空调系统热负荷计算说明书

编号：XXXXXXXX 空调系统热负荷计算

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一、概述

为了消除车室内多余热量以维持温度恒定，所需要向车室内供应的冷量称为冷负荷。为了消除车室内多余湿量以维持车室内相对湿度恒定，所需除去的湿量称为湿负荷。汽车空调热湿负荷的计算，是确定送风量和正确选者空调装置的依据。

二、空调系统冷负荷计算

本系统设计主要是估算冷负荷，以便压缩机的选配和两器的设计，本设计中主要是针对压缩机的选配，我们采用较容易确定的太阳辐射热QS和玻璃渗入热QG，他们的总合占系统的70%。即可得总负荷，为了安全再取k=1.05的修正系数。

2.1轿车一般的工况条件：

冷凝温度tc=63°，蒸发温度te=0°,膨胀阀前制冷剂过冷温度△tsc =5°,蒸发器出口制冷剂气体过热度△tsh=5,压缩机吸气温度

ts=10°,室外温度ti=35°,室内温度t0=27°,轿车正常行驶速度

ve=40km/h ,压缩机正常转速n=1800r/min.

2.2太阳辐射热的确定

由于太阳照射，汽车车身温度升高，在温差的作用下，热量以导热方式传如车室内，太阳辐射是由直射或散射辐射构成，车体外表面由于太阳辐射而提高了温度，同时向外反射辐射热，因此，车体外表面所受的辐射强度按下式计算：Q1=（IG+IS-IV）F= （IG+IS）F

其中ε——表面吸收系数，深色车体取=0.9，浅色车体取=0.4；

IG——太阳直射辐射强度，取IG=1000W/m2

IS——太阳散射辐射强度，取IS=40W/m2

IV——车体表面反射辐射强度，单位为W/m2

F——车体外表面积，单位为m2，实测F=1.2m2

可将太阳辐射强度化成相当的温度形式，与室外空气温度叠加在一起，构成太阳辐射表面的综合温度tm。对车身结构由太阳辐射和照射热对流换热两部分热量组成：

Qt=[a（tm-t0）+（tm-ti）]*F

式中:Qt——太阳辐射及太阳照射得热量，单位为W；

a——室外空气与日照表面对流放热系数，单位为W/m2K

tm——日照表面的综和温度，单位为°C。

K——车体围护结构对室内的传热系数，单位为W/m2K；

to——车室外设计温度，取为35°C。

ti——车室内设计温度，取为27°C。

应采用对流换热推测式求解，但是由于车速变化范围大，车身外表面复杂，难以精确计算，一般采用近似计算公式：

=1.163（4 +12 ）

Wc是汽车行驶速度，可以采用40km/h计算：

代入上式得: a=51.15W/(m2k)

取K=4.8 W /（㎡•K）, ε=0.9,I= IG+IS=1040 W, 因为= 所以: tm= +

由于室内外温差不大，上式后项近似t 0，得：

tm = +to = +35=51.73℃

所以可得: Qt =1145.58W。

玻璃窗渗入的热量Qb

太阳辐射通过玻璃窗时，一部分被玻璃吸收，提高了玻璃本身的温度，然后通过温差传热将热量导入车室内，另有大部分热量将通过玻璃直接射入车内，玻璃的渗入热量是由温差传热和辐射热两部分组成。

= •（- ）+ •••

上式中，A－玻璃窗面积，A=2.63m2；

K－玻璃窗的传热系数，K=6.4W/(m2K)；

tB－玻璃外表面温度，取车室外温度，35℃；

ti－车室外温度，27℃

C—玻璃窗遮阳系数，C=0.6

—非单层玻璃的校正系数，=1

—通过单层玻璃的太阳辐射强度

qb = + 单位为（W/㎡）；

—通过玻璃窗的太阳直射透射率，取= 0.84

—通过玻璃窗的太阳散射透射率，取= 0.08

将以上各参数代入式

可得:

Qb=1465.22W

制冷量的确定

Qg =（Qt + Qb）/70%=（1145.58+1465.22）/0.7=3729.7W

实际冷负荷

Qs= kQg=1.05*3729.7

=3916.19

故而，机组制冷量取Q0=4000W。即可

压缩机的选配

大部分汽车空调压缩机由发动机驱动，压缩机的转速与发动机呈一定的比例，在很大的范围内同步变化，再加上其固定是通过支架与发动机刚性的连接，工作条件非常的差，因此对汽车空调压缩机有比家用空调压缩机更高的要求。

汽车空调制冷系统对压缩机的要求：

1．在设计选用压缩机时，应能保证在极端情况下任能具令人满意的降温性能。

2．有良好的低温性能，在怠速和底速运转时，具有较大的制冷能力和效率。

3．降温速率要快，即成员进入车室后，在最短的时间内满足成员的舒适性要求。

4．压缩机内部运动机构应便于实现变排量控制。

5．压缩机要具有高温高压的保护性能。

6．压缩机在发动机室内的安装位置应便于拆卸和维修。

7．由于汽车经常在颠簸的道路上高速行驶，而且压缩机又通过支架与发动机或底盘刚性的连接，因此要求压缩机有良好的抗振性。

冷凝温度tc=63°，蒸发温度te=0°,膨胀阀前制冷剂过冷温度△tsc =5°,蒸发器出口制冷剂气体过热度△tsh=5,压缩机吸气温度ts=10°,室外温度ti=35°,室内温度

t0=27°,轿车正常行驶速度ve=40km/h ,压缩机正常转速n=1800r/min.压缩机吸气管路的压降

△PS=67.26KPa,压缩机排气管路压降△Pd=81KPa。驾驶室热负荷Qh=3916.19W.

1．确定压缩机的的排气压力，吸气压力，排气比焓及温度

（1）根据制冷剂的蒸发温度te和冷凝温度tc，查表HFC134a饱和状态下的热力性质表，得其蒸发压力的冷凝压力分别为：

Pe=292.82Kpa ，Pc=1803.9Kpa

（2）额定空调工况压缩机的排气压力，认为高于制冷剂的冷凝压力81Kpa

即：Pd=PC+△Pd=1803.9+81=1884.9KPa。

（3）压缩机的吸气压力认为低于制冷剂的蒸发压力67.26KPa

即：Ps=Pe—△Pd=292.82—67.26=225.56KPa。

（4）根据PS和ts，查表HFC134a过热蒸气的热力性\质表得：压缩机吸气口制冷剂比焓hs=407.952KJ/Kg，比体积υs=0.098914m3/Kg，比熵SS=1.7822KJ/(Kg•K)。

（5）根据PS和SS，查HFC134a过热蒸气的热力性质表得：压缩机等比熵压缩终了的制冷剂比焓hds=455.813 KJ/Kg。

（6）额定空调工况下压缩机的指示效率ηi为：

ηi=Te/Tc+bte=(5+273.15)/(60+273.15)+0.002×0=0.835

（7）额定工况下，压缩机的排气比焓为：

hd=hs+（hds—hs）/ηi=407.952+（455.813—407.952）×0.835=447.916 KJ/Kg。

（8）根据Pd和hd，查HFC134a过热蒸气的热力性质表得：额定工况下压缩机的排气温度td=87.10℃。

2．计算额定空调工况制冷系统所需制冷量。

（1）根据以知条件，膨胀阀前制冷剂液体温度t4/为：

t4/=tc—△tsc=63℃—5℃=58℃。

（2）蒸发器出口制冷剂气体温度为：

t1=te+△tsc=5℃+5℃=10℃。

（3）按t4/查表有：蒸发器进口制冷剂比焓h5/=279.312 KJ/Kg，按t1和Pe查表有：蒸发器出口制冷剂比焓h1=404.40 KJ/Kg。

（4）在额定空调工况下，蒸发器的单位制冷量qe,s为：

qe,s=h1—h5/=404.40—279.312=125.1 KJ/Kg。

（5）稳态工况，制冷系统所需制冷器应与车厢热负荷平衡，计算是应留有一定的余量，以考虑实际情况与车厢热负荷平衡是可能存在的差距。设该余量为10%，则制冷系统所需制冷量Qe,s为：

Qe,s=1.1×Qh=1.1×3488.2W=3837W

3．将额定空调工况下制冷系统所需制冷量换算成压缩机所需制冷量

（1）额定空调工况下制冷系统所需制冷剂的单位质量流量qm,s为：

qm,s= Qe,s/ qe,s=3.837/125.1=0.03067Kg/s。

（2）额定空调工况下压缩机的单位质量制冷量qe,c为：

qe,c=h1//—h5/=420.434—279.312=141.122 KJ/Kg。（3）额定空调工况下压缩机的单位体积制冷量qv,c为：

qv,c= qe,c/υs=141.122/0.081233=1737.250KJ/m3。（4）对于稳态过程，制冷系统中各组成部件的制冷剂质量流量应当一致，因而额定空调工况压缩机的制冷剂质量流量应为：

qm,c=qm,s=0.03067Kg/s。

该工况压缩机所需制冷量Qe,c= qe,c×qm,c=141.122×0.03067=4.328KW。

4．将额定空调工况下压缩机制冷量换算成测试工况压缩机制冷量