16空调系统制冷热负荷计算书

江苏卡威汽车工业集团有限公司企业标准空调系统制冷热负荷计算书2012-02-05发布江苏卡威汽车工业集团有限公司发布2012-02-06实施KWMC-EA-JS-008KWMC-EA-JS-008前言进行汽车空调系统设计或选型之前应进行车身热负荷计算，以确定该空调装置应具备多少制冷或制热能力。本标准由江苏卡威汽车工业集团有限公司提出。本标准由江苏卡威汽车工业集团有限公司汽车研究院负责归口管理。本标准第一版主要起草人：倪建华、鱼灵炜本标准第二版2012年5月修订。本标准第二版主要修改人：倪建华、鱼灵炜KWMC-EA-JS-008◆设计参数：车外温度：tH=38℃，相对湿度：ф=62%车内温度：tB=25℃，相对湿度：ф=60%车内成员数：N=5人，车内新风量：V=N*V1=5*11=55m³/h3太阳辐射强度：tH=38℃时，水平面上太阳辐射强度I=1000W/㎡车速：v=40km/h◆附加说明计算制冷量时所取的车厢内容积为：V3.68m³。3所取的计算空间如图所示：后窗顶板前窗发动机罩（在车厢内部分）地板◆制冷热负荷计算由于车外温度高于车内，加上太阳辐射的作用，有大量热量会通过车身壁面、车窗等传入车内。同时，乘员的汗热和湿热也会使车内温度升高。可见，影响车内热负荷的因素很多。综合各种因素，车身热平衡的方程式表达如下：QeQBQGQVQPQMQLQ1Qe式中：1——储备系数，取1＝1.15；Q——制冷机产生的冷量；KWMC-EA-JS-008Qe——车身总热负荷；QB——车体传入热量；QG——玻璃传入热量；QV——新风热；QP——人体热；QM——用电设备散热量；QL——车内零件散热量。现在分别计算各部分的热负荷。一、通过车身壁面传入的热量车身壁面包括顶板、侧壁面、地板、前围（发动机罩壁在车厢内部分）、后围等几部分组成。即车身壁面热负荷表达式为：QBQ顶板Q侧壁面Q地板Q前围Q后围■车身壁面多属均匀壁面，因此，它的传热可以按照多层均匀壁面传热计算。其中，顶板、侧壁面、地板传热量的计算公式如下：QiKiFi(tHtB)式中：Qi——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热量；Ki——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热系数；Fi——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热面积；tH——车外空气温度，这里取为tH=38℃；tB——车内空气温度，这里取为tB=25℃；对于前围和后围，由于发动机室和行李箱里的温度都远高于车外空气温度，所以这里的传热可以单独考虑。计算时按照如下公式：QiKiFi(tFitB)式中：Qi——分别表示前围、后围的传热量；Ki——分别表示前围、后围的传热系数；Fi——分别表示前围、后围的传热面积；tFi——分别表示发动机室、行李箱内的温度；tB——车内空气温度，这里取为tB=25℃；1、车身壁面传热系数K的计算传热系数K与车身内、外表面放热系数及隔热层热阻有关，由于车身各壁面的条件不同（比如壁面外表面温度、车身隔热措施等差别很大），所以车身各壁面的传热系数Ki是不同的。要分别计算各部分的传热系数Ki。KWMC-EA-JS-008■对于车顶板、侧壁面、地板，传热系数计算式如下；式中：H——外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。当车速为v=40km/h时，可取H≈146kJ/(㎡·h·℃)。B——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取B≈60kJ/(㎡·h·℃)。——隔热材料厚度(m)。——隔热材料导热系数W/(m·℃)。■对于前围和后围，传热系数可以按照下式计算：式中：F——对于前围，表示发动机侧壁面对流放热系数，取F=100kJ/(㎡·h·℃)；对于后围，表示行李箱内壁面对流放热系数，取F=41.8kJ/(㎡·h·℃)。B——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B≈60kJ/(㎡·h·℃)。——隔热材料厚度(m)。——隔热材料导热系数W/(m·℃)。(1)、顶板计算中，对顶板的构成进行了简化，取其厚度为30㎜。并具有以下结构：1㎜钢板＋24㎜空气夹层＋5㎜内饰板各材料导热系数如下：钢板——＝54W/(m·℃)；空气——＝6.4W/(m·℃)；内饰板——取经验数据，＝0.03W/(m·℃)。对于这部分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：■车身顶板处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部分构成为：各部分材料导热系数同上。则传热系数为：1㎜钢板＋5㎜内饰板KWMC-EA-JS-008顶板的外表面积为F顶＝2.10*1.16=2.44㎡。计算中，取车顶板的1/5为金属则车顶板的传热系数为：(2)、车身侧壁面、后围■由于车身侧壁面和后围结构相近，计算时按照相同结构进行处理。由于车门等处结构较为复杂，计算中，对车身侧壁和后围的构成进行了简化，取其厚度为100㎜。并具有以下结构：1㎜钢板＋94㎜空气夹层＋5㎜内饰板各材料导热系数如下：钢板——＝54W/(m·℃)；空气——＝6.4W/(m·℃)；内饰板——取经验数据，＝0.03W/(m·℃)。对于这部分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：■车身侧壁面和后围处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部分构成为：1㎜钢板＋5㎜内饰板各部分材料导热系数同上。则传热系数为：车身侧壁面的外表面积为F侧＝(2.3*1.23-0.63)*2=4.40㎡，后围的外表面积(3)、地板计算中，对地板的构成进行了简化，取其厚度为16㎜。并具有以下结构：1㎜钢板＋10㎜隔热材料＋5㎜地毯面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。为FF＝1.44*1.12-1.3*0.4=1.09㎡。计算中，取车身侧壁面和后围面积的1/5为金属面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。则车侧壁面和后围的传热系数为：则车侧壁面和后围的传热系数为：KWMC-EA-JS-008各材料导热系数如下：钢板——＝54W/(m·℃)；隔热材料、地毯——取经验数据，＝0.139W/(m·℃)。按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：考虑地板内地垄的面积，则地板的表面积为F地＝1.58*2.6=4.11㎡。(4)、前围发动机罩壁在车厢内部分按照以下结构组成：1㎜钢板＋10㎜隔热材料其中，各组成部分导热系数如下：钢板——＝54W/(m·℃)；隔热材料的导热系数取为经验数据——＝0.139W/(m·℃)。按多层均匀平壁传热计算：式中：F——发动机侧壁面对流放热系数，取F=100kJ/(㎡·h·℃)。B——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B≈60kJ/(㎡·h·℃)。经计算得到：发动机罩壁表面积为FF＝1.3*0.79=1.027㎡。2、日照表面综合温度的计算考虑到太阳辐射的作用，通过车身壁面传入的热量由两部分组成。(1)由于车身内外空气的温差，通过车身外表面以对流换热方式从大气中得到的热量：Q1=FK(tH-tB)(2)车身外表面从太阳辐射中吸收的热量：Q2=FK(tC-tH)则传入的总热量：Q=Q1+Q2=FK(tC-tB)由于太阳辐射使车身外表面温度升高，将太阳辐射强度转化成相当的形式，与车外温度迭加在一起，组成太阳照射表面的综合温度，即tC。KWMC-EA-JS-008式中：ρ——车身外表面吸收系数，与表面颜色、粗糙度有关，取为ρ=0.9；I——太阳总的辐射强度，I=Id+Is。Id为太阳直射辐射强度，Is为太阳散射辐射强度。I水平=3600kJ/(㎡·h)，I阳=974kJ/(㎡·h)，I阴=253kJ/(㎡·h)。对于车顶、车侧壁面，由于太阳射入的角度不同，太阳辐射强度是不同的。具体如下：tc顶=tH+ρ顶I顶/(H+K顶)℃其中，I顶=I水平tC侧=tH+ρ侧I侧/(H+K侧)℃其中，I侧=(I阳+I阴)/2对于地板，没有受到太阳辐射的影响，但受到地面反射热以及发动机热的影响，使得地板外表面温度比大气温度高一些。可取：tc地=tH+2.5℃经计算得到：tc地=40.5℃tc顶=60℃tc侧=41.5℃3、车身壁面传热量的计算■综上所述可知，顶板、侧壁面和后围、地板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分，则用日照表面综合温度代替车外空气温度，它们的传热量分别为：Q顶=F顶K顶(tc顶-tB)=1214.4kJ/h=337WQ侧=F侧K侧(tc侧-tB)=1110.2kJ/h=308WQ地=F地K地(tc地-tB)=1190.6kJ/h=331W由于计算过程中有一定近似性，对于顶板、侧壁面、地板的传热可以进行修正，则有：QB1=а3(Q顶+Q侧+Q地)=1269W式中：3——修正系数，取3=1.3。■而对于前围，没有受到太阳辐射的作用，只考虑温差传热的影响，通过这部分传入的热量为：Q前=F前K前(tF1-tB)=1320.5kJ/h=337W式中：tF1——发动机室的空气温度，取tF1=85℃。■则车身壁面传入的总热量为：QBQB1Q前12693371606W二、通过门窗玻璃传入的热量考虑到太阳辐射，通过门窗玻璃传入的热量由两部分组成：QG=QG1+QG2(1)由于车内外温差而传入的热量QG1：QG1=K玻F玻(tH-tB)KWMC-EA-JS-008(2)由于太阳辐射通过玻璃传入的热量QG2：U=F’玻I+(F玻-F’玻)IS式中：——太阳辐射通过玻璃的透入系数，=0.84。——玻璃对太阳辐射热吸收系数，=0.08。S——遮阳修正系数，取S=0.97I——车窗外表面的太阳辐射强度，取为I=974kJ/(㎡·h)。Is——车窗外表面的太阳散射辐射强度，取IS=167kJ/(㎡·h)。U——车窗的太阳辐射量。F玻——车窗总面积。F玻＝0.78+0.52+（0.2826+0.3192+0.0328）*2≈2.570㎡F’玻——阳面车窗面积。F’玻＝F玻/2=1.285㎡K玻——玻璃的传热系数，取K玻=23kJ/(㎡·h·℃)。H——外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。当车速为v=40km/h时，可取H≈146kJ/(㎡·h·℃)。B——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取B≈60kJ/(㎡·h·℃)。代入各相关参数，得到：QG1≈768kJ/hU≈1466.2kJ/hQG2≈1241kJ/hQG=2009kJ/h≈558W三、新风热新风热QV的计算式：当tH=38℃，相对湿度ф=62%时，hH=106kJ/kgDA；当tB=25℃，相对湿度ф=60%时，hB=55.5kJ/kgDA。得到：QV=3152.46kJ/h≈876W。四、乘员人体散发的热量人体散发的热量与劳动强度、周围空气温度、性别、年龄、衣着等很多因素有关。一般按每人每小时发热量418kJ计。QP=418NkJ/h式中：N——乘员人数，按照5人计算。式中：——空气密度，当tH=38℃时，=1.135kg/m³V——车内新风量：V=N*V1=5*11=55m³/hhH、hB——车内外空气的焓值。KWMC-EA-JS-008则有：QP=2090kJ/h≈581W。五、车内零件散热量方法一：座椅蓄热量由于空调起动时，车内温度很高，则车内座椅等要储存一部分热量。这部分热量也应该列入车身热负荷的范围。这里取车内初始温度为60℃，经过半小时后降到25℃计算。座椅放热量：座椅材料取为泡沫塑料。式中c——泡沫塑料的比热，这里取为c=1.72kJ/(kg·℃)；ρ——泡沫塑料的密度，这里取为ρ=41㎏/m；V——座椅容积。V座椅=0.263m；t、tB——座椅的初始和终了温度，t＝60℃，tB＝25℃。——座椅放热经过时间，＝0.5h。则座椅放热量为：QL1.72410.263(6025)/0.51298.3kJ/h≈361W方法二：车内零件散热量考虑车内零件的散热量，可以按照下列公式计