轿车空调热负荷的计算和分析
上海恒安空调设备有限公司 张忠于
上海燃料电池汽车动力系统有限公司 林玲
摘要：汽车空调系统已经在汽车辅助系统中占有举足轻重的地位。本文主要计算夏季汽车空调制冷量。希望能够准确合理地计算出夏季汽车空调负荷，从而有效避免因制冷量不足造成乘员不适或因制冷能力过大造成能源浪费的情况，减少设计误差。 关键词：小轿车；空调热负荷；汽车空调系统；设计误差 1 引言
众所周知，汽车空调系统的安装，不仅能够提高乘客乘坐的舒适性，同时还可以使司机在空调环境中保持清醒的头脑，提高工作效率，能很大程度上减少疲劳和车祸的发生。一般来说，汽车空调制冷系统的工作原理采用蒸汽压缩式制冷方式，其主要部件由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、制冷管路及控制系统组成，在夏天空调制冷系统工作排除车厢内余热、余湿，达到制冷目的。汽车空调冬天制热，目前主要利用发动机冷却水的余热来实现。 2 汽车空调热负荷计算方法确定
汽车车厢与外界环境热交换通过导热、对流和辐射三种方式进行。由于外界条件千变万化，汽车运动状态也在不断地发生变化，它们间的热传递处于不稳定状态，准确计算车室热负荷变得十分困难。汽车热负荷计算有着多种不同的计算方法，本文针对目前采用较多的图表法和稳态热负荷的计算法来计算力帆（LF06）车型小轿车夏季空调制冷量，同时根据计算结果对这两种计算方式进行比较。 2.1 汽车稳态热负荷计算 2.1.1 车身热负荷来源
(1)夏季车室热负荷来源是由于车外温度高于车内，加上太阳辐射的作用，会有大量热量通过车壁及车窗玻璃传入车内；(2)车厢密封性不好，会有不少热空气通过门窗及地板缝隙漏入车内或人为地通入新风也会带来新风热负荷；(3)人体发出的汗热和湿热也会使得车内温度升高；通过发动机室也会传入部分热量；(4)同时还有地面发射热传入等等，这些热量之和就构成了车身热负荷。
2.1.2 车内、外空调设计参数选择
根据我国对轿车车内空调设计要求，结合夏季普遍气候情况，车内、外空调设计参数选择：室外干球温度35℃,相对湿度60%,室内空气流速<0.2m/s,换气量:15m/(h.人),车内干球温度
3
25℃,相对湿度55%,大气压力Pa=1.01325×105Pa,车的行驶速度40Km/h,漏风量:18m/h(经验值),地处北纬30°线,时间:6月中旬,晴天,车内驾乘人员:5人. 2.1.3 车身材料参数汇总(见表1)
表1：相关车身材料参数(主机厂提供)
3
2.1.4 车身围护结构对流传热计算
(1) 顶盖：Q顶=K顶A顶△t n -1
K=[∑ Ri+Rout+Rin] i=1
在车速为40(Km/h)时：αout=1.163(4+12v) =50［w/(m.k)］
αin =3.49+0.093△tb=4［w/(m.k) 其中:△tb=5℃（车内壁表面与车内温差） 故：Rout+Rin= 1/αn
∑ Ri=δ顶盖/λi=1 δ
顶盖
顶盖
out
2
0.5
2
+1/αin +1/50+1/4=0.27
顶蓬
+δ/λ
顶蓬
=0.09[(m2.k)/w]
-3
顶盖
=0.7×10(m) δ
-3
顶蓬
=3.6×10(m) λ=48[w/(m.k)] λ
顶盖
=0.04[w/(m.k)]
故Q顶=2.78×1.51×10=42(W) (2) 车门及侧围：Q车侧=K车侧A车侧△t
n
K车侧=1/［∑ Ri+Rout+Rin］=2.7［w/(m2.k)］ i=1
其中：Rout+Rin=0.27［(m.k)/w］ n
∑ Ri=δ铁/λ铁 +δ空气/λi=1
空气2
+δ
铁
/λ
铁
+δ
保温
/λ
保温
=0.10［(m2.k)/w］
故:Q车侧 =2.7×(1.38+1.38) ×10=74.52(W)
(3) 前围：Q前围=K前围A前围△t n
其中:K前围=［∑ Ri+Rout+Rin］ i=1
△t =30℃(考虑发动机舱温比环境高20℃) b
∑ Ri=δ铁/λ铁 +δi=1 δ
-3
铁
保温
/λ
保温
保温
=0.08［(m2.k)/w］
-3
=1×10(m) λ
2
=3.2×10(m)(按地毯厚度)
故: K前围=2.86［w/(m.k)］ Q前围=2.86×1.05×30=90.09(W) (4) 后围：Q后围=K后围A后围△t=5(W) (5) 玻璃(传热)：Q玻璃=K玻璃A玻璃△t K玻璃=［δ其中：λ
前门
玻
/λ
玻
+Rout+Rin］
-1
玻
=0.754［w/(m.k)］故：K前档=3.620［w/(m.k)］ K后档=3.646［w/(m.k)］K
=3.640［w/(m.k)］ K后门=3.646［w/(m.k)］
:
Q
玻
璃
故
×10=116.64(W)
=(3.62×1.1+3.646×0.93+3.64×0.638+3.646×0.54)
(6) 地板：Q地板=K地板A地板△t 其中△t =tH+(2~3)℃=13℃
n
K地板=[∑ Ri + Rout+Rin ]-1=2.857［(m2.k)/w］ i=1
n
其中：∑ Ri =δ地板/λ地板 +δ地毯/λ地毯 =0.08［(m2.k)/w］ i=1
故: Q地板=2.857×3.17×13=117.74(W) 2.1.5 车身围护结构太阳辐射传热计算
(1) 车顶 Q顶=Is×S顶
Is=Is+Ts.s
=INSinβ+0.5I×sinβ×[（1-Pm）/(1-1.4lnP)] =IPmSinβ+0.5I×sinβ×[(1-Pm)/ (1-1.4lnP)]
北纬30°，中午.中等透明空气,太阳高度角β=60°时：IS=231.32(w/m) 故Q顶=231.32×1.51=349.29(W)
(2) 车窗透射热 Qs=Jc.maxA车窗=1282（W） 其中：GS=Jc.max=399.625(w/m)
2
2
(3) 车身侧围辐射热Q车侧= IciA侧围×2=18.71×1.38×2=51.64(W) 其中：Ici=I
c.乙+1/2Is.s+1/2ID=18.71(w/m)
2
2.1.6 新风热负荷计算
Q换=q换ρ
空
(hout-hin)/3600
3
空
其中q换=15×5=75(m/h) ρ=1.146(Kg/m) hout=91(kJ/kg) (干球35℃,相对湿度为
3
60%时) hin=52.5(kJ/kg) (干球25℃,相对湿度为55%时)
故：Q换=75(m/h)×1.146(kg/m) ×(91-52.5)(kJ/kg) /3600=0.9192(Kw) 2.1.7 车外空气渗入热负荷计算
Q漏=G漏P空(hout-hin)/3600
故：Q漏=18(m/h)×1.146(kg/m)×(91-52.5)(kJ/kg)/3600 =0.226(Kw) 2.1.8 驾乘人员散热负荷计算