16空调系统制冷热负荷计算书.docx
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16空调系统制冷热负荷计算书
江苏卡威汽车工业集团有限公司企业标准
空调系统制冷热负荷计算书
2012-02-05发布
江苏卡威汽车工业集团有限公司发布
2012-02-06实施
KWMC-EA-JS-008
KWMC-EA-JS-008
前言
进行汽车空调系统设计或选型之前应进行车身热负荷计算，以确定该空调装置
应具备多少制冷或制热能力。
本标准由江苏卡威汽车工业集团有限公司提出。
本标准由江苏卡威汽车工业集团有限公司汽车研究院负责归口管理。
本标准第一版主要起草人：
倪建华、鱼灵炜
本标准第二版2012年5月修订。
本标准第二版主要修改人：
倪建华、鱼灵炜
KWMC-EA-JS-008
◆设计参数：
车外温度：
tH=38℃，相对湿度：
ф=62%
车内温度：
tB=25℃，相对湿度：
ф=60%
车内成员数：
N=5人，
车内新风量：
V=N*V1=5*11=55m³/h
3
太阳辐射强度：
tH=38℃时，水平面上太阳辐射强度I=1000W/㎡
车速：
v=40km/h
◆附加说明
计算制冷量时所取的车厢内容积为：
V=3.68m³。
3
所取的计算空间如图所示：
后窗
顶板
前窗
发动机罩（在
车厢内部分）
地板
◆制冷热负荷计算
由于车外温度高于车内，加上太阳辐射的作用，有大量热量会通过车身壁面、
车窗等传入车内。
同时，乘员的汗热和湿热也会使车内温度升高。
可见，影响车内
热负荷的因素很多。
综合各种因素，车身热平衡的方程式表达如下：
Qe=QB+QG+QV+QP+QM+QL
Q=1Qe
式中：
1——储备系数，取1＝1.15；
Q——制冷机产生的冷量；
KWMC-EA-JS-008
Qe——车身总热负荷；
QB——车体传入热量；
QG——玻璃传入热量；
QV——新风热；
QP——人体热；
QM——用电设备散热量；
QL——车内零件散热量。
现在分别计算各部分的热负荷。
一、通过车身壁面传入的热量
车身壁面包括顶板、侧壁面、地板、前围（发动机罩壁在车厢内部分）、后围
等几部分组成。
即车身壁面热负荷表达式为：
QB=Q顶板+Q侧壁面+Q地板+Q前围+Q后围
■车身壁面多属均匀壁面，因此，它的传热可以按照多层均匀壁面传热计算。
其中，顶板、侧壁面、地板传热量的计算公式如下：
Qi=KiFi（tHtB）
式中：
Qi——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热量；
Ki——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热系数；
Fi——分别表示顶板、侧壁面、地板的传热面积；
tH——车外空气温度，这里取为tH=38℃；
tB——车内空气温度，这里取为tB=25℃；
对于前围和后围，由于发动机室和行李箱里的温度都远高于车外空气温度，所
以这里的传热可以单独考虑。
计算时按照如下公式：
Qi=KiFi（tFitB）
式中：
Qi——分别表示前围、后围的传热量；
Ki——分别表示前围、后围的传热系数；
Fi——分别表示前围、后围的传热面积；
tFi——分别表示发动机室、行李箱内的温度；
tB——车内空气温度，这里取为tB=25℃；
1、车身壁面传热系数K的计算
传热系数K与车身内、外表面放热系数及隔热层热阻有关，由于车身各壁面的
条件不同（比如壁面外表面温度、车身隔热措施等差别很大），所以车身各壁面的
传热系数Ki是不同的。
要分别计算各部分的传热系数Ki。
KWMC-EA-JS-008
■对于车顶板、侧壁面、地板，传热系数计算式如下；
式中：
H——外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。
当车速为v=40km/h
时，可取H≈146kJ/（㎡·h·℃）。
B——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取B≈60kJ/（㎡·h·℃）。
——隔热材料厚度（m）。
——隔热材料导热系数W/（m·℃）。
■对于前围和后围，传热系数可以按照下式计算：
式中：
F——对于前围，表示发动机侧壁面对流放热系数，取
F=100kJ/（㎡·h·℃）；对于后围，表示行李箱内壁面对流放热系
数，取F=41.8kJ/（㎡·h·℃）。
B——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B≈
60kJ/（㎡·h·℃）。
——隔热材料厚度（m）。
——隔热材料导热系数W/（m·℃）。
（1）、顶板
计算中，对顶板的构成进行了简化，取其厚度为30㎜。
并具有以下结构：
1㎜钢板＋24㎜空气夹层＋5㎜内饰板
各材料导热系数如下：
钢板——＝54W/（m·℃）；
空气——＝6.4W/（m·℃）；
内饰板——取经验数据，＝0.03W/（m·℃）。
对于这部分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，
则有：
■车身顶板处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部
分构成为：
各部分材料导热系数同上。
则传热系数为：
1㎜钢板＋5㎜内饰板
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顶板的外表面积为F顶＝2.10*1.16=2.44㎡。
计算中，取车顶板的1/5为金属
则车顶板的传热系数为：
（2）、车身侧壁面、后围
■由于车身侧壁面和后围结构相近，计算时按照相同结构进行处理。
由于车门等
处结构较为复杂，计算中，对车身侧壁和后围的构成进行了简化，取其厚度为100
㎜。
并具有以下结构：
1㎜钢板＋94㎜空气夹层＋5㎜内饰板
各材料导热系数如下：
钢板——＝54W/（m·℃）；
空气——＝6.4W/（m·℃）；
内饰板——取经验数据，＝0.03W/（m·℃）。
对于这部分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，
则有：
■车身侧壁面和后围处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹
层，则该部分构成为：
1㎜钢板＋5㎜内饰板
各部分材料导热系数同上。
则传热系数为：
车身侧壁面的外表面积为F侧＝（2.3*1.23-0.63）*2=4.40㎡，后围的外表面积
（3）、地板
计算中，对地板的构成进行了简化，取其厚度为16㎜。
并具有以下结构：
1㎜钢板＋10㎜隔热材料＋5㎜地毯
面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。
为FF＝1.44*1.12-1.3*0.4=1.09㎡。
计算中，取车身侧壁面和后围面积的1/5为
金属面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。
则车侧壁面和后围的传热系数为：
则车侧壁面和后围的传热系数为：
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各材料导热系数如下：
钢板——＝54W/（m·℃）；
隔热材料、地毯——取经验数据，＝0.139W/（m·℃）。
按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：
考虑地板内地垄的面积，则地板的表面积为F地＝1.58*2.6=4.11㎡。
（4）、前围
发动机罩壁在车厢内部分按照以下结构组成：
1㎜钢板＋10㎜隔热材料
其中，各组成部分导热系数如下：
钢板——＝54W/（m·℃）；
隔热材料的导热系数取为经验数据——＝0.139W/（m·℃）。
按多层均匀平壁传热计算：
式中：
F——发动机侧壁面对流放热系数，取F=100kJ/（㎡·h·℃）。
B——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B≈
60kJ/（㎡·h·℃）。
经计算得到：
发动机罩壁表面积为FF＝1.3*0.79=1.027㎡。
2、日照表面综合温度的计算
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。
（1）由于车身内外空气的温差，通过车身外表面以对流换热方式从大气中得到
的热量：
Q1=FK（tH-tB）
（2）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：
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
车外温度迭加在一起，组成太阳照射表面的综合温度，即tC。
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式中：
ρ——车身外表面吸收系数，与表面颜色、粗糙度有关，取为ρ=0.9；
I——太阳总的辐射强度，I=Id+Is。
Id为太阳直射辐射强度，Is为太阳散射
辐射强度。
I水平=3600kJ/（㎡·h），I阳=974kJ/（㎡·h），I阴=253kJ/（㎡·h）。
对于车顶、车侧壁面，由于太阳射入的角度不同，太阳辐射强度是不同的。
具体如下：
tc顶=tH+ρ顶I顶/（H+K顶）℃其中，I顶=I水平
tC侧=tH+ρ侧I侧/（H+K侧）℃其中，I侧=（I阳+I阴）/2
对于地板，没有受到太阳辐射的影响，但受到地面反射热以及发动机热的影
响，使得地板外表面温度比大气温度高一些。
可取：
tc地=tH+2.5℃
经计算得到：
tc地=40.5℃tc顶=60℃tc侧=41.5℃
3、车身壁面传热量的计算
■综上所述可知，顶板、侧壁面和后围、地板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分，则
用日照表面综合温度代替车外空气温度，它们的传热量分别为：
Q顶=F顶K顶（tc顶-tB）=1214.4kJ/h=337W
Q侧=F侧K侧（tc侧-tB）=1110.2kJ/h=308W
Q地=F地K地（tc地-tB）=1190.6kJ/h=331W
由于计算过程中有一定近似性，对于顶板、侧壁面、地板的传热可以进行修正，则有：
QB1=а3（Q顶+Q侧+Q地）=1269W
式中：
3——修正系数，取3=1.3。
■而对于前围，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
传入的热量为：
Q前=F前K前（tF1-tB）=1320.5kJ/h=337W
式中：
tF1——发动机室的空气温度，取tF1=85℃。
■则车身壁面传入的总热量为：
QB=QB1+Q前=1269+337=1606W
二、通过门窗玻璃传入的热量
考虑到太阳辐射，通过门窗玻璃传入的热量由两部分组成：
QG=QG1+QG2
（1）由于车内外温差而传入的热量QG1：
QG1=K玻F玻（tH-tB）
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（2）由于太阳辐射通过玻璃传入的热量QG2：
U=F’玻I+（F玻-F’玻）IS
式中：
——太阳辐射通过玻璃的透入系数，=0.84。
——玻璃对太阳辐射热吸收系数，=0.08。
S——遮阳修正系数，取S=0.97
I——车窗外表面的太阳辐射强度，取为I=974kJ/（㎡·h）。
Is——车窗外表面的太阳散射辐射强度，取IS=167kJ/（㎡·h）。
U——车窗的太阳辐射量。
F玻——车窗总面积。
F玻＝0.78+0.52+（0.2826+0.3192+0.0328）*2≈2.570㎡
F’玻——阳面车窗面积。
F’玻＝F玻/2=1.285㎡
K玻——玻璃的传热系数，取K玻=23kJ/（㎡·h·℃）。
H——外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。
当车速为v=40km/h
时，可取
H≈146kJ/（㎡·h·℃）。
B——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取B≈60kJ/（㎡·h·℃）。
代入各相关参数，得到：
QG1≈768kJ/hU≈1466.2kJ/hQG2≈1241kJ/h
QG=2009kJ/h≈558W
三、新风热
新风热QV的计算式：
当tH=38℃，相对湿度ф=62%时，hH=106kJ/kgDA；
当tB=25℃，相对湿度ф=60%时，hB=55.5kJ/kgDA。
得到：
QV=3152.46kJ/h≈876W。
四、乘员人体散发的热量
人体散发的热量与劳动强度、周围空气温度、性别、年龄、衣着等很多因素有
关。
一般按每人每小时发热量418kJ计。
QP=418NkJ/h
式中：
N——乘员人数，按照5人计算。
式中：
——空气密度，当tH=38℃时，=1.135kg/m³
V——车内新风量：
V=N*V1=5*11=55m³/h
hH、hB——车内外空气的焓值。
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则有：
QP=2090kJ/h≈581W。
五、车内零件散热量
方法一：
座椅蓄热量
由于空调起动时，车内温度很高，则车内座椅等要储存一部分热量。
这部分热
量也应该列入车身热负荷的范围。
这里取车内初始温度为60℃，经过半小时后降
到25℃计算。
座椅放热量：
座椅材料取为泡沫塑料。
式中c——泡沫塑料的比热，这里取为c=1.72kJ/（kg·℃）；
ρ——泡沫塑料的密度，这里取为ρ=41㎏/m；
V——座椅容积。
V座椅=0.263m；
t、tB——座椅的初始和终了温度，t＝60℃，tB＝25℃。
——座椅放热经过时间，＝0.5h。
则座椅放热量为：
QL=1.72×41×0.263×（6025）/0.5=1298.3kJ/h≈361W
方法二：
车内零件散热量
考虑车内零件的散热量，可以按照下列公式计算：
QL=BiFBi（tBitB）
式中：
Bi——车内零件热传导率；
FBi——车内零件表面积；
tBi——车内零件表面温度，取为tBi＝30℃；
tB——车内空气温度，tB＝25℃。
可用试验测得的BiFBi值，得BiFBi＝376.2kJ/（h·℃）。
这里取此经验数据。
代入数据，则有QL=376.2*（3025）=1881kJ/h≈523W
计算车身热负荷时，取上述两组数值中较大的一组列入热负荷范畴。
六、用电设备散热量
这里主要计算鼓风机及音响设备、电动后视镜等用电设备散热量。
考虑到这些
设备的效率，最终求得该部分热量为：
QM=50W。
七、总结
车身总热负荷：
Qe=QB+QG+QV+QP+QM+QL=4194W
■空调系统制冷量：
Q=1Qe4.6KW
式中：
1——储备系数，取1=1.1。
3
KWMC-EA-JS-008
随着新车使用时期的加长，车身表面光亮程度减低、表面粗糙度增大，尘土污
垢附着量增加，车身外表面对太阳辐射量的吸收系数增大，则车身吸热量也随之增
加。
另外，新车长期使用后，空调系统中冷凝器外表面会积灰，使得它的换热能力
下降。
考虑诸多因素的影响，在计算了车身总的热负荷的基础上，乘以储备系数
1加以修正。
所以该轿车所需配备的空调机组制冷容量可取为4.6KW左右。
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