160W则由于太阳辐射而形成的热负荷为：Q玻2=（η+ρα1/α2）U·S式中：η：太阳辐射透过玻璃的透入系数，取η=0.84；ρ：玻璃对太阳辐射热的吸收系数，取ρ=0.08；S：遮阳修正系数，取S=1.0。Q玻2=（0.84+0.08×15/33.48）×1160×1.0=1015.97W总热负荷:Q玻=Q玻1+Q玻2=508.3+1015.97=1524.27W5)乘员热负荷Q人乘员全热：108W司机全热：175W总热量：Q人=0.89×6×108+175=751.72W车内电机及照明灯等的热负荷Q附暖风机电机转换为热量的功率约为40W，收放机功率约为7W，照明灯等功率约为5W。则：Q附=40+7+5=52W6)总热负荷：Q总=Q顶+Q侧+Q发+Q玻+Q人+Q附=3565.24W取整：Q总=3560W7)制热负荷冬季车外温度低于车内，热量会通过车身、车窗等传到车外。忽略人体、电器散发热量。Q热=Q顶+Q侧+Q发+Q玻=2761.52W取整：Q热=2760W8)结论通过以上计算分析，总热负荷为3560W。所以N800电动空调系统的制冷性能应不小于3560W。同时上述分析尚有一些影响空调系统制冷性能的因素没有考虑，诸如整车密封性能、隔热措施的采用、室内新风吸入量等。需要对样车或相关类似车型的空调系统进行详细的分析和测试，再结合理论分析和整车其它的限制因素，最终确定一个优化的系统制冷参数，进而确定系统各个部件的参数。同时，由于不同车型（窄体单排、中体双排、宽体排半等）对空调制冷能力的需求也有所不同，对于这种情况，通常的做法是采用可变频一体式压缩机，而不改变空调系统的其它部件来达本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第9页共16页到空调系统与整车的匹配。制热负荷为2760W，电动空调采暖和除霜采用PTC电加热，PTC能根据车内温度、风量自动调节发热量，制热负荷小于制冷负荷，只需根据需要选择适合的产品即可。2.2电动压缩机选型计算2.2.1压缩机结构形式汽车空调压缩机是汽车空调系统的心脏，其作用是将来自于蒸发器的低温、低压的制冷剂气体压缩成高温、高压的气体，并将其送入冷凝器中，以保证制冷循环的正常进行。压缩机性能的好坏与空调系统的能量消耗、噪声大小和运转可靠性都有直接关系。电动汽车对车上辅助设备的能量消耗有严格的要求，因此在电动汽车上所使用的空调压缩机应具有较高的工作效率，使其在满足使用要求的情况下，能量消耗降到最低。从汽车空调发展趋势来看，涡旋式压缩机将是未来汽车空调的主要机型，其原理是利用动、静涡旋片的相对公转运动形成闭死容积的连续变化，实现压缩制冷工质的目的。涡旋式压缩机具有以下优点：1)效率高。涡旋压缩机没有吸、排气阀及余隙容积，气体可以通畅的吸入并能被完全排出，容积效率高。同时，动旋片上的所有点都以很小半径作同步转动，摩擦损失小。同活塞式压缩机相比较，其效率约高10%〜15%。2)运转平稳。多腔室连续工作，数个不同相位的工作循环同时进行，气流脉动小,扭矩变化均匀。3)没有吸、排气阀，运转可靠，寿命长，且特别适应于变速运转。4)转动惯量小，涡旋的结构型式使压缩机可以实现高速旋转，最高转速可达13000rpm左右，因此，涡旋式压缩机体积小、重量轻。5)由于吸气过程几乎连续进行，振动噪声低。2.2.2压缩机驱动电机结构形式为了最大限度地降低制冷剂的泄漏量，电动空调压缩机往往会做成不可拆卸的全封闭系统，这给电机的保养和维修带来了麻烦，传统的直流电动机，因其工作离不开换向器和碳刷，转动的换向器和碳刷始终处于接触的摩擦状态，很容易磨损，需经常保养维护，故不能釆用。另一方面，为了提高空调系统的工作品质并降低其能量消耗，电动压缩机的驱动电机应具有良好的调速性能，基于不同的调速原理，三相异步电动机和无刷直流电动机都能满足这一要求，但比较这两种电机，由于无刷直流电机转子是永磁的，不用供给电流，没有激磁损耗，效率更高。同时，其还具有体积小、重量轻、振动噪声低、无电磁干扰及控制系统简单等优点，因此在电动空调系统上的应用具有更广阔的前景。2.2.3空调制冷剂热力循环压焓图本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第10页共16页对于汽车空调制冷系统，由前面计算得到的空调制冷负荷，从空调制冷原理出发,结合空调制冷系统热力循环图，就可以计算得到电动压缩机功率、冷凝器换热量等空调制冷系统匹配参数。电动汽车空调制冷系统制冷剂的压焓图如图8所示。空调的制冷循环，主要由下列四个过程组成：图8空调制冷过程压-焓图1)压缩过程低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入，并压缩成高温高压的制冷剂气体。这一过程是以消耗机械功作为补偿，压缩增压，以便气体液化。在图8中用线段1-2表示。2)冷凝过程制冷剂气体由压缩机排出后进入冷凝器。这一过程在压力和温度不变得情况下，制冷剂由气态逐渐向液态转变。用线段2-3-4表示。3)节流膨胀过程高温高压的制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压后进入蒸发器。该过程的作用是制冷剂降温降压、调节流量、控制制冷能力。用线段4-5表示。4)蒸发过程制冷剂液体经膨胀阀降温降压后进入蒸发器，吸热制冷后从蒸发器出口被压缩机吸入。此过程的特点是在压力不变的情况下，制冷剂由液态变为气态。用线段5-0表示。过程0-1为在蒸发器和压缩机之间，产生吸气过热的阶段，是通过回热循环，利用节流前的制冷剂液体来加热回到压缩机的气体，从而产生液体过冷和吸气过热两种结果。液体过冷可以避免因节流损失使少量制冷剂蒸发而产生的闪气现象。吸气过热可防止液滴被带入压缩机气缸内，从而避免气缸中的液击。过程l-2s为等熵过程，是理论上的压缩机绝热变化过程，但实际上，压缩过程不是完全的绝热过程，其绝热指数也是不断变化的。因此，压缩机的实际工作过程为1-2，状态点2的焓值可用下式进行计算：h2=（h2s−h1）ηi+h1式中：h1—压缩机进气口的制冷剂焓值，kJ/kg；h2、h2s—压缩机排除制冷剂的实际、理论焓本文件挂在中心网页上的版本为受控版本，一经打印，则是非受控版本，仅作为参考第11页共16页值，kJ/kg；ηi—压缩的指示效率。2.2.4热力循环状态参数的确定1)工况条件确定