我国铁路空调客车车内热负荷计算的方法研究

我国铁路空调客车车内热负荷计算的方法研究
史富强;毕恩兴
【摘要】对我国铁路空调客车空调技术的发展做了简要的回顾,对铁路空调客车空调的重要性进行了简要的阐述,并对我国铁路空调客车车辆热、湿负荷计算的重要性进行了论述,在此基础上对我国铁路空调客车车内热负荷的计算进行了分析与研究,运用公式进行了计算,得到了适用于我国铁路空调客车的车内热负荷的计算方法,论文最后得出了适合于我国铁路空凋客车的车内热负荷和湿负荷计算的公式和重要的结论,对我国铁路空调客车性能的进一步提高和改进有着非常重要的作用.
【期刊名称】《甘肃科技纵横》
【年(卷),期】2010(039)001
【总页数】2页(P43-44)
【关键词】铁路空调客车;热负荷;计算方法
【作者】史富强;毕恩兴
【作者单位】西安铁路职业技术学院,陕西,西安,710014;西安铁路职业技术学院,陕西,西安,710014
【正文语种】中文
从20世纪90年代开始，我国铁路客车进行了更新与换代，技术上取得了可喜的进步，从车辆结构、运行速度、安全性能、车内设备及舒适性等方面都有了很大的提高，新造的旅客列车全部采用空调装置，取得了良好的经济与社会效益。

对于旅
客来说希望车厢内有个既卫生又舒适的条件，以保证旅途中的身体健康，减少旅途中的疲劳或提高学习与工作的效率。

铁路空调客车空调制冷装置中的制冷、加热设备及车体的结构等的设计选择都与车内的热负荷的确定有密切关系。

而当车外的空气参数确定以后，只有准确计算铁路空调客车的车内热负荷，才能使制冷、加热等设备收到良好的经济效果和运用效果，也才能保证合理选定的车内空气参数得以实现。

1 铁路空调客车车内热负荷的计算方法
车内的热负荷是指单位时间内散发到车内的总热量。

它是确定客车空调装置所需通风量和制冷量的依据，它的准确与否直接影响到空调装置的运行效果和经济性。

车内热负荷Q包括太阳辐射热Q1、车体隔热壁的传热量Q2、人体散发的显热
Q3和潜热Q4、机电设备散发的热量Q5，即：
1.1 太阳辐射热Q1
太阳是一个约6000 K的炽热球体，它不断地向宇宙辐射大量的能量。

透过大气到达地面的太阳辐射线中，一部分按原来直线方向辐射到达地面，称直接辐射;另一部分由于被各种气体分子、云雾、灰尘等反射和折射，由不同方向到达地面，称散射辐射。

这两部分辐射热之和，称太阳辐射热，它与太阳辐射强度和物体材料的阳光吸收系数有关。

太阳辐射强度主要取决于被照射地点地平线与太阳光线的夹角，即高度角。

高度角越小，太阳光线照射到地面所经过的大气层越厚，大气中的水汽、灰尘等物质吸收和散射光线越多，辐射强度就越弱;反之，则越强。

因此纬度低的地区（如赤道）的辐射强度大于纬度高的地区;同一地区的辐射强度是夏季大于冬季，而中午又大于早晨和黄昏。

阳光的吸收系数取决于表面材料的种类、粗糙度和颜色。

表面愈粗糙、颜色愈深，吸收的太阳辐射热愈多。

客车吸收的太阳辐射热Q1包括从车顶、侧壁、车窗和地板等四个部分传人的热量。

其中由车顶、侧壁和地板传人的热量主要与太阳辐射强度及车顶、侧壁、地板的传热表面积、传热系数、阳光吸收系数等因素有关;通过车窗传入的热量与车窗的面积，玻璃的种类、厚度以及太阳光线对窗玻璃的人射角有关。

计算Q1的有关公式和一些参数、系数可从有关设计手册和气象站的实测资料中查得或利用相关公式求得，这里不作详细介绍。

总之，夏季经过车体隔热壁表面和窗玻璃透人车内的太阳辐射热是影响车内热负荷的重要因素。

如果车窗内有遮阳设备，可使透过玻璃的辐射热中的一部分反射因大气中，减少进入车内的热量，减少的数量与遮阳形式有关。

计算表明：夏季通过车窗传人车内的热量约为制冷装置制冷量的16-20%。

因此降低通过车窗而传人车内的热量;是降
低空调客车必要制冷量的重要途径之一。

国外一些高速客车的实践证明，采用具有高效的滤光和反光性能的车窗与浅色厚实的窗帘，对减少太阳辐射的传热量有着显著的作用。

1.2 车体隔热壁的传热量Q2
通过隔热壁传人车内的热量包括两部分：一是由于车内外温差而通过隔热壁传入室内的热量;二是由于太阳辐射而通过隔热壁和车窗传人车内的热量。

为简化计算，通过车体隔热壁的传热量Q2一般采用稳定法进行计算，即
式中：k—车体传热系数[kW1(ma
F—车体传热面积（mp），它等于车体内表面积FN与外表面积Fw乘积的开方;
△t—车内外的温差（K）e车辆设计制造好之后，k和F的值是一定的，因此，影
响Q2的主要因素是车内外空气的温差。

显然，在外气温度一定的条件下，车内温度降低，会使热负荷增加，因此车内温度控制值不要调得太低。

1.3 车内衣员的散热量Q3和Q4
人体在生活和工作过程中，皮肤表面通过对流和辐射散发给周围空气的热量叫做显热。

此外，皮肤和肺还会蒸发水分，水分蒸发时从人体吸收的热量称潜热。

因此，人体散发的总热量是显热和潜热之和。

人体散发的热量与周围空气温度的高低及人体的劳动强度、性别、年龄、衣着等因素有关。

为了计算方便，计算时以成年男子的散热量为基准，见表1所示。

考虑到不同年龄、性别各类人员的比例，再用群集系数予以修正。

表1 成年男子散热量与散湿量室温(℃) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29显热量(W) 90.7 86 81.4 79.1 76.7 73.3 69.8 64.0 58.1 52.3潜热量(W) 25.6 30.2 34.9 37.2 39.2 43 46.5 52.3 58.1 64.0散湿量10-6kg/s)10.8 14 13.9 14.7 15.9 17.2 18.7 21.9 23.3 25.8
车内旅客散发的显热量Q3和潜热量Q4下式计算：
式中：n：旅客定员数（包括乘务人员数）；
q1、q2：每名成年男性旅客单位时间所散发的显热量和潜热量（w）；
C：群集系数，我国铁路旅客客车的群集系数一般取0.96。

1.4 机电设备散发的热量Q5
车内机电设备散发的热量Q5，等于安装在车内的电动设备散发的热量和照明灯具散发的热量之和。

1.4.1 照明灯具散热量QD
式中：N：白炽灯、荧光灯照明功率（kW）；
n1：镇流器散热系数，一般取1.2；
n2：灯罩隔热系数，有灯罩的取0.6-0.8。

1.4.2 电动设备的散热量QY
式中：N1为电动设备的安装功率，即额定功率（kW）；
η为电动设备的效率。

2 车内湿负荷的计算
我国铁路空调客车车内的湿负荷主要是由旅客散发的；旅客的饮用水、列车乘务人员的打扫卫生用水也散发一定湿量，但一般不予计算。

铁路空调客车旅客散湿量一般可按下式经验公式进行计算：
式中，n—旅客定员数（包括乘务员数）;
g—每名旅客单位时间散发的水汽量，它与周围空气的温度有关，可查阅表1; C—群集系数，一般取0.96
3 结束语
由以上计算过程的讨论与研究可知，铁路空调客车的车内热负荷是指单位时间内散发到车内的总热量，它是确定我国铁路空调客车空调装置报需要通风量和制冷量的重要的依据和参数，因此必须认真讨论并研究出最适合我国铁路空调客车使用的车内热负荷的计算方法，因为它的准确与否将直接影响到铁路空调客车运行效果和运行经济性等许多方面。

参考文献：
[1] 张宝霞.铁道车辆制冷与空气调节[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[2] 马汉伦.铁道车辆空调与制冷装置[M].北京：中国铁道出版社，1997.
[3] 袁秀玲.制冷与空调装置[M].西安：西安交通大学出版社，2001.
[4] 腾兆武,王刚.车辆制冷与空气调节[M].北京：中国铁道出版社，1989.。