轿车热负荷计算示例

雷诺轿车空调系统制冷热负荷计算书编写：侯海焱校核：陈孟湘批准：日期：2004/10/29日期：2004/10/31.设计参数：车外温度：tH=40r，相对湿度：巾=60%车内温度：tB=27r，相对湿度:巾=58%车内成员数：N=5人，车内新风量：V=N*V1=5*11=55m3/h太阳辐射强度：tH=40r时，水平面上太阳辐射强度I=1000W/m?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=2.5x1.3x1.09=3.543m3。车内有二排座位，没有行李箱。所取的计算空间如图所示：.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 v尸ML式中：七 储备系数，取七=1.1；Q1——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；QV 新风热；Qp——人体热；Qm用电设备散热量；qM——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、后围的传热量计算公式如下：Q=KF（t-1）iiiHB式中：q——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热量；K——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热系数；F——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热面积；t：——车外空气温度，这里取为tH=40r；t——车内空气温度，这里取为tB=27r；■对于前围，由于发动机室的温度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：Q=KF（t-1）iiiFB式中：q.——前围的传热量；K——前围壁面的传热系数；F——前围的传热面积；tlF——发动机室内空气的温度；：b——车内空气温度，这里取为tB=27r；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、后围，传热系数计算式如下；K= i1 5 1——+〉—+——a 人a式中：a：——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a：e146kJ/（m・h・°c）。

a——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取a_R60kJ/(m2・h・c)。8 隔热材料厚度(m)。人——隔热材料导热系数W/(m-c)。■对于前围，传热系数可以按照下式计算：1V8 1——+乙—+——a人aK 1V8 1——+乙—+——a人a取以f=100kJ/(^-h・取以f=100kJ/(^-h・°c);aB——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取aBR60kJ/(m2・h・c)。8 隔热材料厚度(m)。人——隔热材料导热系数W/(m-c)。、顶板■计算中，对顶板的构成进行了简化，取其厚度为30m。并具有以下结构：对于这部分结构，则有：K=———r1 1 ▽8 1对于这部分结构，则有：K=———r1 1 ▽8 1 +V+ a入a■车身顶板处有些结构:分构成为：钢板——人=54W/(m-c);空气——人=6.4W/(m-c);内饰板——取经验数据，人=0.03W/(m・c)。可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数， =14.08kJ/(m*h・c)—+0.047+—146 60金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部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 右 2 1VK 右 2 1V8 1 1——+乙—+——a人a顶板的外表面积为F=顶属面和内饰板直接相连考虑，则车顶板的传热系数为:146 601.95*1.00=1.95皿。计算中，取车身侧壁面的1/5为金其余部分按照多层均匀平壁计算。K=EKiFi=14.12kJ/(/・h・c)顶则车顶板的传热系数为:146 601.95*1.00=1.95皿。计算中，取车身侧壁面的1/5为金其余部分按照多层均匀平壁计算。K=EKiFi=14.12kJ/(/・h・c)顶F、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。将其构成进行了简化，取其厚度为100哑。并具有以下结构：1哑钢板+94哑空气夹层+5mm内饰板钢板——人=54W/(m-钢板——人=54W/(m-笆);空气——人=6.4W/(m-°C);内饰板——取经验数据，人=0.03W/(m・c)。可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，对于这部分结构，则有：1 …，一1 ] =13.51kJ/(m*h・c)L —+0.050+—: 146 60+ZaH■车身侧壁和后围处有些结构，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：1m钢板+5m内饰板各部分材料导热系数同上。则传热系数为：11K2=1灭1 厂=143成(峪hP——+乙—+————+0.046+——a人a146 60车身侧壁面的外表面积为F侧=(2.18*0.7)*2=3.052皿。后围表面积为Ff=0.47*1.33=0.63皿。计算中，取车身侧壁以及后围面积的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。则车身侧壁面的传热系数为：K=ZVi=13.67kJ/(m*h・c)侧、地板计算中，对地板的构成进行了简化，取其厚度为6哑。并具有以下结构：1m钢板+10m隔热材料+5m地毯各材料导热系数如下：钢板一一人=54W/(m-C);隔热材料、地毯——取经验数据，人=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：TOC\o"1-5"\h\z1 1 _K广 —p= r=18.5kJ/(皿・h・C)—+乙—+———+0.030+—\o"CurrentDocument"a人a146 60地板的表面积为F地=2.1*1.25=2.625此、前围 地发动机罩壁在车厢内部分按照以下结构组成：1哑钢板+10哑隔热材料其中，各组成部分导热系数如下：钢板——人=54W/(m-°C);隔热材料的导热系数取为经验数据——人=0.139W/(m-C)。按多层均匀平壁传热计算：K= %———1 1X，0 1——+〉—+——a人a式中：七——发动机侧壁面对流放热系数，取a^=1O0kJ/(^-h-c)oaB——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取aBR60kJ/(m2・h・c)。经计算得到：K]= 1o——-=——1 =21.4灯/(皿・h・C)区+Ex"+aB丽+°'°2+60发动机罩壁表面积为Ff=1.35*0.4=0.54皿。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。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)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=Q]+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。pI"a+K*'hH式中：P——车身外表面吸收系数，与表面颜色、粗糙度有关，取为P=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,、=3600kJ/(m*h)，I=974kJ/(m*h)，I=253kJ/(m*h)。对于车彖车侧壁面(包括后南)，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+p顶I顶/(aH+K顶)C其中，I顶T水平tC«=tH+p侧I侧/(aH+K侧)C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+2.5C经计算得到：t*=42.5ctc顶=60.2c tc尸43.5c3、 车身壁面传热量的计算■综上所述可知，顶板、侧壁面(包括后围)、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顶逐顶K顶(tc顶%)=254WQ『F侧K侧(tc«"tB)=231WQ注地K地(tc地=209W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=a3(Q顶+Q侧+Q尸。2W式中：以3 修正系数，取以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=FK(峪&)=670kJ/h=186W前前前F1B式中：七一一发动机室的空气温度，取t广85。隽■则车身壁面传入的总热量为：42顶板+°侧壁面+。地板+。前围+。后围=902+186=1088W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由于车内外温差而传入的热量qG1:QG1=K玻F玻(tH-tB)由于太阳辐射通过玻璃传入的热量QG2:aQG2=01U+P若U)SU=F’玻I+(F玻-F’玻)ISH式中：门一一太阳辐射通过玻璃的透入系数，门=0.84。p——玻璃对太阳辐射热吸收系数，p=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/(m*h)。Is 车窗外表面的太阳散射辐射强度，取IS=167kJ/(m*h)。U——车窗的太阳辐射量。F’玻——阳面车窗面积。F’玻=1.32*0.9+(0.9*0.5+1.25*0.47)=2.23皿F玻——车窗总面积。F玻=1.24*0.6+(0.9*0.5+1.25*0.47)+F’玻=4.01皿K——玻璃的传热系数，取K=23kJ/(m*h・。)。a:——外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。当车速为v=40km/hH时，可取a2146灯/(皿・h・。)。a——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取a260kJ/(m*h-。)。代入相关参数，得到：QG1=1198kJ/h 'U=2469kJ/h QG2=2090kJ/hQg=3288kJ/h=913W三、 新风热新风热QV的计算式：Qv=V・p・(hH-«)式中：p——空气密度，当t=40r时，，P=1.128kg/m3。V——车内新风量：V=N*V]=5*11=55m3/h。hH、«——车内外空气的焓值。丑当tH=40r，相对湿度$=60%时，h=115kJ/kgDA；当tB=27r，相对湿度$=58%时，=60kJ/kgDAo得到：Qv=3412kJ/h=948W。 '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。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60r，经过半个小时后降到27r计算。座椅放热量：Q=crnAt/t=c-pV-(t-t)/t座椅材料取为泡沫塑料。 B式中：c——泡沫塑料的比热，这里取为c=1.72kJ/(kg—c)；p 泡沫塑料的密度，这里取为p=41kg/m3；V——座椅容积，V座椅=0.247m3；t、tB 座椅的初始和终了温度，t=60c，tB=27c。t 座椅放热经过时间，t=0.5h。则座椅放热量为：Ql=1.72x41x0.247x(60-27)/0.5=31