客车空调系统学习课件

1、第八章 城轨车辆空调系统 空气调节的定义空气调节的定义 空气调节就是把经过一定处理之后的空气，以一定方式送入室内，使室内 空气的温度、湿度、洁净度和气流速度控制在适当范围内，也就是说，空气调节 是调节和控制空气品质的一门技术。 空调的分类（按用途来分）： 为人们创造舒适的生活环境的舒适空调 为生产技术创造必需的环境条件的精密空调 (亦称恒温恒湿)。 客车空气调节是用于为旅客创造舒适的旅途生活 条件属于舒适空调。 第一节第一节 空调系统的组成和结构形式空调系统的组成和结构形式 一、车辆空气调节装置的组成一、车辆空气调节装置的组成 车辆空气调节装置主要由： 通风系统、 空气冷却系统、 空气加热系统

2、、 空气湿处理系统 自动控制系统 等五个基本部分组成。 1 1、通风系统、通风系统 通风系统起着空气的滤清、空气的输送及空气的分配等作用。通风机将车外 新鲜空气吸入车内与再循环空气混合，并滤清灰尘和杂质后，再送入客室内同 时排出客室内多余的污浊空气，以保持客室内空气的洁净度和空气的流动速度。 2 2、空气冷却系统、空气冷却系统 空气冷却系统用于处理由通风机吸入的车内外的空气，以保证夏季客室内空气的温度达到指定的范围。 由于空气冷却器的表面温度通常低于空气的露点，因此空气在通过空气冷却器冷却过程的同时也得到 了减湿处理，从而保证了夏季客室内空气的相对湿度也在要求的范围之内。 3 3、空气加热系统

3、、空气加热系统 在冬季，空气加热系统对进入车内空气的进行预热，同时对客室内热损失的补偿，从而保证冬季车内空气 的温度达到指定的范围。 4 4、空气加湿系统、空气加湿系统 在冬季，当空气被加热而温度提高之后，其相对湿度就可能比较低，空调装置必须对空气进行加湿处理。 车辆一般采用喷雾加湿和电极加湿器对空气进行加湿处理。 5 5、自动控制系统、自动控制系统 自动控制系统包括自动调节和控制各种空气参数的仪表和设备。使得空调装置按照给定的调节方案，控制 空调各系统的工作，从而保证车内的空气参数维持在设计的范围内。 二、车辆空气调节装置的结构形式二、车辆空气调节装置的结构形式 目前在车辆上采用的空气调节装

4、置有 分体式 单元式 两种形式。 1 1、分体式空调机组、分体式空调机组 分体式空调机组是将制冷系统分成两个部分，一部分为空气冷、热处理和输送设备，置于车内端部，并 通过通风道、送风器送人车内，一般上送风，下回风，从车端墙新风口引入新风。一部分为压缩冷凝部分，置 于车下。 分体式车辆空调机组示意图分体式车辆空调机组示意图 蒸发器 压缩机 冷凝器 车内风道 通风机 分体式客车空调机组的特点分体式客车空调机组的特点 分体式空气调节装置的压缩冷凝机组安装在车下，故重心较低，而且通风系统设在车顶部，风道容易布 置，但对制冷机组的保养、检查必须在车外进行，同时由于制冷设备管路长，容易产生泄漏。 2 2、

5、单元式空调机组、单元式空调机组 单元式空调机组是将压缩机、冷凝器、冷凝风机、气液分离器、干燥过滤器、毛细管(或膨胀阀）、通 风机、蒸发器和空气预热器等集中安装在一个箱体里组成一个完整的单元。 KLD29KLD29单元式空调机组外形图单元式空调机组外形图 单元式空调机组结构示意图单元式空调机组结构示意图 车上单元式空调机组安装车上单元式空调机组安装 空调机组 空调机组 通风道 车下单元式空调机组安装示意车下单元式空调机组安装示意 车内送风道 空调机组 回风道 单元式空调机组的特点单元式空调机组的特点 单元式空调机组制冷设备管路大为缩短，不但可以节省大量有色金属，还可减少泄漏，且体积小、重量 轻，

6、结构紧凑、机组互换性好和检修方便。 3 3、典型车辆空调机组的应用、典型车辆空调机组的应用 在在 车车 中中 央央 布布 置置 的的 单单 元元 式式 空空 调调 机机 组组 KLD40PVKLD40PV单元式空调机组结构图单元式空调机组结构图 1-冷凝风机 2-冷凝器 3-减震器 4-气液分离器 5-压力开关 6-制冷压缩机 7-蒸发器风机 8-电加热器 9-蒸发器 10-新风调节器 11-过滤网 12-插头 KLD29KLD29单元式空调机组结构图单元式空调机组结构图 1-冷凝风机 2-冷凝器 3-减震器 4-气液分离器 5-压力开关 6-制冷压缩机 7-蒸发器风机 8-电加热器 9-蒸发

7、器 10-新风调节器 11-过滤网 12-插头 地铁车辆用单元式空调机组结构图地铁车辆用单元式空调机组结构图 Air-handling unit 空气处理单元空气处理单元 Compressor/condenser units 压缩机压缩机/冷凝机单元冷凝机单元 HVAC Compact unit drivers cab 司机室司机室HVAC单元单元 Exhaust air unit 排风单元排风单元 Exhaust air unit 排风单元排风单元 Control panel with emergency inverter 带应急变频器的控制柜带应急变频器的控制柜 CRH1型动车组空调系统图

8、 CRH5CRH5动车组空调系统的布置动车组空调系统的布置 空调机组 控制柜 送风道循环风道 第一节第一节 完完 第二节第二节 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图 一、湿空气的参数一、湿空气的参数 湿空气是制冷与空气调节的对象。凡是含有水蒸气的空气就叫做湿空气，即： 湿空气干空气十水蒸气 湿空气满足气体状态方程湿空气满足气体状态方程 P = R T P V = G R T 式中p气体的压力(Pa)； 气体的比容(m3/kg)， T气体的绝对温度(K)； G气体的质量(kg)， V气体的容积(m3) R气体常数(j/kg K)，与气体的性质有关 在空气调节中，常用的湿空气参数在空气调节中，常用的湿空气

9、参数 压力（包括大气压力、水蒸气饱和分压力） 温度 （干球温度、湿球温度、露点温度） 湿度 （绝对湿度、相对湿度、含湿量） 焓 1、压力： 湿空气是由于空气和水蒸气所组成的混合气体，所以湿空气的总压力可 按道尔顿定律来确定，等于干空气的分压力（ Pg ）与水蒸气分压力 （ Pzq ）之和，即 P = Pg + Pzq 空气调节工程中所处理的湿空气就是大气，所以 湿空气的压力P，就是当地的大气压力B B = Pg + Pzq 大气压力随海拔高度、地理纬度的不同和季节、 天气的晴雨变化而有差异。 通常以纬度45处海平面上的常年平均气压作为一个“标准大气压” 。 一个“标准大气压”相当于101325

10、Pa。 海拔高度的变化对大气压力影响较大，其具体数值可以从气象资料查得。 饱和空气与未饱和空气 湿空气的压力，特别是对其中水蒸气的分压力有进 一步的认识，必须明确饱和空气与未饱和空气的概念。 在一定的温度条件下，空气中水蒸气分子的含量 越多，水蒸气的分压力就越大。 如果空气中水蒸气的含量超过某一含量时， 空气中就有水分析出。这说明，在一定温度条件下， 湿空气中容纳水蒸气的数量是有一个最大限量的， 亦即湿空气中水蒸气的分压力有一个最大值，这个 最大值就称为该温度时的饱和水蒸气分压（ Pbh ）。 在大气中，如从水蒸发为汽的数量与从空气中水 蒸气凝结为水的数量相等，此时大气中含的水蒸气数 量达到了

11、最大限度，即水蒸气处于饱和状态。这种干 空气和饱和水蒸气的混合物，称为饱和空气。 若湿空气中水蒸气的分压力低于其温度下的饱和 分压力，水蒸气处于过热状态，这就是干空气和过热 水蒸气的混合物，称为末饱和空气。 在一定温度条件下，湿空气中水蒸气分压力的大小， 是衡量水蒸气含量即湿空气干燥或潮湿的基本指标。温 度越高，水蒸气的饱和分压力就越大。 2、温 度 湿空气的温度就是干空气的温度，也就是水蒸气 的温度。 温度通常用t或T表示，温度的单位有摄氏温度 ()、华氏温度（）和绝对温度（K)。不同的温 标得到不同的温度值。t表示空气的摄氏温度，T表 示空气的绝对温度。 T = t + 273(k) 3、

12、湿 度 湿度的大小表示了空气中所含水蒸气量的多少。 根据用途的不同，湿度有以下几种表示方法： 绝对湿度 相对湿度 含湿量。 (1)绝对湿度 每立方米湿空气中所含水蒸气的质量，称为空气的绝对湿度。 由于湿空气中的干空气与水蒸气是均匀混合的，而且占有相同的体积， 所以绝对湿度在数值上就等于水蒸气在其分压力和温度t下的密度。 即 式中 ：水蒸气的分压力(Pa) 根据公式，只要知道了湿空气中水蒸气的分压力和它的温度，就可以求出其 绝对湿度。 绝对湿度只能说明湿空气在某一温度下实际所含水蒸气的质量，但还不能由 它直接说明湿空气的干、湿程度。 判断这种空气是干燥还是潮湿，尚要看空气的温度。绝对湿度相同的

13、两种空气，其干、湿程度未必相同，必须在相同温度下才能判定，这在应用 上很不方便。 故在空气调节中常采用相对湿度来表示湿空气的干湿状态。 （2） 相对湿度 一立方米湿空气中所含水蒸气的质量，与同一温度下饱和 空气中所含水蒸气质量的比值，称为相对湿度。符号为，即 相对湿度也可表示为：湿空气的绝对湿度与同温度下 饱和空气的绝对湿度之比。 相对湿度反映了湿空气中所含水蒸气的分量接近饱和的程度，故亦称饱和 度.值小，表示空气饱和程度小，吸收水分的能力强；值大，表示空气饱和 程度大，吸收水分的能力弱。 当为0时，则为干空气；为100时，则为饱和空气。 若把湿空气中的水蒸气视为理想气体，则末饱和 空气中的水

14、蒸气和同温度下饱和空气中的水蒸气的状 态方程式分别为： 两式相除得：=Pzq / Pbh100 所以，相对湿度也可以用湿空气中水蒸气的分压 力与同温度下水蒸气的饱和分压力之比来表示。 （3）含湿量（d） 定义：随着1kg干空气同时存在的水蒸气质量(g)，称为湿空气的含湿量，用符号 d表示。 在空调工程中，无论湿空气的状态如何变化，其中干空气的质量总是不变的， 为了计算的方便，就采用1kg干空气作为计算的基准。 或 含湿量的计算公式： 4、焓(H) 在空气调节工程中，对空气的加热或冷却都是在定压条件下进行的。定 压过程中热量的交换，可用过程前后的焓差来计算，其焓差为 因此，只要求出焓差就可以反映

15、空气热量的变化。 湿空气的焓用湿空气的焓用H H表示表示 (1(1十十0.001d)kg0.001d)kg湿空气的焓是湿空气的焓是1kg1kg干空气的干空气的 焓和焓和d(g)d(g)水蒸气的焓的总和。水蒸气的焓的总和。 H H = = hg hg + 0.001+ 0.001d d h hzq zq 式中式中 hghg1kg1kg于空气的焓于空气的焓(kJ(kJkg)kg) h hzq zq1kg 1kg水蒸气的焓水蒸气的焓(KJ(KJkg)kg) 无论干空气的焓，还是水蒸气的焓都不是一个绝 对值，而是相对于另一种情况下的焓来说的。 空调工程中，一般规定0时于空气的焓为0并 认为在空气调节工

16、程涉及的范围内干空气和过热水 蒸气的定压比热为定值，所以： H=1.01t+0.001d(2501+1.85t) (kJ/kg) 式中 1.01 干空气的定压比热(kJkgK) 1.85 水蒸气的定压比热(kJkgK) 2501 0时水的汽化热(kJkg) 湿空气的焓的计算公式 以上介绍了和空气调节有关的湿空气的主要参数。 当大气压力量为一定时，H、d、t、四个参数中，只要知道其中任意两 个，就可根据这两个公式计算出其余的参数。 这也可以说，四个参数中知道任意两个，就可以完全确定某一空气的状 态。 二、焓湿图简介二、焓湿图简介 为了应用方便，在一定大气压力下，前述主要参数之间的关系可以用图线表

17、 示出来，这个图线即空气调节工程上常常用到的焓湿图。 1 1、湿空气的焓湿图示意、湿空气的焓湿图示意 焓湿图是以湿空气的焓为纵坐标，含湿量为横坐标来绘制的。为使图线清 晰，将纵坐标与横坐标之间布置成135度的夹角。 h h 135度 d d 等等 d d 线线 h 135度 d d =常数 d 的数值 等等 h h 线线 h 135度 d h =常数 h 的数值 等等 t t 线线 1.005(2501 1.863 )htdt h 135度 d t 的数值 t =常数 t 的数值 100% 2501 1.863 0 t h d t Const 等相对湿度线等相对湿度线 （等等线线） h 135

18、度 d 100% 等相对湿度线 是一组向上凸 的线 =常数 的数值 ( ) 0.622 ( ) 0.622 0.622 1 s bs b bb p t d pp t p pp 水蒸气分压力（水蒸气分压力（PvPv）线）线 h 100% 0.622 0.622 v bv v b p d pp p p PV的数值 PV =常数 热湿比（热湿比（角系数角系数) ) 21 21 hhh ddd d h 0 表示过程方向与特表示过程方向与特征征 角系数：是将角系数：是将热湿比热湿比 的数值设置的数值设置在在焓湿图焓湿图 半圆形标识上而得名半圆形标识上而得名 4000 热湿比计算公式 热湿比（热湿比（角系

19、数角系数) )将将焓湿图焓湿图分成四个象限分成四个象限 象象 限限: : 0,0hd 象限象限: :0,0hd 象限象限: : 0,0hd 象限象限: : 0,0hd 2 2、湿空气的焓湿图应用、湿空气的焓湿图应用 确定湿空气状态 当大气压力量为一定时，H、d、t、四个参数中，只要知道其中任意两 个，就可根据焓湿图确定湿空气其余的参数。 确定湿空气露点温度td h t 100% v p td 露点温度td 是等Pv下的 饱和湿空气 d 确定湿空气湿球温度tw 湿球温度tw是 绝热（绝热（等焓下的） 饱和温度饱和温度 h t 100% tw d h =常数 利用干球温度,湿球温度确定湿空气状态

20、干湿球温度计 1 t tw td 1 t = tw= td t 100% tw d h =常数 h湿球温度tw在绝热（绝热（等焓） 下与干球温度线的交点下与干球温度线的交点 湿空气状 态点 确定湿空气湿球温度tw 不同状态空气的混合后状态的确定不同状态空气的混合后状态的确定 d1 d2 ma2 ma1 d3 ma3 h3 h1 h2 混合后质量 流量 混合前质量 流量1 混合前质量 流量2 混合混合过程分析（过程分析（一般设为一般设为绝热混合绝热混合过程过程） 123aaa mmm 112233aaa m dm dm d 混合前后质量平衡混合前后质量平衡 混合前后水蒸气质量平衡混合前后水蒸气质

21、量平衡 混合前后热量平衡混合前后热量平衡 1 12233aaa m hm hm h 112233aaa m dm dm d 132 213 a a mdd mdd 由水蒸气质量平衡公式可得 由热量公式可得 1 12233aaa m hm hm h 132 213 a a mhh mhh 最后可得： 3213 3213 hhhh dddd 132 213 a a mhh mhh 132 213 a a mdd mdd 混合混合过程在焓湿图上的表示过程在焓湿图上的表示 d h 1 1 2 h3 h2 3 ma1 ma2 h1 d1 d2 d3 混合混合过程的结论过程的结论 混合后的状态点一点在混合

22、前两种空气状态的连线上。 求混合后空气的状态，只要在图上把参与混合的两种空气状态点联成直线。 混合后的状态点满足杠杆原理 根据其质量按公式来分割该直线，即可找出混合后的状态点3。 1 12233aaa m hm hm h 第二节第二节 完完 第三节第三节 典型的空气处理过程典型的空气处理过程 在焓湿图上的表示在焓湿图上的表示 在空气调节中，我们对某一状态的空气进行加热、加湿、冷却、除湿后送 入车内，处理后的空气的状态由于车内的热量Q和湿量W的影响会发生变化。 需要对空气的状态变化的因素和结果进行分析 在焓湿图上可以用一个点表示湿空气的状态，我们可以用许多状态点连成 的线表示湿空气的状态变化过程

23、。 因此，可以焓湿图分析空气的状态变化。 在空气调节中，把某一状态的冷(热）空气送入车内，冷（热）空气吸收 （放出）了车内的热（冷）负荷Q和湿负荷W，它的状态就要发生变化。 空气处理示意图空气处理示意图 d1 d2 G2 G1 H1H2 热量处理 湿量处理 Q W 处理过程的在焓湿图上的表示处理过程的在焓湿图上的表示 焓差 含湿量差 热湿比 处理过程的热湿交换量计算处理过程的热湿交换量计算 热交换量 湿交换量 热湿比 )/(hkJ)( 12 HHGQ )/(hkg) 1000 ( 12 dd GW )( 1000 12 12 ddW Q HH 1 1、空气干加热过程、空气干加热过程 d1 d2

24、 G1 G1 H1H2 加热处理 加热量加热量 空气干加热过程图 Q 在冬季，经常使用空气预热器（电加热器）加热空 气，空气在加热过程中提高了温度但含湿量不变。 空气预热器 干加热处理过程在焓湿图上的表示干加热处理过程在焓湿图上的表示 H 100% d d =常数 t1 t2 H2 H1 2 1 处理过程的热湿交换量计算处理过程的热湿交换量计算 热交换量(需要的加热量） 湿交换量 热湿比 )/(hkJ0)( 12 HHGQ 0) 1000 ( 12 dd GW )( 1000 12 12 ddW Q HH （表示空气得热) 2 2、空气干冷却过程、空气干冷却过程 d1 d2 G1 G1 H1H

25、2 干冷却处理 制冷量制冷量 空气干冷却过程图 Q 在夏季，温度较高的车外空气经过空气冷却器时，空气被冷却， 冷却器的表面温度tb高于空气露点温度td ，空气被冷却后的含湿量 不变。 空气冷却器空气冷却器 Tb td 干冷却处理过程在焓湿图上的表示干冷却处理过程在焓湿图上的表示 H 100% d d =常数 t2 t1 H1 H2 干冷却处理过程的热湿交换量计算干冷却处理过程的热湿交换量计算 热交换量(需要的制冷量） 湿交换量 热湿比 )/(hkJ0)( 12 HHGQ 0) 1000 ( 12 dd GW )( 1000 12 12 ddW Q HH （表示空气失去 热量被制冷) 3 3、空

26、气湿冷却过程、空气湿冷却过程 d1 d2 G1 G1 H1H2 湿冷却处理 制冷量制冷量 空气湿冷却过程图 Q 除湿量除湿量 W 在夏季，温度较高的车外空气经过空气冷却器时，空气被冷却， 如果冷却器的表面温度t tb b低于空气露点温度t td d ，空气被冷却后的 温度下降，同时含湿量也下降。 空气冷却器空气冷却器 tbtd 湿冷却处理过程在焓湿图上的表示湿冷却处理过程在焓湿图上的表示 H 100% d t2 t1 H1 H2 2 1 d2 d1 湿冷却处理过程的热湿交换量计算湿冷却处理过程的热湿交换量计算 热交换量(需要的制冷量） 湿交换量（产生的除湿量） 热湿比 )/(hkJ0)( 12

27、 HHGQ 0) 1000 ( 12 dd GW 0)( 1000 12 12 ddW Q HH （表示空气失去 热量被制冷) （表示空气失去 湿量被除湿) 4 4、空气加湿过程、空气加湿过程 在冬季，当空气被加热后，虽然温度提高了，但相对湿度降低了，如果对车内空气的相对湿度要求必须 达到某一定的值时，则需要对空气进行加湿处理。方法有两种： 方法一 在空气中加热水蒸气 方法二 在空气中喷入水雾 在空气中加水蒸气的加湿过程在空气中加水蒸气的加湿过程 d1 d2 G1 G1 H1H2 加湿量加湿量 蒸汽加湿过程图 W 直接加蒸汽 蒸汽发生器 可以证明：蒸汽加湿过程为（等温过程） t1 t1 蒸汽加湿过程的热湿交换量计算蒸汽加湿过程的热湿交换量计算 热交换量(加热蒸汽的热量） 湿交换量 热湿比 )/(hkJ0)( 12 HHGQ 0) 1000 ( 12 dd GW 0)( 1000 12 12 ddW Q HH （表示空气得到 热量