整车空调系统冷负荷计算书.doc

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B项目空调系统设计计算报告

编制：

批准：

日期：

06.12.30

目录

一、汽车空调热负荷计算………………………………………………….………..…..2

1.空调系统原理图………………………………………………….………….…2

2.汽车空调热负荷………………………………………………….………….…3

2.1边界条件的确定……………………………………………….………….….…3

2.2热平衡关系的建立………………………………………………………….…..4

2.3空调热负荷计算…………………………………………………………….…..5

2.4空调系统制冷量的确定………………………………………...………………11

二、制冷剂循环流量……………………………………………………………..….…..11

1.压焓图状态点的确定……………………………………………………….….11

2.制冷剂循环流量…………………………………………………………….….12

三、所选压缩机与汽车动力匹配计算……………………………………………....….12

四、冷凝器能力计算…………………………………………………………………….14

五、蒸发器能力计算…………………………………………………………………….14

六、送风量的计算………………………………………………………………….……15

B22空调计算报告

一、汽车空调热负荷计算

1．空调系统原理图

汽车空调系统采用蒸汽压缩式制冷原理。

B22空调系统主要由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、热力膨胀阀、蒸发器、高低压管组成，其原理为：

低温低压液态制冷剂进入蒸发器，在一定压力下吸热气化，变成低温低压气态制冷剂，然后被压缩机抽吸压缩，成为高温高压气态制冷剂，再经过冷凝器放热，冷凝成低温高压液态制冷剂，然后经过热力膨胀阀，制冷剂恢复到低温低压状态，重新流入蒸发器吸热气化，从而完成一个制冷循环。

制冷循环示意图如下：

图1制冷循环示意图

根据奇瑞企业标准Q/SQR.04.072-2005《整车空调系统环境实验及其评估方法》，对汽车空调系统进行环境模拟试验，试验结果应满足以下要求：

1）怠速工况：

环境温度40℃±1℃、相对湿度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面风速10km/h、空档位/P档、鼓风机最大档、全冷（LO）、吹面方向、内循环、测试时间45min、车内无人，满足条件后开始试验，车内平均温度（室内头部温度点）不高于38℃；

2）40km/h工况：

环境温度40℃±1℃、相对湿度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面风速40km/h、4档位/D档、鼓风机最大档、全冷（LO）、吹面方向、内循环、测试时间45min、车内1人，满足条件后开始试验，车内平均温度（室内头部温度点）不高于28℃；

3）90km/h工况：

环境温度40℃±1℃、相对湿度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面风速90km/h、5档位/D档、鼓风机最大档、全冷（LO）、吹面方向、内循环、测试时间45min、车内驾驶员位置乘坐1人，满足条件后开始试验，车内平均温度（室内头部温度点）不高于25℃；

4）120km/h工况：

环境温度40℃±1℃、相对湿度50%±2RH、日照1KW/m²、迎面风速120km/h、5档位/D档、鼓风机最大档、全冷（LO）、吹面方向、内循环、测试时间45min、车内车内驾驶员位置乘坐1人，满足条件后开始试验，车内平均温度（室内头部温度点）不高于25℃。

2．汽车空调热负荷

B22空调热负荷计算设定条件为：

所有传热件面积B22M0数据为参照；所有传热件厚度以B22初版断面厚度为参照；在汽车行驶速度时，对应的压缩机转速以B22发动机3.0L款为参照。

汽车空调热负荷主要包括新风（或漏风）热、车厢壁传热、乘员散热、设备照明放热、发动机传热等形成的负荷。

2.1边界条件的确定

2.1.1车内条件的确定

由试验分析可知，夏季人体感到舒适的温度是24～26℃，由舒适转为不太舒适的分界线是28℃左右；故定义室内空气温度:

；

车内相对湿度小于30%或大于70%都将使人感到不舒服，在45～60%之间比较适宜；故定义车室内相对湿度：

；

根据人体卫生要求，每人应有的新鲜空气量。

考虑到汽车经常会停车开门，新鲜空气得到补充，在此定义换气量：

（按计）。

2.1.2车外条件的确定

综合考虑夏季的高温酷暑和车用冷气系统经常使用的环境，结合有关资料，将该车的车外边界条件确定为:

日照强度:

；；；

环境温度：

；相对湿度：

。

2.1.3汽车行驶速度及压缩机转速的确定

行驶速度：

压缩机皮带轮直径：

发动机皮带轮直径：

发动机/压缩机传动比：

变速箱主减速比

变速箱3档减速比

轮胎滚动半径

对应发动机转速

压缩机转速

变速箱4档减速比

对应发动机转速

压缩机转速

压缩机平均转速

发动机在1140rpm时的输出功率：

20Kw（待定）

2.2热平衡关系的建立

传入车厢内的各种热负荷的总和即构成了该车的热负荷，为简化计算，采用了稳定传热的近似计算法，由热平衡关系可得:

式中：

——空调热负荷；

——通过车顶和车门等车身外构件传入车厢内的热负荷；

——通过发动机舱传入车厢的热负荷；

——通过地板传入车厢的热负荷；

——通过挡风玻璃及各门窗玻璃传入车厢的热负荷；

——换气新风带入车厢的热负荷；

——车内电机及照明灯的热负荷；

——乘员人体散发的热负荷及车内零件散热量；

图2B22空调热负荷示意图

2.3空调热负荷计算

2.3.1通过车顶和车门等车身外构件传入车厢的热负荷

由于太阳辐射的影响，车身外构件的表面温度会比环境温度高出许多，为了简化这一部分热负荷的计算，需要引入日照表面温度概念。

日照表面温度是指由于太阳辐射造成的车身表面实际温度。

由于车顶和车侧的日照强度和传热系数并不一样，和也不相同。

其中:

；

式中：

——车身外表面吸收系数，取0.9；（汽车长期使用后的经验值）

——车顶太阳辐射强度，

——车侧太阳辐射强度，

——车外空气与车外表面的对流放热系数

——车顶传热系数

——车侧传热系数

——环境温度

——行驶速度

壁面传热的基本公式为：

式中：

——传热系数；——传热面积；——传热温差；

显然有：

式中：

——车顶散热面积，测量得出约1.96m²

——车侧散热面积，测量得出约8.94（5.42）m²

——车内温度；

为简化计算，车身各部分均按照多层均匀平壁传热考虑，根据有关传热理论，有：

式中：

——内表面放热系数，车内空气按自然循环考虑，其值取为15；

——各层绝热材料的厚度；

——各层绝热材料的导热系数；

车顶部分，由外板（钢板）0.8mm、空气间隙80mm、内饰板6mm组成，导热系数分别为51.63，5.5，0.028，单位为。

车侧部分，其结构是由钢板0.8mm、空气间隙47mm和内饰板6mm组成，导热系数分别为51.63，5.5，0.05，单位为。

在确定了各部分的传热系数后，就可以计算出各部分的日照表面综合温度：

所以：

2.3.2通过发动机舱传入车厢的热负荷

发动机舱温度在规定的外部条件下约为90℃，发动机舱壁面积约为0.6m²，由钢板0.8mm、隔热垫3mm及成型地毯6mm组成，导热系数分别为51.63，0.055，0.055，单位为。

发动机舱侧的表面放热系数按强制循环考虑，取。

所以其传热系数为：

所以：

2.3.3通过地板传入车厢的热负荷

地板的面积约为4.24m²，其外侧温度推荐取38℃，外侧放热系数取，地板由地毯、钢板及一层沥青板构成，其厚度分别为5mm，1.2mm，5mm，地毯和沥青板的导热系数分别为0.05和0.04，单位为。

通过地板传入车厢的热负荷按多层均匀平壁传热计算。

其中地板传热系数为：

所以：

2.3.4通过挡风玻璃及各门窗玻璃传入车厢的热负荷

经测量，前风挡玻璃厚度5mm，面积1.249㎡；其它玻璃厚度4.0mm，面积1.632㎡。

其导热系数取0.65。

该部分的热负荷包括两部分，一部分是车内外的温差而传入的热量，另一部分是太阳辐射热。

式中：

——太阳辐射通过玻璃的透入系数，取；

——太阳辐射热量，由于挡风玻璃不是垂直安装，前风挡面积约为1.249m²，与水平夹角约29.482度。

经计算，垂直方向的投影面积约为0.6㎡，水平方向的投影约为1.1㎡，门窗玻璃垂直面积约为1.632㎡。

——玻璃对太阳辐射的吸收系数，取0.08；

——遮阳修正系数，取1；

所以：

2.3.5换气新风带入车厢的热负荷

式中：

——换气量；

——空气密度，在40℃时为1.128kg/m³；

——40℃时车外新风状态比焓100.5KJ/Kg；

——25℃时车内空气状态比焓55.5KJ/Kg；

2.3.6车内电机及照明灯的热负荷

主要考虑风机电机传热（约300W）、音响传热（按高音或中音25W/个、低音50W/个计）及顶灯传热（约40W）等。

B22扬声器布置：

前门4个（2个高音，2个低音），后门2个（低音），IP上2个（中音）。

据经验，此热负荷值按总功耗的15%计算：

故：

2.3.7乘员人体散发的热负荷及车内零件散热量

2.3.7.1乘员人体散发热量

根据一般人体散热资料，司机人体散热按148W计，乘员（男性）人体散热按118.4W计。

根据经验公式：

式中，---司机人体散热量；

---男性成人乘员散热量；

---车室内乘员数；

所以：

2.3.7.2车内零件散热量

考虑车内零件散热量，可按以下公式计算：

式中：

--车内零件热传导率；

--车内零件表面积；

--车内零件表面温度。

这里取；

--车内空气温度。

这里取。

由于车内零件表面积不易求得，可用试验测得的值。

日本丰田公司测得轿车。

这里取此经验数据。

则

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。

这里取209W。

综上所述：

2.3.8汽车空调热负荷

2.3.9各部分热负荷所占比重

序号

分热负荷名称

分负荷值

总热负