空调系统制冷热负荷计算书.docx
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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
KWMC-EA-JS-008
空调系统制冷热负荷计算书
2012-02-05发布2012-02-06实施
江苏卡威汽车工业集团有限公司发布
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。
本标准山江苏卡威汽车工业集团有限公司提出。
本标准山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
♦设计参数:
车外温度:
血二38°C,相对湿度:
(1)二62%
车内温度:
tB=25°C,相对湿度:
<1)=60%
车内成员数:
N二5人,
车内新风量:
V二N*Vf5*11二55n?
/h
太阳辐射强度:
t尸38°C时,水平面上太阳辐射强度I二lOOOW/nf车速:
v二40km/h
♦附加说明
计算制冷量时所取的车厢内容积为:
U=3.68m‘o
♦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=Qs+Qg+Qv+Qp+Qm+Qi
Q=aiQe
式中:
ax——储备系数,取a:
=l.15;
制冷机产生的冷量;
Qe——车身总热负荷;
Qb——车体传入热量;
Qg——玻璃传入热量;
Q新风热;
Qp——人体热;
Qm——用电设备散热量;
Q’一一车内零件散热量。
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)、后围等儿部分组成。
即车身壁面热负荷表达式为:
Qs=Q顶板+Qw帰面+Q地板+Q前国+
■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=KiFt(tH—tB)
式中:
Q,——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热量;
K.——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热系数;
F.——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1^38°0;
ts——车内空气温度,这里取为侨二25°C;
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—te)
式中:
Q——分别表示前围、后圉的传热量;
K.——分别表示前围、后围的传热系数;
F>分别表示前禺、后禺的传热面积;
饷一一分别表示发动机室、行李箱内的温度;
tB——车内空气温度,这里取为tB二25°C;
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K,是不同的。
要分别计算各部分的传热系数K,。
■对于车顶板、侧壁面、地板,传热系数讣算式如下;
K.=
丄+工乩丄
aHAaB
式中:
oh——外表面放热系数,与表面相对气流速度有关。
当车速为vMOkm/h
时,可取OH~146kJ/(nf•h•°C)o
g——内表面放热系数,在汽车空调状态,可取as^60kJ/(m2・h・°C)。
6——隔热材料厚度(m)。
九一一隔热材料导热系数W/(m・°C)。
■对于前围和后围,传热系数可以按照下式计算:
式中:
a.一一对于前围,表示发动机侧壁面对流放热系数,取
a尸100kJ/(nf・h・°C);对于后围,表示行李箱内壁面对流放热系数,取Of=41.8kJ/(m2・h・°C)。
as——车身内表面放热系数,在汽车空调状态,取血〜60kJ/(m2・h・°C)。
6——隔热材料厚度(m)。
九一一隔热材料导热系数W/(m・°C)。
(1)、顶板
计算中,对顶板的构成进行了简化,取其厚度为30mmo并具有以下结构:
1mm钢板+24mm空气夹层+5mm内饰板
各材料导热系数如下:
钢板一一入=54W/(m・°C);
空气——九=6.4W/(m・°C);内饰板——取经验数据,入=0.03W/(m・°C)。
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:
瓦=-==14.18kJ/(nf•h•°C)
丄十丁乞十丄丄+0.047+—
aH—入aB14660
■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:
1mm钢板+5mm内饰板
各部分材料导热系数同上。
则传热系数为:
K、=U—-=r=14.39kj/(m5・h•°C)
—+y^+—丄+0.046+丄
aH—A.aB14660
顶板的外表面积为丽=2.10*1.16二2.44耐。
计算中,取车顶板的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。
K-,=—=14.22kj/(m5•h」C〉
liiil生师桶的传执塞数次.F
(2)、车身侧壁面、后围
■山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。
111于车门等处结构较为复杂,计算中,对车身侧壁和后圉的构成进行了简化,取其厚度为100mm。
并具有以下结构:
1mm钢板+94mm空气夹层+5mm内饰板
各材料导热系数如下:
钢板一一入=54W/(m-°C);
空气——入=6.4W/(m•°C);
内饰板——取经验数据,九=0.03W/(m*°C)o
对于这部分结构,
可以按照多层均匀平壁计算,代入各材料用度及导热系数,则有:
K]=—=—=13.60kJ'(nf•h•"C)
—+7-^+—丄+0.050+丄
aH一*AiaB14660
■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:
lmm钢板+5mm内饰板
各部分材料导热系数同上。
则传热系数为:
乳=U~~-=1=14.39kJ/(nf•h•°C)
-丄+丁乞+丄丄+0.046+丄aH—人・aB14660
半牙侧壓IHMJ弁衣IHI枳刀旳1=U.3*i.Z3-U.03丿*Z=4・4Um\方旳旳介衣【HI积为Ff=1.44*1.12-1.3*0.4=1.09m2。
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。
K.y二'尺总=13.76kJ/(nT・h•°C)则车侧壁面和后围的传热系数为:
'F
(3)、地板
计算中,对地板的构成进行了简化,取其厚度为16mm。
并具有以下结构:
lmm钢板+10mm隔热材料+5mm地毯
各材料导热系数如下:
钢板一一入=54W/(m・°C);
隔热材料、地毯——取经验数据,入=0.139W/(m・°C)。
按照多层均匀平壁计算,代入各材料厚度及导热系数,则有:
禺===18.69kj/(ms•h「C)
丄+y企+丄-L+0.030+—
aH—入aB14660
考氐地饮内地垒旳即枳,则地伙旳农同枳地=1.S8*2・6=4.lim\
⑷、前围
发动机罩壁在车厢内部分按照以下结构组成:
lmm钢板+10mm隔热材料
其中,各组成部分导热系数如下:
钢板——九=54W/(m>°C);
隔热材料的导热系数取为经验数据一一入=0.139W/(m•°C)。
按多层均匀平壁传热计算:
式中:
oc——发动机侧壁面对流放烈糸釵,取aEOOkJ/(nr•h•°C)。
g——车身内表面放热系数,在汽车空调状态,取心〜
60kJ/(m2•h•°C)o
经计算得到:
=\―-=1=21.43kJ/(niJ・h•°C)
•丄+工2+_1丄+0020+丄
aFJ入aB10060
发动机罩壁表面积为坯=1.3*0.79=1.027m2o
2、Fl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)III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:
Q:
二FK(tH-tB)
(2)车身外表面从太阳辐射中吸收的热量:
QfFK(tc-tH)
则传入的总热量:
Q二Q:
+Q==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。
pl
%+K
式中:
P牛另%衣即吸収糸致,与表面颜色、粗糙度有关,取为P二0.9;
I——太阳总的辐射强度,I二匚+匸。
匚为太阳直射辐射强度,I:
为太阳散射辐射强度。
I水平=3600kj/(m2•h),I阳二974kj/(itf・h),Iw=253kj/(m2•h)o
对于车顶.车侧壁而,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:
tcnFtn+Pralr«/(qh+Kjcj)°C其中,Ira=I水平
tc侧二tx+PmIm/(och+Kw)°C其中,Im=(I阳+5)/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地二tH+2・5°C
经计算得到:
tc地二40.5°CtcnF60°Ctcw=41.5°C
3、车身壁面传热量的计算
■综上所述可知,顶板、侧壁而和后弗I、地板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分,则用日照表而综合温度代替车外空气温度,它们的传热量分别为:
Q.^FroK-q(terfl-tB)=1214.4kJ/h=337W
Qm=FmKm(tcM-ts)=1110.2kJ/h=308W
Q地二F地心(tcw-ts)=1190.6kJ/h=331W
由于计算过程中有一世近似性,对于顶板、侧壁而、地板的传热可以进行修正,则有:
Qbi=as(Qm+Qflij+Qjft)=1269W
式中:
as——修正系数,取a3=1.3o
■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『(二F『Kw(tn-ts)二1320.5kj/h二337W
式中:
如——发动机室的空气温度,取如二85°C。
■则车身壁面传入的总热量为:
Qs=Qsi+=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:
QfS+Qc:
(1)由于车内外温差而传入的热量Q“:
Qgi二K»kF披(t厂
(2)III于太阳辐射通过玻璃传入的热量S:
U=F,班1+(珈一F,«)Is
aH
式中:
q——太阳辐射通过玻璃的透入系数,耳二0.84。
p——玻璃对太阳辐射热吸收系数,p二0.08o
S——遮阳修正系数,取*0.97
I——车窗外表面的太阳辐射强度,取为I二974kj/(m2・h)。
Is——车窗外表面的太阳散射辐射强度,取Is二167kj
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