车辆制冷及空调 第二章 车体隔热壁(xin)

第二章车体隔热壁

车体隔热壁概述为了使客车车内温度保持在一定范围内，除了安装制冷和加热设备外，还必须要求车体具有一定的隔热性能，即要求在车体的结构上敷设一定厚度的隔热材料。

具有一定隔热性能的结构称为隔热壁。传统的车体隔热结构图车体钢结构车体外墙板车体木结构车体内墙板车体隔热材料现代高速铝合金车体结构图高速车体结构示意车体隔热结构图（内墙板未装时）隔热材料第一节

车体隔热壁传热系数的计算

一、车体隔热壁的传热过程图示：

车内车外隔热材料热流方向

热量从隔热壁一侧的空气中传至另一侧的空气中，其传热过程可以分为：1）表面吸热——热量从一侧的空气中传至隔热壁的一侧表面；2）结构透热——热量从隔热壁的一侧表面传至另一侧表面；3）表面放热——热量从隔热壁另一侧表面传至另一侧的空气中。这个传热过程包括了以热传导为主要形式的隔热壁内部的传热和以对流及辐射为主要形式的隔热壁边界的传热。二、车体隔热壁传热性能的分析方法方法一在隔热壁热工性能的设计计算中，一般应用的是稳定传热原理。

稳定传热：就是指隔热壁中的温度分布和热流大小始终保持固定的数值而不随时间变化。这个条件，只有在隔热壁两侧所受到的热作用为一常数，且不随时间而变动时，才能得到保证。隔热壁的传热系数（k值）

利用稳定传热的方法，通过分析隔热壁内部传热和边界传热的特点，并进行传热计算，便可得到反映隔热壁的传热性能的参数隔热壁的传热系数，通常称为车体隔热壁的（k值）

。

隔热壁的传热系数定义是指车内外空气温度相差1℃时，在一小时内，通过一平方米热壁表面积所传递的热量。它可以表示出车体隔热壁允许热量通过的能力，愈大，在同样的传热面积与车内外温差的情况下，通过的热量就愈大，隔热性能就愈差。与传热系数（K）有关的因素①隔热壁内部的传热方面主要是车体隔热壁的结构形式、厚度、隔热材料的性能等。②隔热壁边界的传热方面

隔热壁边界空气的流速、车体表面温度、光滑程度及表面黑度等。传热系数（K）是综合了车体隔热壁多种传热因素的指标。能够比较真实地反映隔热壁的传热状况。隔热壁的传热量的计算根据隔热壁的传热系数，可以根据下面的公式计算出通过隔热壁的热量Q。或式中Q——每小时通过隔热壁的热量；

tH——隔热壁一侧的空气温度；在夏季为车外空气的温度；

tB——隔热壁另一侧的空气温度，在夏季为车内空气的温度；F——隔热壁的传热面积；

K——隔热壁的传热系数，

R——隔热壁的传热热阻。方法二：

按不稳定传热计算隔热壁，比按稳定传热计算隔热壁更符合实际，而且按此选用的设备经济性更好，因为它考虑了隔热结构对波动热作用的抵抗能力，但计算比较复杂。

在实际的应用过程中，往往使用稳定传热的方法对隔热壁进行分析和研究。

第二节车体隔热壁传热性能的试验方法一、常见的车体隔热壁传热性能的试验方法目前使用的车体隔热壁传热性能的试验方法为稳定内热法。车内加热器功率N保温试验车库试验车辆稳定外温模拟稳定车内温度模拟传热量Q二、我国空调客车的平均传热系数我国各种客车的K值一般是：

1．16～1．74W／(m2·K)。空调客车的标准高一些，空调客车车体传热系数为0．921W／(m2·K)。双层客车车体的平均传热系数K值与普通客车相比要高些，为1．4W／(m2·K)。三、地铁客车车体的传热系数

由于地铁客车门窗较多，隔热壁较薄同时结构特殊。日本对运行在隧道内的近郊车和通勤车曾经做过详细的K值实验和研究。日本各种车体的传热系数K值如下：

近郊车中的普通钢车3．14W／(m2·K)

不锈钢车2．91W／(m2·K)通勤车中的普通钢车3．02W／(m2·K)铝车3．13W／(m2·K)不锈钢车3．25W／(m2·K)第三节太阳辐射热的计算

车辆运行时经常受到周期性变化的太阳辐射热的作用，夏季太阳辐射对车辆的热作用是影响车辆热负荷的重要因素。

对于冷藏车，由于太阳辐射的热作用而消耗的冷量占制冷装置制冷量的l0％，而对于有大面积玻璃窗的空调客车，因太阳辐射而消耗的冷量更大了。

因此，研究太阳辐射对具有制冷设备的车辆的热作用有着重要的意义。一、太阳辐射强度及其计算

太阳辐射能是太阳以电磁波的形式投射到地球表面上的能量，它由太阳光直接投射的直接辐射和通过大气、云雾、灰尘等物质由不同方向散射而达到地面的散射辐射两部分组成。太阳辐射强度J

太阳辐射能的大小通常用太阳辐射强度J来量度，它表示单位面积的黑体表面置于太阳光下每小时吸收的热量。

主要取决于被照射地点与太阳光线的夹角，即太阳高度角。1、太阳辐射强度(直射）JZ计算公式

1361—太阳常数(W/m2)；h—太阳高度角(0)P—大气透明系数，在0.7一0.8范因内变化。太阳高度角计算公式其中φ—当地纬度(0)；δ—太阳赤纬(0)，不同日期的太阳赤纬见表γ—从正午算起的时角（0）。由于地球绕地轴自转150相当于1h，γ=15τ，其中是从正午算起的当地时间τ。①车顶太阳直射辐射强度计算车辆的车顶是水平的太阳照射面，因此其表面的太阳直射辐射强度为：②侧墙太阳直射辐射强度计算

车辆的侧墙是垂直的太阳照射面，其太阳直射辐射强度：

x—墙面方位角，即墙面法线顺时针方向偏离南向的角度。a—太阳方位角，可按下式来确定2、太阳辐射强度(散射)JS计算公式包括：水平表面的太阳散射强度侧墙表面的太阳散射强度

①水平表面的太阳散射强度水平表面的太阳散射强度计算公式：②侧墙表面的太阳散射强度侧墙的散射辐射强度可近似地取：3、太阳辐射强度(地面反射)JR计算公式式中ρG

地面对太阳辐射的反射比，可取0.25。二、太阳辐射强度对车辆的作用包括：①车顶部分②侧墙部分③地板部分①车顶表面的太阳辐射强度

水平直射水平散射②车辆侧墙的太阳辐射强度

垂直直射垂直散射垂直反射③车辆地板的太阳辐射强度地面反射三、车辆吸收的太阳辐射热量

当太阳辐射能以电磁波的形式传到隔热壁外表面时，由于隔热结构不透明(车窗除外)，因此一部分被反射，另一部分被吸收。隔热壁外表面吸收了一定的太阳辐射能后，会使自身的壁面温度提高，因而引起车内外温差增大(夏季)，并使传入车内的热负荷增加。由于太阳辐射对车辆的热作用，在隔热壁外表面与外气间的传热量可以分为两部分：1、夏季隔热壁外表面以对流换热的形式

与外界空气交换的热量：车外温度车外壁温度对流换热系数2、外表面从太阳辐射中所吸收的热量

J—外表面的总辐射强度；

ρ—外表面的吸收系数，可以查表2-2。

F—车体外表面的面积隔热壁外表面所得到的总热量

太阳辐射的当量温度综合外气温度

传入车内的热量计算公式太阳辐射引起的当量温度与车内温差造成传热四、通过