整车空调热负荷计算
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Qe= QB +QG+QV+ QP+QM =4318W 4、试验验证
根据以上计算结果进行系统匹配(本文不作阐述),将系统匹配的产品装车后进行环模 试验 4.1 试验台 主要技术参数:
环境舱温度范围:-25~60℃ 相对湿度:20%~90% 空气循环系统:140000m3/h 车速风机:风速最大 200km/h 红外阳光模拟:光照强度 1200W/m2 底盘测功机:最高测速 200km/h 4.2 实验方法 预热升温(预热升温方法附后) 内循环,吹面、最冷, 最大风量,A/C ON;乘员 1 人; 数据采集频率:1 次/5s.
面积(m2)
前档玻璃 后档玻璃 前门玻璃 后门玻璃
0.99 0.7 0.494 0.48
后角窗玻璃 车门 防火墙
0.094 4.06 0.63
车顶
1.57
底板
3.07
2.3 热负荷算参数 室内:温度 22℃,相对湿度 38% 室外:温度 40℃,相对湿度 40%
隔热系数 0.84 0.84 0.84 0.84 0.46
整车空调热负荷计算
王雷刚 (豫新汽车空调股份有限公司 河南新乡 453049)
【摘 要】:为了准确合理地计算出夏季汽车空调的负荷,对夏季汽车空调制冷量作了计算和 分析,从而有效避免了因制冷量不足而造成乘员不适,引发客户抱怨,减少设计误差。 【关键词】:空调热负荷;汽车空调系统;分析。
Vehicle air conditioner heaterload calculation Wang leigang
同(比如壁面外表面的温度、车身隔热措施等差别很大),所以车身个壁面的传热系数 Ki 是不同的,要分别计算。
对于车顶、侧壁面、底板,传热系数按如下公式计算:
1
Ki=
δ 1 + ∑ α λ α H
i+ 1
i
B
式中:
αH——外表面放热系数,与表面相对气流有关。当车速为 V=40km/h 时,取αH≈40.56W/
故车身不同壁面综合温度也是不同的,具体如下: tC 顶= tH+ρ顶 I 顶/(αH+K 顶),其中 I 顶=I 水平 tC 侧= tH+ρ测 I 测/(αH+K 侧),其中 I 测=(I 阳+ I 阴)/2 对于底板,虽然没有受到太阳辐射的影响,但受到地面反射以及发动机的影响,使得地
板外表面温度比大气温度要高一些。故可取经验数值,tC 底= tH+2.5℃。 经过计算可得到车身不同壁面的外表面温度:tC 底=42.5℃,tC 顶=63.5℃,tC 侧=44℃
随着汽车工业的发展和成熟,轿车空调的前期模拟计算在空调开发过程中的作用越来越 重要,汽车热负荷计算有着多种不同的计算方法,本文将通过理论计算确定轿车空调制冷量, 同时根据试验结果对此模拟计算进行验证,为后继产品设计计算提供了依据。
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,相互之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。 2、计算输入 2.1 新车整体参数: 车厢内容积:2.693L 乘员:5 人 2.2 车型局部细节参数:
虑,应用如下公式:
式中:
Qi= KiFi(tF-tB)
Qi——分别表示前围的传热量; Ki——分别表示前围的传热系数; Fi——分别表示前围的传热面积; tF——分别表示发动机舱温度,这里取 tF=85℃; tB——分别表示车内温度,这里 tB=22℃;
3.2.1 车身壁面传热系数 K
传热系数 K 与车身内、外表面的放热系数及隔热层热阻有关,由于车身壁面的条件不
备注
不含玻璃 前挡玻璃到前地板 含天窗 仪表板横梁到后椅靠背
3、理论制冷负荷热计算
3.1 汽车空调热平衡模型 计算程序是依据以稳态传热为基础的汽车空调热平衡模型,该模型考虑了传导、对流、
辐射等各种热传导方式对车内热负荷的影响,以及乘员的汗热和湿热对车内热负荷的影响。 热平衡的方程式如下:
Qe= QB +QG+QV+ QP+QM 式中:
αH——外表面放热系数,取αH≈40.56W/(m2·h·℃); I——太阳总的辐射强度,I=Id+Is。其中,Id 为太阳直射辐射强度,Is 为太阳散射辐射
强度。I 水平=1160 W/(m2·h),I 阳=308 W/(m2·h),I 阴=81.5W/(m2·h)。 对于车顶、侧壁面(包括后围),由于太阳摄入的角度不同,样样辐射强度是不同的,
(m2·h·℃);发动机侧壁面对流放热系数,气流速度小于 40 km/h,取αH≈27.78W/ (m2·h·℃);
αB——内表面放热系数,在汽车空调状态,取αB≈16.67W/(m2·h·℃); δ——隔热材料厚度(m); λ——隔热材料导热系数 W/(m·℃); 前围 结构为:钢板(0.7mm)+隔热材料(25mm),各导热系数如下:
代入相关参数,可得 QG=1715W 3.4 新风热计算
新风热 QV 的计算式: QV=v·ρ·(hH-h B) 式中:
ρ——空气密度,当 tH=40℃,相对湿度为 40%时,ρ=1.127kg/m3 V——车内新风量,取极限乘员量 Байду номын сангаас 人,则 V=n·V1=5*11=55m3/h hH,h B——车内外空气焓值。 当 tH=40℃,相对湿度为 40%时,hH =89.05kJ/kg 当 tB =22℃,相对湿度为 38%时,hB =38.23kJ/kg 代入公式得 QV=875W 3.5 乘员人体散发的热量 司机每小时散发的热量为 125kJ,一般乘客每人每小时散发的热量为 116 kJ,则有 Qp =589W 3.6 用电设备的散热量 用电设备的散热量主要考虑鼓风电机、音响等用电设备,考虑这些设备的效率,取经验 值 QM =50W 车身总热负荷:
(YUXIN AUTOMOTIVE AIR CONDITIONER CO.,LTD. Xinxiang,Henan 453049) Abstract: In order to accurately calculate the summer car air-condtionting load,on summer and automotive air condtionging refrigerating capacity were calculated and analyzed, so as to effectively prevent the cooling load caused by inadequate occupant discomfort,cause customer complaints,reduce design errors. Key words: air conditionging heat load; automobile air conditioning system ; Analysis. 1、 前言
结合加权系数后,则有 K 侧=
∑ KiFi
F
=2.35W/(m2·h·℃)
车顶 结构一为:钢板(0.7mm)+内饰板(6mm),面积为车门面积的 20% ,各导热系数如 下:
钢板——λ=54W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 顶=9.2W/(m2·K) 结构二为:钢板(0.7mm)+空气(26mm) +内饰板(6mm) ,面积为车门面积的 80% , 各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 空气——取经验数据,λ=0.029W/(m·℃);
热可以按照多层均匀壁面传热计算。
对于车顶、侧壁面、底板,可以用以下传热公式计算:
Qi= KiFi(tH-tB) 式中:Qi——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热量;
Ki——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热系数; Fi——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热面积; tH——分别表示车外温度,这里 tH=40℃;考虑到太阳辐射的作用,在计算时,采用 车外综合温度 tC 代替 tH; tB——分别表示车内温度,这里 tB=22℃; 对于前围,由于发动机舱的温度远高于室外温度(40℃),所以此处传热需要单独考
α QG2=(ηU+ρU B )S αH
U= F,玻 I
式中: η——太阳辐射通过玻璃的透入系数,η前档=0. 84 ρ——玻璃对太阳辐射热吸收系数,ρ=0.08 S——遮阳修正系数,取 S=0.77 I——玻璃外表面的太阳垂直辐射强度,取I=1160W/(m2·h) U——太阳垂直辐射量 F,玻——水平车窗面积,F,玻=1.953 m2 F 玻——垂直车窗面积, F玻 =1.673 m2 K 玻——玻璃的传热系数,取 K 玻=6.39W/(m2·h·℃) αH——外表面放热系数,取αH≈40.56W/(m2·h·℃) αB——内表面放热系数,在空调状态,取αB≈16.67W/(m2·h·℃)
3.2.3 车身壁面传热计算 车顶、侧壁面、底板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分,故采用壁面综合温度代 替车外温度,则它们的传热量分别为:
Q 顶= F 顶 K 顶(tC 顶- tB)=172W Q 侧= F 侧 K 侧(tC 侧- tB)=210W Q 底= F 底 K 底(tC 底- tB)=458W
车前围没有受到太阳辐射的作用,只考虑温差传热的影响,通过这部分的传热量为: Q 前= F 前 K 前(tF- tB)=250W 则有:
QB=Q 顶+ Q 侧+ Q 底++Q 前=1089W 3.3 通过玻璃的热负荷计算 考虑太阳辐射,通过玻璃传入的车内热量由两部分组成:
QG= QG1 + QG2 车内外温差传入的热量 QG1,QG1=K 玻 F 玻(tH- tB) 太阳辐射通过玻璃传入的热量 QG2,
车身外表面从太阳辐射中吸收的热量 Q2=FK(tC- tH_) 则传入的总热量为:Q= Q1+ Q2= FK(tC- tB)。 由于太阳辐射使车身外表面温度升高,将太阳辐射强度转化成相当的形式,与车外温度叠加
在一起,组成太阳照射表面的综合温度,即 tC
α tC=
ρΙ +
Κ
+
tH
Η
式中: ρ——车身外表面吸收系数,ρ=0.9;
Q:空调产生的冷量 W;
Qe:车内热负荷 W; QB:车身总热负荷 W; QG:通过玻璃热负荷 W; QV:新风热负荷 W; QP:车内人员热负荷 W; QM:电器热负荷 W; 3.2 车身壁面热负荷计算
车身包括车顶、侧壁面、底板、前围等几部分组成。故车身总热负荷表达公式如下:
QB= Q 车顶+ Q + 侧壁面 Q 底板+ Q 前围 车身壁面多属于金属均匀壁面、空气夹层或者隔热材料、内壁材料构成,因此它的传
钢板——λ=54W/(m·℃); 隔热材料——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 前=3.67 W/(m2·K) 底板 结构一为:钢板(0.7mm)+地毯(5mm) ,面积为 1.01m2,各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 地毯——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 底=5.19W/(m2·K) 结构二为:钢板(0.7mm)+隔热材料(10mm) +地毯(5mm) ,面积为 2.06m2,各 导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 隔热材料、地毯——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 底=8.29 W/(m2·K) 车门 结构一为:钢板(1.4mm)+内饰板(2.5mm),面积为车门总面积的 20% ,各导热系 数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 侧=10.56W/(m2·K) 结构二为:钢板(1.4mm)+空气(95mm) +内饰板(2.5mm) ,面积为车门总面积 的 80% ,各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 空气——取经验数据,λ=0.029W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 侧=0.3W/(m2·K)
隔热材料、内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 顶=1W/(m2·K)
结合加权系数后,则有 K 顶=
∑ KiFi
F
=2.64W/(m2·h·℃)
3.2.2 车身壁面综合温度的计算 考虑到太阳辐射的作用,通过车身壁面传入的热量由两部分组成:
由于车身内外空气温差,通过车身外表面已对流方式从大气中的得到热量 Q1=FK (tH_-tB)
根据以上计算结果进行系统匹配(本文不作阐述),将系统匹配的产品装车后进行环模 试验 4.1 试验台 主要技术参数:
环境舱温度范围:-25~60℃ 相对湿度:20%~90% 空气循环系统:140000m3/h 车速风机:风速最大 200km/h 红外阳光模拟:光照强度 1200W/m2 底盘测功机:最高测速 200km/h 4.2 实验方法 预热升温(预热升温方法附后) 内循环,吹面、最冷, 最大风量,A/C ON;乘员 1 人; 数据采集频率:1 次/5s.
面积(m2)
前档玻璃 后档玻璃 前门玻璃 后门玻璃
0.99 0.7 0.494 0.48
后角窗玻璃 车门 防火墙
0.094 4.06 0.63
车顶
1.57
底板
3.07
2.3 热负荷算参数 室内:温度 22℃,相对湿度 38% 室外:温度 40℃,相对湿度 40%
隔热系数 0.84 0.84 0.84 0.84 0.46
整车空调热负荷计算
王雷刚 (豫新汽车空调股份有限公司 河南新乡 453049)
【摘 要】:为了准确合理地计算出夏季汽车空调的负荷,对夏季汽车空调制冷量作了计算和 分析,从而有效避免了因制冷量不足而造成乘员不适,引发客户抱怨,减少设计误差。 【关键词】:空调热负荷;汽车空调系统;分析。
Vehicle air conditioner heaterload calculation Wang leigang
同(比如壁面外表面的温度、车身隔热措施等差别很大),所以车身个壁面的传热系数 Ki 是不同的,要分别计算。
对于车顶、侧壁面、底板,传热系数按如下公式计算:
1
Ki=
δ 1 + ∑ α λ α H
i+ 1
i
B
式中:
αH——外表面放热系数,与表面相对气流有关。当车速为 V=40km/h 时,取αH≈40.56W/
故车身不同壁面综合温度也是不同的,具体如下: tC 顶= tH+ρ顶 I 顶/(αH+K 顶),其中 I 顶=I 水平 tC 侧= tH+ρ测 I 测/(αH+K 侧),其中 I 测=(I 阳+ I 阴)/2 对于底板,虽然没有受到太阳辐射的影响,但受到地面反射以及发动机的影响,使得地
板外表面温度比大气温度要高一些。故可取经验数值,tC 底= tH+2.5℃。 经过计算可得到车身不同壁面的外表面温度:tC 底=42.5℃,tC 顶=63.5℃,tC 侧=44℃
随着汽车工业的发展和成熟,轿车空调的前期模拟计算在空调开发过程中的作用越来越 重要,汽车热负荷计算有着多种不同的计算方法,本文将通过理论计算确定轿车空调制冷量, 同时根据试验结果对此模拟计算进行验证,为后继产品设计计算提供了依据。
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,相互之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。 2、计算输入 2.1 新车整体参数: 车厢内容积:2.693L 乘员:5 人 2.2 车型局部细节参数:
虑,应用如下公式:
式中:
Qi= KiFi(tF-tB)
Qi——分别表示前围的传热量; Ki——分别表示前围的传热系数; Fi——分别表示前围的传热面积; tF——分别表示发动机舱温度,这里取 tF=85℃; tB——分别表示车内温度,这里 tB=22℃;
3.2.1 车身壁面传热系数 K
传热系数 K 与车身内、外表面的放热系数及隔热层热阻有关,由于车身壁面的条件不
备注
不含玻璃 前挡玻璃到前地板 含天窗 仪表板横梁到后椅靠背
3、理论制冷负荷热计算
3.1 汽车空调热平衡模型 计算程序是依据以稳态传热为基础的汽车空调热平衡模型,该模型考虑了传导、对流、
辐射等各种热传导方式对车内热负荷的影响,以及乘员的汗热和湿热对车内热负荷的影响。 热平衡的方程式如下:
Qe= QB +QG+QV+ QP+QM 式中:
αH——外表面放热系数,取αH≈40.56W/(m2·h·℃); I——太阳总的辐射强度,I=Id+Is。其中,Id 为太阳直射辐射强度,Is 为太阳散射辐射
强度。I 水平=1160 W/(m2·h),I 阳=308 W/(m2·h),I 阴=81.5W/(m2·h)。 对于车顶、侧壁面(包括后围),由于太阳摄入的角度不同,样样辐射强度是不同的,
(m2·h·℃);发动机侧壁面对流放热系数,气流速度小于 40 km/h,取αH≈27.78W/ (m2·h·℃);
αB——内表面放热系数,在汽车空调状态,取αB≈16.67W/(m2·h·℃); δ——隔热材料厚度(m); λ——隔热材料导热系数 W/(m·℃); 前围 结构为:钢板(0.7mm)+隔热材料(25mm),各导热系数如下:
代入相关参数,可得 QG=1715W 3.4 新风热计算
新风热 QV 的计算式: QV=v·ρ·(hH-h B) 式中:
ρ——空气密度,当 tH=40℃,相对湿度为 40%时,ρ=1.127kg/m3 V——车内新风量,取极限乘员量 Байду номын сангаас 人,则 V=n·V1=5*11=55m3/h hH,h B——车内外空气焓值。 当 tH=40℃,相对湿度为 40%时,hH =89.05kJ/kg 当 tB =22℃,相对湿度为 38%时,hB =38.23kJ/kg 代入公式得 QV=875W 3.5 乘员人体散发的热量 司机每小时散发的热量为 125kJ,一般乘客每人每小时散发的热量为 116 kJ,则有 Qp =589W 3.6 用电设备的散热量 用电设备的散热量主要考虑鼓风电机、音响等用电设备,考虑这些设备的效率,取经验 值 QM =50W 车身总热负荷:
(YUXIN AUTOMOTIVE AIR CONDITIONER CO.,LTD. Xinxiang,Henan 453049) Abstract: In order to accurately calculate the summer car air-condtionting load,on summer and automotive air condtionging refrigerating capacity were calculated and analyzed, so as to effectively prevent the cooling load caused by inadequate occupant discomfort,cause customer complaints,reduce design errors. Key words: air conditionging heat load; automobile air conditioning system ; Analysis. 1、 前言
结合加权系数后,则有 K 侧=
∑ KiFi
F
=2.35W/(m2·h·℃)
车顶 结构一为:钢板(0.7mm)+内饰板(6mm),面积为车门面积的 20% ,各导热系数如 下:
钢板——λ=54W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 顶=9.2W/(m2·K) 结构二为:钢板(0.7mm)+空气(26mm) +内饰板(6mm) ,面积为车门面积的 80% , 各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 空气——取经验数据,λ=0.029W/(m·℃);
热可以按照多层均匀壁面传热计算。
对于车顶、侧壁面、底板,可以用以下传热公式计算:
Qi= KiFi(tH-tB) 式中:Qi——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热量;
Ki——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热系数; Fi——分别表示车顶、侧壁面、底板的传热面积; tH——分别表示车外温度,这里 tH=40℃;考虑到太阳辐射的作用,在计算时,采用 车外综合温度 tC 代替 tH; tB——分别表示车内温度,这里 tB=22℃; 对于前围,由于发动机舱的温度远高于室外温度(40℃),所以此处传热需要单独考
α QG2=(ηU+ρU B )S αH
U= F,玻 I
式中: η——太阳辐射通过玻璃的透入系数,η前档=0. 84 ρ——玻璃对太阳辐射热吸收系数,ρ=0.08 S——遮阳修正系数,取 S=0.77 I——玻璃外表面的太阳垂直辐射强度,取I=1160W/(m2·h) U——太阳垂直辐射量 F,玻——水平车窗面积,F,玻=1.953 m2 F 玻——垂直车窗面积, F玻 =1.673 m2 K 玻——玻璃的传热系数,取 K 玻=6.39W/(m2·h·℃) αH——外表面放热系数,取αH≈40.56W/(m2·h·℃) αB——内表面放热系数,在空调状态,取αB≈16.67W/(m2·h·℃)
3.2.3 车身壁面传热计算 车顶、侧壁面、底板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分,故采用壁面综合温度代 替车外温度,则它们的传热量分别为:
Q 顶= F 顶 K 顶(tC 顶- tB)=172W Q 侧= F 侧 K 侧(tC 侧- tB)=210W Q 底= F 底 K 底(tC 底- tB)=458W
车前围没有受到太阳辐射的作用,只考虑温差传热的影响,通过这部分的传热量为: Q 前= F 前 K 前(tF- tB)=250W 则有:
QB=Q 顶+ Q 侧+ Q 底++Q 前=1089W 3.3 通过玻璃的热负荷计算 考虑太阳辐射,通过玻璃传入的车内热量由两部分组成:
QG= QG1 + QG2 车内外温差传入的热量 QG1,QG1=K 玻 F 玻(tH- tB) 太阳辐射通过玻璃传入的热量 QG2,
车身外表面从太阳辐射中吸收的热量 Q2=FK(tC- tH_) 则传入的总热量为:Q= Q1+ Q2= FK(tC- tB)。 由于太阳辐射使车身外表面温度升高,将太阳辐射强度转化成相当的形式,与车外温度叠加
在一起,组成太阳照射表面的综合温度,即 tC
α tC=
ρΙ +
Κ
+
tH
Η
式中: ρ——车身外表面吸收系数,ρ=0.9;
Q:空调产生的冷量 W;
Qe:车内热负荷 W; QB:车身总热负荷 W; QG:通过玻璃热负荷 W; QV:新风热负荷 W; QP:车内人员热负荷 W; QM:电器热负荷 W; 3.2 车身壁面热负荷计算
车身包括车顶、侧壁面、底板、前围等几部分组成。故车身总热负荷表达公式如下:
QB= Q 车顶+ Q + 侧壁面 Q 底板+ Q 前围 车身壁面多属于金属均匀壁面、空气夹层或者隔热材料、内壁材料构成,因此它的传
钢板——λ=54W/(m·℃); 隔热材料——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 前=3.67 W/(m2·K) 底板 结构一为:钢板(0.7mm)+地毯(5mm) ,面积为 1.01m2,各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 地毯——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 底=5.19W/(m2·K) 结构二为:钢板(0.7mm)+隔热材料(10mm) +地毯(5mm) ,面积为 2.06m2,各 导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 隔热材料、地毯——取经验数据,λ=0.139W/(m·℃); 代入公式,则有:K 底=8.29 W/(m2·K) 车门 结构一为:钢板(1.4mm)+内饰板(2.5mm),面积为车门总面积的 20% ,各导热系 数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 侧=10.56W/(m2·K) 结构二为:钢板(1.4mm)+空气(95mm) +内饰板(2.5mm) ,面积为车门总面积 的 80% ,各导热系数如下: 钢板——λ=54W/(m·℃); 空气——取经验数据,λ=0.029W/(m·℃); 内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 侧=0.3W/(m2·K)
隔热材料、内饰板——取经验数据,λ=0.25W/(m·℃); 代入公式,则有:K 顶=1W/(m2·K)
结合加权系数后,则有 K 顶=
∑ KiFi
F
=2.64W/(m2·h·℃)
3.2.2 车身壁面综合温度的计算 考虑到太阳辐射的作用,通过车身壁面传入的热量由两部分组成:
由于车身内外空气温差,通过车身外表面已对流方式从大气中的得到热量 Q1=FK (tH_-tB)