铁道客车空调系统设计计算

铁路客车空调系统设计计算

作者 朱明

内容提要:本文叙述了铁路客车空调系统设计计算方法，重点介绍了客车空调系统热工计算和通风系统风道阻力计算方法，对客车设计中的有关空调系统的学习和设计将有积极的帮助。

※ ※ ※

1概述

空调系统热工计算和通风系统风道阻力计算，是客车空调系统设计一个重要部分，它是空调机组的选型和通风道整体布置的理论依据。目前铁道客车的空调冷热负荷是按铁道部标准TB/T1957-91《铁路空调客车热工计算方法》和国家标准GB/T12817-2004《铁道客车通用技术条件》执行。为简化计算过程，采用稳定计算法计算空调负荷，在实际工作中还要通过性能试验和整车静止试验对设计进行验证。

2.空调客车车内外设计计算参数：

2.1使用条件：

a)海拔高度:≤1500m

b) 环境温度:高寒-40～+40℃，非高寒：-20～+40℃

c) 湿度:最大相对湿度≤90%

d)列车空调系统能承受风、沙、雨、雪的侵袭

e) 列车运行速度25G型车120km/h，25T型车160km/h。

2.2计算参数：

a) 夏季工况

外气温度：35℃

相对湿度：60%

客室温度：24-28℃

客室相对湿度：40%～65%

客室沿高度和长度方向上的平均温差≤3℃。

b) 冬季工况

外气计算温度：北京以南-14℃，非限定地区-35℃。

客室温度：18-20℃

客室相对湿度：30%～60%

客室沿高度和长度方向上的平均温差≤3℃。

c) 新风量

夏季：20m3/n·p；当外温高于35℃时，为15 m3/n·p。

冬季：15m3/n·p；当外温低于-30℃时，为10 m3/n·p。

d) 车内微风速

夏季平均微风速≤0.25m/s

冬季平均微风速≤0.2m/s

e) 客室空气含尘量≤0.10mg/m 3

f) 客室CO 2容积浓度≤0.15%

对于运行在北京以南的客车，当冬季车外空气温度低于－14℃时，客室內平均气温不应低于16℃；

当夏季车外空气温度高于35℃时，按下式计算客室内平均气温:

t B =20＋0.5(t H －20)

式中，t B ：客室内平均温度

t H ：车外空气温度

3.空调热工计算

3.1夏季车内热负荷计算

3.1.1通过车体隔热壁的传热量

Ф1 = K ·F ·△t AB

式中：Ф1—通过车体隔热壁的传热量，W

F —车体传热面积，m 2 F = B A F F ×

F A —车体外表面面积，m 2

F B —车体内表面面积，m 2

K —车体传热系数，W/m 2·K

K = K S ·K g

K S —修正系数

K g —车体传热系数理论计算值，W/m 2·K

K g =

∑∑•i i i F F K K i = ∑−++n i W i N 1/1/11

αλδα

αW —车体外表面换热系数，W/m 2

·K

αN —车体内表面换热系数，W/m 2·K

δi —各层材料的厚度，m

λi —各层材料的导热系数，W/m ·K

△t AB —车体内、外空气温差，K

3.1.2进入车内的太阳辐射热

通过车顶、侧墙、车窗和地板进入车内的太阳辐射热

Ф2 = K CD ·F CD W CD αεJ CD ＋ K CQ ·F CQ W CQ αεJ CQ ＋ K DB ·F DB W

DB αεJ DB ＋ D ·σ·F ch ·J CQ 式中：Ф2—进入车内的太阳辐射热，W

K CD 、K CQ 、K DB —车顶、侧墙、地板的传热系数，W/m 2·K

F CD 、F CQ 、F DB 、F ch —车顶、侧墙、地板和车窗玻璃的传热面积，m 2

εCD 、εCQ 、εDB —车顶、侧墙、地板的阳光吸收系数

J CD 、J CQ 、J DB —车顶、侧墙、地板外表面上的太阳辐射强度，W/m 2

D —玻璃透光系数

σ —遮光系数

3.1.3车内旅客的散热量

Ф3 = n ·q

式中：Ф3—车内旅客的散热量，W

n —车内定员数

q —平均每人散发的热量，W

3.1.4车内机电设备的散热量

若车内装有电开水炉，电炉和其他电源，在计算热平衡时，按热源的平均功率和使用时间计算其散

热量Ф4。

3.1.5车内总的热负荷

Ф =Ф1 ＋ Ф2 ＋ Ф3＋ Ф4

式中：Ф —车内总的热负荷，W

3.2夏季车内湿负荷计算 车内湿负荷主要是旅客的散湿量。

W = n ·p 式中：W —旅客的散湿量，g/h

p —平均每人的散湿量，g/h

3.3设备制冷功率和去湿量计算

3.3.1空气流量与热流量计算

干空气流量

m G = 3101−×+•d V

ρ

式中：m G — 干空气流量，kg/s

ρ — 空气密度,kg/m 3

V — 空气容积流量，m 3/s

d — 空气含湿量，g/kg

空气中的水蒸气流量

m X = m G ·d×10-3

式中：m X —空气中的水蒸气流量，kg/s

湿空气流量

m = m G (1＋d ×10-3)

式中：m —湿空气流量，kg/s

空气的热流量

ФG = m G ·i

式中：ФG — 空气热流量，kW

i — 空气比焓，kJ/kg

3.3.2 按送入车内新鲜空气量和再循环空气量确定混合空气参数点M’（见图1）

i M ′

= GB

GA B GB A GA m m i m i m +•+• d M ′ = GB GA B GB A GA m m d m d m +•+• 式中：i A 、i B 、i M ′— 新鲜空气、再循环空气和混合空气的比焓，kJ/kg

d A 、d B 、d M ′—新鲜空气、再循环空气和混合空气的含湿量，g/kg

m GA 、m GB — 新鲜空气、再循环空气中的干空气流量，kg/s

通风机安装在蒸发器的顺风侧，因通风机工作时散热，加热混合空气，使混合空气参数点M ’上移

至M 点。

△t M M ′= M P T m C P ′

• △i M M ′= M G T m P ′ 式中：△t M M ′

—M 、M ’点间温差，K △i M M ′—M 、M ’点间焓差，kJ/kg

P T — 通风机功率，kW

C P —空气定压比热，kJ/kg ·K

M m ′—混合空气流量，kg/s