王占魁，姜帆

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

某轻型装甲巡逻车空调制冷量的计算

王占魁，姜帆

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章基于稳态传热法对某轻型装甲巡逻车空调的制冷量进行了计算。计算考虑了车辆的使用环境、钢板厚度、隔热材料、乘员人数等。为了简便计算作者利用matlab编写了计算程序。

轻型装甲巡逻车；制冷量；matlab

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.045

CLC NO.:U469.6 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-131-04

前言

本文采用稳态传热法近似计算了图1某轻型装甲巡逻车的空调制冷量。根据该车使用环境以及搭载乘员人数，将室内外温度、太阳辐射强度、空气的相对湿度、比焓值、车身钢板厚度、隔热材料热导率、用电设备功率等，对空调制冷量有着影响的参数都系统的考虑到计算之中。使用稳态传热法近似计算得到空调制冷量，与实际实验结果符合度高，但考虑因素较多计算过程冗杂，参与直接运算参数多达39项，故作者又借助matlab编写了空调计算程序，使得此类设计计算变得方便。

图1 4×4装甲巡逻车

1、车身传热方式

车身与外界环境的热传递方式有三种：导热、对流和热辐射。由于外界的条件千变万化，汽车的运动状态也不断变化，它们之间的热传递处于不稳定的状态。图2所示某轻型装甲巡逻车的热平衡模型。为了简化计算我们假设汽车以中速（40km/h,11m/s），在正午时分向正南方向行驶，汽车运行时整个传热过程是稳定的、不发生变化的，即一种稳态的传热方式。

图2 车身与外界热交换图

2、初始条件的确定

该车乘员12名，使用地区在南方边境地区，维度约22.49°，室外温度35℃，当地大气压99600Pa，相对湿度82%，由湿空气焓湿图3查询可知空气比焓值112kJ/kg，水蒸气分压4613Pa，室内空气预定设计为28℃，空气相对湿度60%，由湿空气焓湿图3查询可知空气比焓值59kJ/kg，水蒸气分压2017Pa，当地水平面总辐射强度978 W/m2，垂直面总辐射强度160W/m2，散射辐射强度35 W/m2。

图3 湿空气焓湿图

3、空调制冷量的计算

空调制冷量的计算即车身热负荷的计算过程，它包括车壁传入的热负荷计算、玻璃传入的热负荷计算、新风传入的热负荷计算、乘员散发的热量计算、发动机室传入的热负荷计算、车身用电设备散发的热量计算，以上六部分热负荷之和再乘以一个修正系数，得到空调的总热负荷即制冷量。

3.1 QB车壁传入的热负荷

车壁传入的热负荷是通过车侧、车顶、车底传入的热负荷之和，它的计算包括了顶、侧、底三个面的传热系数、室外综合温度计算，计算涉及太阳辐射强度、车身钢板厚度、隔热材料热导率等。

3.1.1 车壁传热系数的计算

表1 参数输入

3.1.2 室外车壁综合温度的计算

查阅资料散射辐射Is=35W/m2，垂直面总辐射强度I垂直=160W/m2，水平面总辐射强度I水平=978W/m2，tH室外环境温度35℃。表3车壁室外综合温度的计算。

表3 车壁室外综合温度

计算得到顶、侧、底各壁面的传热系数和室外车壁综合温度，再根据各壁的面积通过下面的计算式可求得由车顶、车侧、车底三个面传入车室内的热负荷，进一步计算可得到车壁面传入的温度。

表4 参数输入

表5 计算结果

a）车窗玻璃传入的热量

表6 参数输入

表7 计算结果

b）新风传入的热负荷

驾驶室新风传入有两个途径：一是门窗缝；二是新风系统。对于没有换气机构的车身缝隙起到了部分自然换气的作用。进入的新风空气需要将其降温处理，空调制冷量设计也必须考虑这部分因素带来的影响。

3.2 室外新风带入热量

新鲜空气量按人体卫生标准需要确定为20～30m3/(h·人)。室外空气进入车内会带进热量可按下式计算。

QV1=0.28·n·V·Rho· (hH-hB)

Rho= 0.00348·B/T-0.00134·Pq/T T=273+tH

表8 参数输入

表9 计算结果

3.3 漏入空气带入热量

漏入空气量是由门缝隙漏入车内的。根据有关资料介绍，当汽车车速40km/h,缝隙宽1.5mm时，漏风量为10m3/(h·m)；当缝隙宽3mm时，漏风量为17m3/(h·m)。由漏风带入车内的热量按下式计算。

表10 参数输入

表11 计算结果

通过以上计算可得新风带入室内的热为QV= QV1+QV2=3937 +4350=8287 W

a）乘员散发的热量

乘员散热量可按116W/人计算。

Qp=116·n=116·12=1392W

b）发动机室传入的热负荷

发动机室传入驾驶室的热量计算，主要考虑了发动机舱与驾驶室相邻壁面的面积、传热系数、对流放热系数、热阻、综合温度等。

3.4 传热系数的计算

表12 参数输入

表13 计算结果

3.5 综合温度的计算

发动机侧壁面室外综合温度tze=tH+20=35+20=55℃

通过以上计算可以得到由发动机室传入驾驶室的热量QE=Ke·Fe· (tze-tB)= 48.3 W,Fe

3.5.1 车身用电设备散发的热量

电动机、仪表灯等发热元件的热量都是构成空调热负荷的重要组成部分，所以这部分热量也应纳入到设计计算中。这部分计算主要是将驾驶室内的用电设备功率进行相加，再乘以个效率η（80%～90%）。通过计算某轻型装甲巡逻车驾驶室内用电设备的散热量为QM=400。

将以上QB、QG、QBi、QV、QP、QE、QM计算完毕后，我们可由空调热负荷平衡计算式得出该车空调所需的制冷量。

Q=k(QB+QG+QBi+QV+QP+QE+QM)=1·(211.35+115.7+221.85+82 86+1392+54.33+400)=10681.33W

Q-空调总热负荷；

K-修正系数1～1.2；

4、Matlab编程

将以上计算过程通过matlab编写程序heatload.m。

function [Q]=heatload(x)

tH=x(1);%tH室外温度，摄氏度

tB=x(2);%tB室内设计温度，乘用车24～26，货车取26～28摄氏度

hH=x(3);%hH车辆使用地方大气压B条件室外空气的比焓值 kJ/kg

hB=x(4);%hB车辆使用地方大气压B条件室内空气的比焓值 应取室内湿度kJ/kg

B=x(5);%B车辆使用地方大气压 Pa

pq=x(6);%pq室外水蒸气分压力 Pa

deltt1=x(7);%deltt1顶盖钢板厚度 m

deltt2=x(8);%deltt2顶盖隔热层厚度 m

delts1=x(9);%delts1车侧钢板厚度m

……

Fgf=x(19);%Fgf前风窗玻璃面积 m2

Fgs=x(20);%Fgs车侧玻璃面积，是车身单侧玻璃之和m2

Fgb=x(21);%Fgb后风窗玻璃面积 m2

Fgy=x(22);%Fgy阳面玻璃面积可选Fgf或Fgb或一半的Fgs m2

n=x(23);%n乘员人数

……

aH=8.36+41.8*sqrt(11.1);%室外车身表面对流放热系数，其中11.1是车速40km/h时

%对应的车速11.1m/s,取值约146W/(m2*K)。。。。。。（视情况可更改）

aB=60;%内饰表面的上对流放热系数，室内空气流速在0.25～0.5m/s时

%取值60W/(m2*K)。。。。。。（视情况可更改）

a2=1.1;%修正系数1.1～1.25忽略热桥作用。。。。。。（视情况可更改）

......

QV=QV1+QV2;%新风热负荷

a1=1;%修正系数1～1.2。。。。。。（视情况可更改）

Q=a1*(QB+QG+QBi+QE+QM+QP+QV);%驾驶室热负荷

在matlab命令窗口输入已知参数：

x(1)=35;%室外温度

x(2)=28;%室内温度

x(3)=112;%室外空气比焓值

x(4)=59;%室内空气比焓值

x(5)=99600;%当地大气压

x(6)=4613;%室外水蒸气分压力

x(7)=0.003; %顶盖钢板厚度

x(8)=0.04; %顶盖隔热层厚度

x(9)=0.005; %车侧钢板厚度

x(10)=0.04; %车侧隔热层厚度

x(11)=0.006; %地板钢板厚度

x(12)=0.04; %地板隔热层厚度

……

x(23)=12;% 乘员人数

x(24)=15.6; %车门缝长度长度 m

再在命令窗口中调用heatload(x)函数，即可得到ans =1.0682e+004 如图4结果。

图4 结果

5、结语

本文基于稳态传热法对某轻型装甲巡逻车的空调制冷量进行了计算，并将理论计算通过matlab软件编写了计算程序，提高了设计工作效率，为同类车型设计提供了参考。

[1] 王若平.汽车空调［M］.北京：机械工业出版社,2007.

[2] 张小虞主编.汽车工程手册［M］.北京:人民交通出版社,2001.

The Refrigeration Capacity Calculation of Air Conditioner on a Light Armored Patrol Vehicle

Wang Zhankui, Jiang Fan
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

The paper, based on steady-state heat transfer method, introduced the refrigeration capacity calculation of Air conditioner on a light armored patrol vehicle. The calculation took vehicle working environment, steel plate thickness, thermal insulation materials, and person capacity into account. It provided help for refrigeration capacity calculation by giving a program with matlab.

light armored patrol; vehicle refrigeration capacity; Matlab

U469.6

B

1671-7988(2016)01-131-04

王占魁，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院军品研究所。姜帆，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院军品研究所。