微型汽车空调冷负荷计算

2002年 8月 第25卷第 8期 重庆大学学报 (自然科学版) Journal of c ng University(Namml Science Edition) Vo1．25 No．8 Aug．2OO2 文章编号：1000—582X(2002)08一OO65—05 微型汽车空调冷负荷计算 李 夔 宁，杨 颖，童 明 伟 (重庆大学 动力工程学院，重庆 4OOO44) 摘 要：采用谐波反应法对重庆长安汽车公司生产的“长安牌”SC1011A微型载货汽车空调冷负荷进 行了分析计算。分析 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，谐波反应法比传统的稳态计算法更能准确地体现出汽车空调负荷动态变化的 特性。计算结果表明，该型汽车空调冷负荷最大出现在下午 14：00，其值为 3 098 W。在整个空调负荷中， 车窗得热量和维护结构得热量最大，占到总得热量的50．0％。漏风得热量占到 27．3％，表明需进一步改 进车体的密封性能。重庆长安汽车公司根据该结果对该车汽车空调 系统进行了优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，实车通过环境 模拟测试 ，取得 了理想的空调效果。 关键词：汽车空调；冷负荷；谐波反应法 中图分类号：，n(124 文献标识码：A 准确合理地确定汽车的空调负荷，可以提高驾乘 人员的舒适性 ，增强汽车的竞争能力。西部是我国重 要的汽车生产基地之一，年汽车生产量已超过 20万 台，随着中国加入 WTO，汽车正在 以前所未有的速度 进入中国家庭。由于人们对汽车舒适性方面的要求越 来越高，因此准确合理地计算汽车的空调负荷具有重 要意义。 1 汽车空调负荷计算方法 1．1 汽车空调负荷的特点 汽车作为一种运动的物体，其车体结构比较复杂， 运动方位不断变化，所处环境不断改变，影响汽车空调 负荷的随机因素较多，是一种特殊的空调对象⋯。目 前对汽车空调负荷的计算还没有一套完善的计算方 法，普遍采用的一种方法是将车体的传热系数、内外对 流换热系数、太阳直射、散射强度等数据取为经验值， 作为稳态传热过程处理。这种方法在一定程度上简化 了汽车空调负荷计算过程的复杂性，有一定的实用价 值。但汽车空调负荷具有 自身的特点。如车体维护结 构中存在空气层。这种薄而内空的结构，质量轻，蓄热 系数小。空调过程中，存在外界干扰时，车厢内表面的 响应快；在汽车维护结构中，不同材料的导热系数相差 较大，导热系数大的钢骨架在连接车厢内外表面的同 时，在两者之间直接传递热量，形成“热桥”；汽车运动 与静止两种状态差别较大 运动时车厢壁外表面空气 对流换热系数成倍增大，导致车厢壁动态传热系数大 于静态传热系数，而且车厢壁内外侧空气压力不平衡 程度加剧，空气泄漏增加，外界干扰增强。统计结果表 明，汽车车体传热形成的冷负荷是空调负荷的主要部 分，车体壁与车窗传热占总得热量的 4l％ ～67％，这 一 负荷的比例决定了汽车空调负荷的特性。即应该用 非稳态传热方法来研究该负荷，以符合车外空气温度、 太阳辐射周期性变化的实际。 冷负荷与得热量有时相等 ，有时不等。围护结构 热工特性及得热量的类型决定 了得热与负荷的关系。 研究表明，得热量转化为冷负荷过程中，存在着衰减和 延迟现象。冷负荷的峰值不仅低于得热量的峰值，而 且在时间上有所滞后。由此可见，计算汽车空调负荷 时，必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热效应。 1．2 计算方法概述、比较和选定 1946年美国的 C·0·Mackey和 L·T·Wight提出的 当量温差法和 50年代初前苏联学者提出的谐波分解 法在计算通过围护结构的负荷时，其共同的缺点是对 得热量和冷负荷不加区分 ．f^为两者是一回事。所以 空调 冷 负荷 量往 往 偏 大。1968年 加拿 大 D·G· Stephenson和 G·P·Mitalas提出了反应系数法，其基本 特点是把得热量和冷负荷的区别在计算方法中体现出 来。空调负荷计算的反应系数法又称传递系数法 · 收稿日期 ：2002—04—04 作者简介：李夔宁(1970一)，男，重庆巫山人，讲师，重庆大学博士研究生。主要从事制冷空调技术与装置的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 重庆大学学报 (自然科学版) 2O02生 (transfer function method)，此方法把研究对象当作线性 的热力系统，利用线性热力系统的传递函数得出某种 单位扰量下的各种反应系数，然后利用反应系数求解 得热和冷负荷。它不要求扰量是连续函数或周期函 数，适用于任意扰量，但是，其传递矩阵过于复杂，反应 系数的求解很困难。1971年 Stephenson和 Mitalas又用 z传递函数改进了反应系数法，并提出了适合手算的 冷负荷系数法。冷负荷系数法是建立在 z传递函数基 础上的一种简化手算方法。对于车体、车顶和车窗的 传导得热引起的冷负荷，通过冷负荷温差 CLTD使计 算简化；对于车窗日射得热和照明、人体及设备得热引 起的冷负荷通过冷负荷系数 CLF使计算简化，因此它 特别适合于手算。但是它的冷负荷温差和冷负荷系数 以及其他许多参数都是通过查取经验值来确定的，而 对于动态计算汽车空调负荷来说，显然它不是一种最 好的方法 J。我国在 70到 80年代发展了一种新的计 算方法：谐波反应法。谐波反应法以谐波法为基础，从 根本上分清了得热和冷负荷两个不同的概念。它将车 外空气综合温度视为一周期性外扰 ，考虑了温度的衰 减和相位的延迟，将温度和传热的动态变化完全体现 出来，是一种较好的动态计算方法。所以我们选定谐 波反应法计算汽车空调夏季冷负荷。 1．3 谐波反应法简介 谐波反应法是一种非稳定传热计算方法b 】。其 思路是：1)将车外空气温度波的平均值通过稳定传热 公式与车体内壁温度的平均值联系起来，这种平均的 稳定状态符合稳定传热规律的条件；然后通过温度谐 波分析可知车外温度波经车体壁时幅值衰减、相位延 迟。由此得到车体壁内表面的温度波特性。车体壁内 表面与车厢内的空气和设施之间的换热就是通过车体 壁进入车厢内的得热量，其中的对流成分直接构成冷 负荷，辐射部分经车厢内表面或设施吸收后，再以对流 形式放出的热量也构成冷负荷。2)通过车窗进入车厢 的得热量有瞬变传热得热和 日射得热两部分，前者同 车体壁传热得热一样形成相应的冷负荷，后者经蓄热 过程后，再以对流形式释放出来，形成冷负荷。 2 设计计算 2．1 设计参数 车型：重庆长安牌SC101 1A微型载货汽车； 车内干球温度：27℃； 室内相对湿度：50％； 车内空气流速：0．4 nds 车外环境计算干球温度：35℃； 车外环境相对湿度 ：6o％； 车外环境计算平均温度：31．9℃； 地区：重庆地区； 经度：107。，纬度：29。； 乘员数：4人； ．． 车速：向正南方向行驶，40 km／h； 计算时刻：夏至日——7月 22日。 2．2 汽车空调的热负荷构成： Q=Q8+QG+QP+Qv+Q^ +QE+QM+Qc (1) 式中：Q —— 车体围护结构传人热；Q —— 玻璃 传人热；Q —— 人体散热量 ；Q —— 新风热；Q —— 车外空气漏入热 ；Q —— 发动机室传人热；QⅣ—— 车 内仪器、设备发热量；Q —— 地板、行李箱传人热。 2．3 通过车体、车顶向车室内传热量 室外空气综合温度为一周期性外扰，综合温度函 数可表示为： (t)=Ao+∑AnCOS(tO t一 ) (2) 式中： 。为综合温度的平均值 ；LXT．(t)是逐时 车外综合温度的波动值。 LXT．(t)=∑AnCOS(tO t一 ) (3) 式中：A 为第 rt阶扰量 的波幅 AT,n． 由于外扰波动值△ (t)引起车体、车顶内表面温 度波动值为 △ (t) LXT~(t)=∑ cos( t一 一e ) (4) 式中：凡——谐波阶数； —— 第 17,阶扰量的衰减 度；e —— 第 17,阶扰量的相对延滞。 于是，内表面的热流量 g为平均综合温度 与车 内温度 之差所形成的稳定传热量 ，与由于外扰波 动值△ (t)引起的车体、车顶内表面温度 △TN(t)波 动而产生的附加不稳定传热量 △g之和： g=g+Aq=K( 一 )+ ． a ∑ cos( 一 一e )= To+ 耋 cos 一 )】(5) 2．4 通过车窗玻璃传人的热量 通过车窗进入车内的得热量有瞬时传热得热和 日 射得热，对于前者，可参照 2．3节的方法进行计算 。下 面主要就车窗日射得热冷负荷进行讨论[4 】。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 25卷第 8期 李夔宁 等： 微型汽车空调冷负荷计算 67 2．4．1 太阳的直射强度 透过大气层的直接辐射强度 为： = Io Pcscfl (6) ，0—— 太阳常数，其值为 1 353 W／ ，P—— 大气透射 率，一般取值 0．65～0．75， 太阳的高度角。 与正南方向夹角为 e的竖直面上的直接日射强度 为： ，dv=， COSflCOS(口一e) (7) 口— — 太阳的方位角。 当汽车向正南方向行驶时，东侧面法线与正南方 向夹角为 270o，前壁面与正南方向夹角为 0。，西侧面与 正南方向的夹角为 9o。，而后侧面与正南方向的夹角为 180。。 对于倾斜角为 的斜面的直接 日射为： ： (sinflcosX／r+cosflcosasinx／r) (8) 长安 SC1011A微型车窗玻璃中，只有前窗玻璃与水平 面的夹角为6o。，其它的侧面玻璃窗与水平面的夹角均 为 90o。 2．4．2 太阳散射 强度 水平面上太阳散射强度为： 1 D ∞ = o·51osin (9) 斜面上太阳散射强度为： ，蛐=cos2罢 (10) — — 斜面与水平面的夹角。 则通过玻璃窗传人的总热量为： Qc=AK(“一 )+CAq6u (11) 其中，A—— 玻璃窗面积， ；七—— 玻璃窗传热系数， W／(m2·k)；“—— 玻璃温度，取室外环境温度； —— 车内温度；C—— 玻璃 窗遮 阳系数，取 C =0．06； u— — 非单层校正系数；u=1。 qb—— 通过单层玻璃的太阳辐射强度 w／ ： q6=rcIc+r (12) r。—— 透过玻璃的太阳直射投射率，r。=0．84； r —— 透过玻璃窗的太阳散射投射率，取 rs=0．08。 2．5 漏风热负荷 长安 SC1011A微型汽车没有设置专门的新风系 统，因此只有漏风热负荷。设根据车速变化和缝隙宽度 而引起的单位长度每小时漏风量为 Z ，s为车门、窗缝 隙总长，则有： = lnsp(h 。一h．田) (13) 其中， 。—— 室外空气的焓值； ．m—— 室内空气 的焓值 ；ID—— 空气密度，取 1．2 k m3。 2．6 人体热负荷 QP=Qd+116nn (14) 其中， Q —— 司机人体散热量，一般取为 170 w； n—— 乘员数，根据设计要求，取为 4人； ，l —— 群集系数，取 0．89。 2．7 发动机室热负荷 根据厂方实测的数据：发动机室温度为 70℃，传 热面积 F为 0．84 m2。 QE= ( 一￡ ) (15) 其中， 为传热系数，发动机内侧壁面对流放热系数 可取 口 =l0 W／ ·ko室内空气与发动机机罩面的对流 放热系数因室内风速较小取为口 =29 W／ ·K 2．8 照明设备、仪器、仪表的额定功率 长安SC101 1A微型汽车车内的蒸发器风机的额定 功率、照明设备、仪器仪表的功率之和为 75 w。则 p ：75 W 3 计算结果及结论 3．1 计算结果及其分析 根据上述动态计算方法，编制计算机程序 引，计算 得到逐时的得热量与冷负荷的结果如表 1。图 1显示了 计算日各时刻负荷的变化。 表 1 不同计算时刻的得热量及冷负荷 w 维普资讯 http://www.cqvip.com 68 重庆大学学报 (自然科学版) 2O02年 图 I 计算 日各时刻负荷 由图 1可知，下午 l4：00，冷负荷最大，图2显示了 最大冷负荷时，各得热量的大小及所占的比例。 车窗得热量 Q ：774．286 W，26．24％； 围护结构得热量 q ：701。752 W，23．79％；门窗漏 风得热量 QL：805．965 W，27．32％ ； 人体散热量 QR：479．720 W，16．26％； 发动机室散热量 Q，：113．530 W，3．85％；照明设 备散热量 O ：75．000 W，2．54％。 图 2 各得热量比例图 分析：长安 SC101 1A微型载货汽车空调冷负荷中， 车窗得热量和围护结构得热量之和占总的空调负荷的 比例为 50．03％，符合汽车空调冷负荷比例标准(一般 车窗得热量和围护结构得热量之和占总的空调负荷的 比例为 41％ ～6o％)；用此结果指导空调装置的设计， 通过实车环境模拟实验，车内环境的热舒适性很好，证 明采用谐波反应法计算汽车空调负荷是合理的。 3．2 结 论 由以上计算可知，重庆长安牌 SC101 1A微型载货 汽车空调负荷最大出现在下午 14：00，其最大空调负荷 为 3 098 W。 参考文献： [1] 吴宝志 ．汽车空调[M]．北京：宇航出版社，1991． [2] 单寄平．空调负荷实用计算法[M]．北京：中国建筑工业出 版社，1989． [3] 徐湘波，胡益雄．建筑物及汽车空调负荷[M]．合肥：国防 科技大学出版社，1997． [4] 陈沛霖，曹叔维，郭建雄 ．空调负荷计算理论与方法[M]． 上海：同济大学出版社，1987． [5] 孙纯武，刘宪英，黄忠，等．汽车空调车室冷负荷计算方法 [J]．四川制冷，1997，20(3)：15—23． [6] 金显明 ．空调工程负荷计算与程序汇编[M]．天津：天津 大学出版社，1987． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 25卷第 8期 李夔宁 等： 微型汽车空调冷负荷计算 69 Calculating the Cooling Load of Cars’Air．Conditioning System (College of E necring Thermophysic，Chongqing University，Chongqing 4OOO44，China) Abstract：This paper adopts harmonic reaction method to calculate the cooling load of the air-conditioning system of the NO ， 101 1A loaded—miniature caps in Ch ongqing Chang’an Automobile Co mpany．The study indicates that harmonic reaction method is Hl0re exact than traditional steady method to show the dynamic characteristic of cooling load．The maxinluln cooling load appears on 2：00 pm，it’s 3 098 W ．Among the whole cooling load，heat load through windows and heat load through components are the biggest，they occupy 50％ of the whole amount．Heat load of air leaks occupies 27．3％ ．which shows that it is necessary to improve the seal of caps．Chongqing Chan g’an Automo bile Co mpany develops optimize design for the air- condition system with this result，which reaches a perfect climate effect． Key words：automobile air conditioner；cooling load；harmonic reaction method (上接第 6o页) (责任编辑 张 苹) TiO2 Photocatalysis and its Effect of Sterilizing and Killing Bacterium in Low Temperature Equipment FENG Qing，L|U Gao．bin，WANG Wan．／u (Department of Application Physics，Chongqing University，Chongqing 40004，China) Abstract：Some small particles can be produced from Ti02 by using photocatalytic DP,action ． Th ese small particles have hi【gh oxidation ability and Can be usedi n refrigeration equipments in order to sterilize and kill bacterium．The principle of Ti02 photocatalysis an d the actions of sterilizing and killing bcterium were introduced．It is explained that different structures of Ti02 have different photocatalytic performances and clarify the ways of combining large band gap semiconductor with small band gap semiconductor and doping impurity to enhance Ti02 photocatalytic efficiency．Some problems of Ti()2 photocatalysis and application prospe cts were put forward． Key words：Ti02；photocatalysis；sterilize ；kill bacterium (责任编辑 吕赛英) 维普资讯 http://www.cqvip.com