1、1 汽車空調(diào)的計(jì)算溫度選擇按表1 數(shù)據(jù)作為微型汽車空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算溫度(即車內(nèi)平均溫度)。從上表我們可以看到，微型車的計(jì)算溫度在環(huán)境溫度為35時(shí)定為27，而一般轎車在環(huán)境溫度38時(shí)定為2427 ，一般大中型客車定為27 28 ，可看到微型車車內(nèi)溫差都比它們要高，這其實(shí)是綜合了多種因素并經(jīng)過很多次試驗(yàn)得出的較經(jīng)濟(jì)合理的車內(nèi)平均溫度。因?yàn)閷?duì)微型車來說，如果計(jì)算溫度定得過高了，乘員就會(huì)明顯感覺制冷不足；而如果定得過低，勢(shì)必需要加大壓縮機(jī)排量才能滿足，這樣功耗必然增加，并影響到整車的動(dòng)力性，否則又很可能無法實(shí)現(xiàn)。2 計(jì)算方法2.1 微型車車內(nèi)與外界熱交換示意圖 為便于分析，繪制圖1 的微型車熱交換示意圖

2、。2.2 計(jì)算公式2.2.1計(jì)算方法考慮到汽車空調(diào)工作條件都很惡劣，其熱負(fù)荷與行車時(shí)間、地點(diǎn)、速度、行使方向、環(huán)境狀況以及乘員的數(shù)量隨時(shí)發(fā)生變化，以及要求在短時(shí)間內(nèi)降溫等特殊性，按照常規(guī)方法來計(jì)算制冷量的計(jì)算公式為：Q0=kQT=k(QB + QG + QF+QP + QA +QE + QS)） 式中：Q0汽車空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量，單位為W ；k修正系數(shù)，可取k=1.051.15，這里取k=1.1QT總得熱量,單位為W ；QB 通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量,單位為W ；QG 通過各玻璃表面以對(duì)流方式傳入的熱量,單位為W ；QF 通過各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量,單位為W ；QP 乘員散發(fā)的熱量,

3、單位為W ；QA 由通風(fēng)和密封性泄露進(jìn)入車內(nèi)的熱量,單位為W ；QE 發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量,單位為W ；QS車內(nèi)電器散發(fā)的熱量,單位為W ；從公式中我們也可以看出它是通過分別計(jì)算各部分得熱量求得總需求制冷量的。3 計(jì)算示例以五菱之光微型客車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量計(jì)算為例，設(shè)計(jì)條件和工況見表3：(1)整車乘員7 人，各部分參數(shù)見下表：(2)查文獻(xiàn)2，取水平面和垂直面的太 陽直射輻射強(qiáng)度分別為Js,z=843W/m2 和Jc,z=138 W/m 2；水平面和垂直面的天空散射輻射強(qiáng)度分別為Jp,s=46W/m2和Jc,s=23W/m2；(3)環(huán)境溫度tw =35，相對(duì)濕度75% ；車內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn=27，相

4、對(duì)濕度50% ；(4)假設(shè)汽車向正南方以V =40km/h的速度行駛；(5)車內(nèi)空氣平均流速3m/s;(6)車內(nèi)容積V 12.9m×1.2m×1.3m=4.2 m3，玻璃窗總面積S=3.24m2。3.1 按公式的常規(guī)計(jì)算3.1.1 計(jì)算通過車體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量QB:QB=Q頂+ Q側(cè)+ Q地Q頂=K頂·S頂（tZ頂-tn）Q側(cè)=K側(cè)·S側(cè)·（tZ側(cè)-tn）Q地=K地·S地·（tZ地-tn）式中：K頂、K側(cè)、K地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的傳熱系數(shù)，單位為W（/ ·K）；S頂、S側(cè)、S地分別為車頂、車身側(cè)面、車地

5、板的傳熱面積，單位為；tZ頂、tZ側(cè)、tZ地分別為車頂、車身側(cè)面、車地板的室外綜合空氣溫度，單位為；tn車內(nèi)空氣溫度，單位為；3.1.1.1 求車體各部分的傳熱系數(shù):K式中：aw 車身外表面與車外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，W（/ ·K）；an 車內(nèi)表面與車內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，一般車內(nèi)的對(duì)流換熱系數(shù)都比較小, 在車內(nèi)空氣流速低于3m /s 時(shí),an=29W（/ ·K）；i/i 構(gòu)成車身壁厚各層的導(dǎo)熱熱阻之和（i為車體隔熱層的厚度，i為車體隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù)）其中：aw =1.163(4+12)V為汽車行駛速度,單位為m /s,這里V=40km /h=11.1m /s,故aw =1.

6、163(4+12 )=51.2 W（/·K）設(shè)車頂、車底和側(cè)圍分別由1mm的鋼板和8mm 、3mm 、6mm的內(nèi)裝飾板構(gòu)成, 鋼板和內(nèi)裝飾板的傳熱系數(shù)分別為48.15 W/（·K）和0.04W（/·K）故車頂?shù)膇/i=0.001/51.2+0.008/0.04=0.2車底的i/i=0.001/51.2+0.003/0.04=0.075側(cè)面的i/i=0.001/51.2+0.006/0.04=0.15故K頂= =3.9 W（/ ·K）K側(cè)= =4.89 W（/ ·K）K底= =7.7 W（/ ·K）3.1.1.2 求車外綜合空氣溫度tZ

7、:式中：tw車外環(huán)境溫度，取35；車體外表面吸收系數(shù)，與箱體顏色及新舊程度有關(guān)，這里取0.92;I太陽輻射強(qiáng)度, 為太陽直射輻射和天空散射輻射之和;aw 車身外表面與車外空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，W（/·K）；車身外表面的長波輻射系數(shù);R車身外表面向外界發(fā)射的長波輻射和由天空及周圍物體向車身表面的長波輻射之差;夏季時(shí),水平面·R /w=3.54,這里取3.8.垂直面R =0；水平面上，IS= Js,z+ Jp ,s=843+46=889W /m2；垂直面上，IC= Jc,z+ Jc,s=138+23=161W/m2；故tZ頂=47tZ側(cè)=38tZ底=tw+2=35+2=373.1

8、.1.3 結(jié)果Q頂=K頂·S頂·（tZ頂-tn）=3.9×3.9×（ 47-27）=304WQ側(cè)=K側(cè)·S側(cè)·（tZ側(cè)-tn）=4.89×3.21×2×(38-27)=345WQ地=K地·S地·（tZ地-tn）=7.7×3.84×(37-27)=295.6WQB=Q頂+ Q側(cè)+ Q地=304+345+295.6=944.6W3.1.2 計(jì)算通過各玻璃表面以對(duì)流方式傳入的熱量Q G；QG= QG前+QG側(cè)+QG后已知玻璃的傳熱系數(shù)G=0.754 W（/ ·K

9、）,厚度=5mm ,玻璃對(duì)太陽輻射的吸收系數(shù)G=0.08，車內(nèi)空氣平均流速Va=2.5m /s；玻璃內(nèi)表面換熱系數(shù)為：前窗：an=5.6782×(0.9+1.03Va )=19.7 W（/ ·K）側(cè)窗：an=5.6782×(1.1+1.03Va )=20.9 W（/ ·K）后窗: an =5.6782×(0.9+1.03Va )=19.7 W（/ ·K）V =40km /h=11.1m /s 運(yùn)行時(shí),玻璃外表面換熱系數(shù)為：前窗：aw =3.79V0.8=3.79×11.10.8 =26 W（/ ·K）側(cè)窗：aw =

10、7.21V0.8=7.21×11.10.8 =49 W（/ ·K）后窗：aw =4.65V0.8=4.65×11.10.8 =32 W（/ ·K）故各處玻璃的K 值分別為:前窗：KG前= =10W（/·K）側(cè)窗：KG側(cè)=13.4 W（/·K）后窗：KG后= =11 .3W（/ ·K）各處玻璃表面的綜合溫度分別為:前窗：tGZ=35.5側(cè)窗：tGZ=35.5后窗：tGZ=35.4從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于玻璃對(duì)太陽輻射的吸收率很小,故太陽輻射對(duì)玻璃的溫升影響較小，其表面溫升溫度與環(huán)境溫度相差不多。最后得到：QG前=KG前

11、3;Sg,q· （ tGZ-tn）=10×0.78× (35.5-27)= 66.3WQG側(cè)=KG側(cè)·2Sg,c·（ tGZ-tn）=13.4 ×2 ×0.95 ×(35.3-27)=211.3WQG后=KG后·Sg,h·（ tGZ-tn）=11.3×0.56×(35.4-27)=53WQG= QG前+QG側(cè)+QG后=66.3+211.3+53331W3.1.3 通過各玻璃表面以輻射方式直接傳入的熱量QF；設(shè)汽車向正南方向行使時(shí)前窗和右側(cè)窗為朝陽面，查文獻(xiàn) 1， 右側(cè)窗按可能

12、的最大值I=688W/m2計(jì)算，前窗I=550W/m2,左側(cè)窗和后窗按I=182W/m2 計(jì)算。QF= QF前+QF右+QF左+QF后（=+G·an/aw）J·C式中： 太陽輻射通過玻璃的透入系數(shù)，一般取=0.85；C 遮陽修正系數(shù)，取C=0.93；J車窗的太陽輻射量，單位為W ；對(duì)右側(cè)窗，J=I·Sg ,c=688×0.95=653.4W前風(fēng)窗，J=I·Sg ,q=550×0.78=429W左側(cè)窗，J=I·Sg,c=182×0.95=173W后 窗，J=I·Sg ,h=182×0.56=102

13、W故QF右=(0.85+0.08×20.9/49)×653.4×0.93=537WQF前=(0.85+0.08×19.7/26)×429×0.93=363WQF左=(0.85+0.08×20.9/49)×173×0.93=142WQF后=(0.85+0.08×19.7/32)×102×0.93=85W最后，QF=537+363+142+85=1127W3.1.4 乘員散發(fā)的熱量QP；QP= 116·N·n式中：QP 車內(nèi)人體散熱量，單位為W ；N車內(nèi)乘員數(shù)

14、，這里按7 人；n 群集系數(shù)，取0.89；116 為成年男子散熱量，單位為W ；則QP=116×7×0.89=723W3.1.5 密封性泄漏進(jìn)入車內(nèi)的熱量Q A；由于五菱之光開空調(diào)時(shí)都處于內(nèi)循環(huán)位置，無新風(fēng)導(dǎo)入，但微型車的密封性一般都不是太好，取Q A=300W 。3.1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入的熱量QE ；QE=Ke·Sf·(tetn)Ke= 由于汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)表面的風(fēng)速一般僅有外面的2/3 左右，故ae=1.163×(4+12× )=42.7W（/·K）另外，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的隔熱除了有與地板同樣的內(nèi)裝飾外還有一層5m

15、 m 厚的隔熱墊，其傳熱系數(shù)為0.116 W（/ ·K），故i/i=0.001/42.7+0.005/0.116+0.003/0.04=0.118可得到Ke= =5.71 W（/ ·K）夏季時(shí)一般發(fā)動(dòng)機(jī)倉溫度要達(dá)到70,故取te =70最后QE =5.71×1.3×(70-27)=319W3.1.7 車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Q S；車內(nèi)電器散發(fā)的熱量Q S100W由以上計(jì)算可得整車制冷量Q0= kQT=k(QB+QG+QF+QP+QA+QE+QS)=1.1×(944.6+330.6+1127+723+300+319+100)=1.1x3844.642

16、29W目前對(duì)汽車空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算還沒有一套完善的計(jì)算方法，普遍采用的一種方法是將車體的傳熱系數(shù)、內(nèi)外對(duì)流換熱系數(shù)、太陽直射、散射強(qiáng)度等數(shù)據(jù)取為經(jīng)驗(yàn)值，作為穩(wěn)態(tài)傳熱過程處理。這種方法在一定程度上簡(jiǎn)化了汽車空調(diào)負(fù)荷計(jì)算過程的復(fù)雜性，有一定的實(shí)用價(jià)值。但汽車空調(diào)負(fù)荷具有自身的特點(diǎn)。如車體維護(hù)結(jié)構(gòu)中存在空氣層。這種薄而內(nèi)空的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，蓄熱系數(shù)小?？照{(diào)過程中，存在外界干擾時(shí)，車廂內(nèi)表面的響應(yīng)快；在汽車維護(hù)結(jié)構(gòu)中，不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差較大，導(dǎo)熱系數(shù)大的鋼骨架在連接車廂內(nèi)外表面的同時(shí)，在兩者之間直接傳遞熱量，形成“熱橋”；汽車運(yùn)動(dòng)與靜止兩種狀態(tài)差別較大，運(yùn)動(dòng)時(shí)車廂壁外表面空氣對(duì)流換熱系數(shù)成倍增大，導(dǎo)致車

17、廂壁動(dòng)態(tài)傳熱系數(shù)大于靜態(tài)傳熱系數(shù)，而且車廂壁內(nèi)外側(cè)空氣壓力不平衡程度加劇，空氣泄漏增加，外界干擾增強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，汽車車體傳熱形成的冷負(fù)荷是空調(diào)負(fù)荷的主要部分，車體壁與車窗傳熱占總得熱量的，這一負(fù)荷的比例決定了汽車空調(diào)負(fù)荷的特性。即應(yīng)該用非穩(wěn)態(tài)傳熱方法來研究該負(fù)荷，以符合車外空氣溫度、太陽輻射周期性變化的實(shí)際。冷負(fù)荷與得熱量有時(shí)相等，有時(shí)不等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性及得熱量的類型決定了得熱與負(fù)荷的關(guān)系。研究表明，得熱量轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷過程中，存在著衰減和延遲現(xiàn)象。冷負(fù)荷的峰值不僅低于得熱量的峰值，而且在時(shí)間上有所滯后。由此可見，計(jì)算汽車空調(diào)負(fù)荷時(shí)，必須考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱、蓄熱和放熱效應(yīng)。（即按最大熱負(fù)

18、荷計(jì)算的冷負(fù)荷是峰值，實(shí)際由于熱負(fù)荷最大時(shí)，由于車身傳遞等延遲導(dǎo)致衰減，實(shí)際需要的小于最大值，因?yàn)槔湄?fù)荷一直在提供）冷負(fù)荷:汽車為了克服外界熱量而需要平衡的冷量及空調(diào)制冷量。 1946年美國提出的當(dāng)量溫差法和50年代初前蘇聯(lián)學(xué)者提出的諧波分解法在計(jì)算通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷時(shí)，其共同的缺點(diǎn)是對(duì)得熱量和冷負(fù)荷不加區(qū)分，認(rèn)為兩者是一回事。所以空調(diào)冷負(fù)荷量往往偏大。.1968年加拿大提出了反應(yīng)系數(shù)法，其基本特點(diǎn)是把得熱量和冷負(fù)荷的區(qū)別在計(jì)算方法中體現(xiàn)出來?？照{(diào)負(fù)荷計(jì)算的反應(yīng)系數(shù)法又稱傳遞系數(shù)法，此方法把研究對(duì)象當(dāng)作線性的熱力系統(tǒng)，利用線性熱力系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得出某種單位擾量下的各種反應(yīng)系數(shù)，然后利用反應(yīng)系數(shù)求解得熱和冷負(fù)荷。它不要求擾量是連續(xù)函數(shù)或周期函數(shù)，適用于任意擾量。，但是，其傳遞矩陣過于復(fù)雜。1971年用Z傳遞函數(shù)改進(jìn)了反應(yīng)系數(shù)法，并提出了適合手算的冷負(fù)荷系數(shù)法。冷負(fù)荷系數(shù)法是建立在Z傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的一種簡(jiǎn)化手算方法。對(duì)