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現(xiàn)如今我們的生活水平越來(lái)越高，中國(guó)社會(huì)急速發(fā)展，汽車的數(shù)量日益增多，呈指數(shù)式增長(zhǎng)，汽車各項(xiàng)性能不斷提高，如經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、安全性等，當(dāng)然也包括舒適性?？照{(diào)系統(tǒng)作為汽車的一部分，對(duì)汽車的舒適性有極大的影響，已經(jīng)成為汽車不可缺少的重要組成系統(tǒng)。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要的作用就是調(diào)節(jié)車內(nèi)的空氣，提高清新度，提高車內(nèi)的濕度，調(diào)節(jié)溫度還有流速等等參數(shù)，以此來(lái)營(yíng)造出好的環(huán)境從而給駕駛員和乘客提供良好的舒適度，緩解疲勞和壓力，同時(shí)還能夠清除車窗上面的一些水蒸氣、霧氣、霜等，提高能見(jiàn)度，從而確保行車的安全性[1]。對(duì)于汽車好壞的評(píng)判，汽車空調(diào)已經(jīng)成為不可或缺的一部分，成為一個(gè)非常重要的標(biāo)準(zhǔn)了。汽車空調(diào)已經(jīng)成為影響汽車競(jìng)爭(zhēng)的重要組成部分。全世界的汽車工業(yè)現(xiàn)在都在迅猛發(fā)展中，隨著人們對(duì)生活的要求越來(lái)越高，汽車的舒適性、安全性等越來(lái)越受到大眾的重視，汽車的生產(chǎn)需求越來(lái)越大，所以，對(duì)空調(diào)的研究變得非常重要。 1.2 汽車空調(diào)器發(fā)展概述 汽車工業(yè)的在我國(guó)的迅速崛起，帶動(dòng)了空調(diào)行業(yè)的迅猛發(fā)展，非常的有全景。汽車空調(diào)的作用非常大，對(duì)汽車的各項(xiàng)性能影響很大，能夠提供舒適性，保持車內(nèi)各項(xiàng)性能指標(biāo)在正常范圍內(nèi)，如空氣的流速、空氣濕度、空調(diào)的溫度、車內(nèi)的大氣壓力使乘車人員身心保持健康，提高他們行車過(guò)程的舒適性，還對(duì)行車安全提供了顯著的作用。 從全世界范圍來(lái)看，空調(diào)的發(fā)展時(shí)間不久，卻發(fā)展得非?？?，速度令人吃驚。最原始的空調(diào)裝置剛開始只用來(lái)為乘客和駕駛員提供暖氣和除霜，在1927年出現(xiàn)的。在1940年的時(shí)候第一部有制冷機(jī)的車子被美國(guó)的packard公司生產(chǎn)成功。1954年才有真正安裝在汽車上的空調(diào)冷暖一體式設(shè)備。在1964年的時(shí)候，裝有溫度自動(dòng)控制的空調(diào)開始裝在Cadillac小車上。1979年的時(shí)候，空調(diào)隨著微機(jī)控制的出現(xiàn)，日趨成熟，發(fā)展開始進(jìn)入第四代產(chǎn)品的制造階段。汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越好，基本功能都已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，如制冷，換氣，凈化等功能。我國(guó)對(duì)空調(diào)技術(shù)的掌握還處在開發(fā)階段。 1.2.1汽車空調(diào)的發(fā)展歷程 汽車空調(diào)從最初只能用于加熱到現(xiàn)在的可以采用微機(jī)控制裝置，也經(jīng)歷了幾十年的蛻變過(guò)程。汽車空調(diào)開始走進(jìn)人類的生活，用于各式各樣的汽車上。發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段[4,5]: 第一階段：?jiǎn)螁斡糜谔峁┡瘹?，最開始出現(xiàn)在美國(guó)隨后開始在歐洲普及。現(xiàn)在，很多北歐的比較寒冷的地區(qū)仍然在使用這種汽車空調(diào)。 第二階段：?jiǎn)螁斡糜谥评涞碾A段，主要用在比較炎熱的地區(qū)，赤道附近的熱帶地區(qū)，很多地方現(xiàn)在仍舊在繼續(xù)使用這樣的空調(diào)。 第三階段：可以制冷，也能制熱的階段，這種空調(diào)第一次出現(xiàn)在美國(guó)，隨后開始廣泛普及，基本功能如通風(fēng)、除濕等都可以實(shí)現(xiàn)，很多價(jià)格便宜的車子現(xiàn)在仍在使用。 第四階段：可以自動(dòng)控制的空調(diào)階段，最早由通用公司研發(fā)生產(chǎn)，空調(diào)通過(guò)一些傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度，不需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)，增加行車安全性和舒適性，主要用于高級(jí)一點(diǎn)的車輛上。 第五階段：微機(jī)控制階段，通過(guò)計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算和控制，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度，各項(xiàng)指數(shù)，保證車輛的行車安全和乘客的舒適性，空調(diào)技術(shù)從此走上更加成熟的階段。 1.2.2我國(guó)汽車空調(diào)的發(fā)展與現(xiàn)狀 我國(guó)汽車空調(diào)的發(fā)展十分緩慢，因?yàn)槲覀儑?guó)家的工業(yè)發(fā)展較其他國(guó)家如美國(guó)差距較大，還在初級(jí)階段，發(fā)展不夠成熟，從上世紀(jì)60年代開始才真正開始進(jìn)入發(fā)展階段，可分為以下幾個(gè)階段[6]： 第一階段：處在研發(fā)的階段，空調(diào)最先的發(fā)展是在長(zhǎng)春一汽汽車廠，技術(shù)人員研發(fā)出了能在紅旗車上使用的空調(diào)，并開始投入生產(chǎn)，主要是通過(guò)循環(huán)水來(lái)為車內(nèi)降溫，或者引用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體為車內(nèi)提供暖氣。 第二階段：起步階段，我國(guó)開始應(yīng)用世界上其他發(fā)達(dá)國(guó)家的空調(diào)技術(shù)并加以改進(jìn)，開始在國(guó)產(chǎn)車輛上進(jìn)行使用和研究。為我國(guó)之后空調(diào)技術(shù)的發(fā)展起到不能替代的作用。 第三階段：開始規(guī)模發(fā)展的階段，由于我國(guó)社會(huì)的迅速發(fā)展，和國(guó)家工業(yè)的崛起，汽車產(chǎn)量開始呈指數(shù)式的增長(zhǎng)，空調(diào)技術(shù)越來(lái)越成熟，追趕其他國(guó)家，但是要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)的舒適性還有些路要走[1]。 1.2.3汽車空調(diào)發(fā)展方向 隨著社會(huì)的進(jìn)步，空調(diào)的使用基本普遍，未來(lái)的空調(diào)發(fā)展在向更加經(jīng)濟(jì)性邁進(jìn)，空調(diào)成本應(yīng)進(jìn)一步降低，應(yīng)該更好的提高空調(diào)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和效率，進(jìn)一步提高車內(nèi)的舒適性，提高行車安全，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)空調(diào)使用過(guò)程中的環(huán)保性，操作也應(yīng)該進(jìn)一步簡(jiǎn)化，變得更加智能合理。同時(shí)可以使用全年的季節(jié)溫度和天氣[5]。 伴隨著全球工業(yè)技術(shù)越來(lái)越成熟，汽車空調(diào)技術(shù)將向著這些方面繼續(xù)邁向一個(gè)新高度：全智能化、環(huán)保節(jié)能化、更加輕量化等。 1.3選題依據(jù)與背景 裝有電磁離合器來(lái)控制開關(guān)的空調(diào)是現(xiàn)在市場(chǎng)上主要的產(chǎn)品。渦旋式壓縮機(jī)現(xiàn)在是我國(guó)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)空調(diào)類型，這種機(jī)型有很多優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有氣閥，工作效率更高，使用壽命更長(zhǎng)，更加穩(wěn)定，但是這種壓縮機(jī)加工難度巨大，成本較高，目前還不適用，我們主要采用的是往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，目前的電動(dòng)空調(diào)，主要是安裝在電動(dòng)汽車和電動(dòng)客車上面，一般通過(guò)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，從而帶動(dòng)空調(diào)的運(yùn)行，從而提供制冷或制熱的基本功能。一般來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)客車上面主要安裝的是傳統(tǒng)空調(diào)。因此想要在傳統(tǒng)客車上安裝電動(dòng)空調(diào)是一次全新的嘗試，該課題非常有價(jià)值和意義。 目前的傳統(tǒng)空調(diào)，都是由發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)傳輸動(dòng)力，會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速也發(fā)生改變。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)間在影響著空調(diào)的各項(xiàng)運(yùn)行功能，這使空調(diào)的使用十分不穩(wěn)定，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的沒(méi)有運(yùn)行的狀態(tài)下，空調(diào)系統(tǒng)也無(wú)法運(yùn)行，如在停車的時(shí)候，嚴(yán)重影響乘員的舒適性。 并且發(fā)動(dòng)機(jī)由于要在行車過(guò)程中，帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行，且空調(diào)壓縮機(jī)的能耗相當(dāng)巨大，因此也會(huì)影響到整車的動(dòng)力性[7]。會(huì)增加汽車的整車油耗[2]。 同時(shí)，由于天氣原因，如夏天的時(shí)候需要空調(diào)在行車或者停車過(guò)程中保持在正常的工作狀態(tài)。停車狀態(tài)下開啟空調(diào)會(huì)嚴(yán)重增加燃油損耗并且生成尾氣，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，環(huán)?，F(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)更加重要的問(wèn)題。 由于汽車產(chǎn)量急速增長(zhǎng)，汽車已經(jīng)開始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，客車的也是越來(lái)越變得越來(lái)越重要，到2013為止，已經(jīng)登記的汽車已經(jīng)達(dá)到了驚人的1.4億輛。汽車的尾氣排放已經(jīng)開始成為了城市污染的主要污染源之一[3]，我們的空氣在不斷惡化。因此較少汽車尾氣排放的工作變得越來(lái)越重要，采用電動(dòng)空調(diào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)在汽車上使用，已經(jīng)成為一項(xiàng)極受重視的技術(shù)。 由于人類已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到環(huán)保的重要性，認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排的重要性，因此在這樣是社會(huì)背景下，研究在燃油汽車上使用電動(dòng)空調(diào)，具體極高的研究?jī)r(jià)值和意義。 1.4.課題研究目的及主要工作 汽車空調(diào)系統(tǒng)作為汽車不可分割的一部分，對(duì)于汽車的整車安全性、舒適性扮演著十分重要的角色。。本課題重點(diǎn)探究汽車空調(diào)壓縮機(jī)的另外一種驅(qū)動(dòng)方式，以客車為研究對(duì)象，在燃油客車基礎(chǔ)上，將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)為電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，主要是通過(guò)采用獨(dú)立的蓄電池為其提供能量，由電機(jī)帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行制冷。 圖1.1空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程 在圖中我們能夠很清楚地看到兩種空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，雖然改進(jìn)后的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換的整個(gè)過(guò)程變得復(fù)雜了一點(diǎn)，但空調(diào)系統(tǒng)的效率會(huì)得到明顯的提高。研究改進(jìn)后的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的主要目的具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面： ①空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在確保制冷需求的同時(shí)，還能夠使壓縮機(jī)工作性能更加穩(wěn)定，而且空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)將不會(huì)再影響汽車的行駛性能。 ②即使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)空調(diào)也能夠發(fā)揮最大的效率，且整個(gè)過(guò)程無(wú)需消耗燃油。當(dāng)汽車正常運(yùn)行時(shí)候，通過(guò)發(fā)電機(jī)為蓄電池充電，這樣停車過(guò)程中便可用其為空調(diào)系統(tǒng)供能。大大降低了同等條件下的能源消耗，也減少了怠速尾氣的排放，從而提高了電動(dòng)空調(diào)的使用效率。 ③能夠改善制冷壓縮機(jī)的使用效率，從前面的介紹中我們已經(jīng)了解到傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)工作穩(wěn)定性差，導(dǎo)致其效率降低，所以為了達(dá)到轉(zhuǎn)速低時(shí)候的制冷要求，就需要排量大的壓縮機(jī)。在電動(dòng)空調(diào)中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，所以相同的制冷需求下，電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的排量約可降低70%[11]。 ④可以使損耗下降，在傳統(tǒng)空調(diào)中制冷壓縮機(jī)不得不放在發(fā)動(dòng)機(jī)的周圍，又處在較高的溫度中工作，所以會(huì)增加制冷劑的管路耗損與結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。擁有獨(dú)立能源的電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)便可以在與蒸發(fā)器靠近的任意位置去安裝，從而改善了壓縮機(jī)的工作環(huán)境，減少了損耗。 ⑤可以通過(guò)變頻控制，在開啟電動(dòng)空調(diào)初期使壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以便可以快速降溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置要求后保持低速的持續(xù)運(yùn)行，維持車內(nèi)的溫度，這個(gè)過(guò)程中可減少一部分能源消耗[11]。 第二章熱負(fù)荷計(jì)算 汽車整車熱負(fù)荷就是為了將車廂內(nèi)多余熱量除去而提供的冷量。確定汽車空調(diào)的熱負(fù)荷是合理匹配空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵。 2.1空調(diào)計(jì)算參數(shù)的確定 2.1.1車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)可以遵循以下原則： （1）夏季車內(nèi)溫度應(yīng)取在25℃~27℃，最高不超過(guò)28℃，冬季可取為16℃~22℃。 （2）在夏季，考慮到車內(nèi)外溫差過(guò)大時(shí)容易引起“熱沖擊”，應(yīng)對(duì)車內(nèi)外溫差有一定的限制，一般以℃5~7℃為宜，最大不要超過(guò)10℃。因此，建議夏季車內(nèi)空調(diào)溫度按下式選?。? tn = 20 + 1/2 ( tw – 20 ) (1) 式子中：tn ----車內(nèi)空調(diào)溫度（℃） tw----車外環(huán)境空氣溫度（℃） （3）車內(nèi)相對(duì)濕度在45%~60%之間比較適宜。 （4）車內(nèi)氣流速度以0.3 m/s~0.5m/s為宜。 （5）根據(jù)“頭冷腳涼”的原則，車內(nèi)垂直方向溫差應(yīng)控制在頭部溫度比腳部溫度低3℃左右。 （6）考慮到人的生理衛(wèi)生要求，車內(nèi)應(yīng)引進(jìn)一定量的新空氣。由于車內(nèi)新鮮空氣引入量過(guò)大時(shí)會(huì)顯著增加空調(diào)熱負(fù)荷，應(yīng)以最低標(biāo)準(zhǔn)保證11m3/人*h的新鮮空氣補(bǔ)充量。 2.1.2車外設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 為了使空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果有利于為制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，一般是把設(shè)計(jì)地的夏至這一天作為設(shè)計(jì)日，并以當(dāng)天的逐時(shí)氣溫作為設(shè)計(jì)溫度。相對(duì)濕度的選取可參考設(shè)計(jì)地夏季平均相對(duì)濕度。一般情況下，車外設(shè)計(jì)溫度在36℃~38℃之間，相對(duì)濕度為50%~70%。 2.1.3汽車空調(diào)熱負(fù)荷的組成 下圖2.1是以穩(wěn)態(tài)傳熱為基礎(chǔ)建立的小轎車汽車空調(diào)系統(tǒng)的熱平衡模型。 圖2.1熱平衡模型 三個(gè)假設(shè)：①車身熱傳遞為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；②車廂內(nèi)的熱負(fù)荷只使車內(nèi)空氣和部件的溫度升高；③車內(nèi)各部件的溫度與車內(nèi)空氣的溫度均勻一致。 建立熱平衡方程如下： Q=Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q （1-2） 式中：Q—空調(diào)熱負(fù)荷（W） Q—通過(guò)車門與車頂傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） Q—通過(guò)各玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） Q—通過(guò)各玻璃表面以輻射方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） Q—從發(fā)動(dòng)機(jī)室一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） Q—從行李箱及車廂地板處傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） Q—空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷（W） Q—車內(nèi)駕駛?cè)藛T及乘客散發(fā)的熱負(fù)荷（W） Q—密封處泄漏及補(bǔ)充新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W） 2.2汽車空調(diào)熱負(fù)荷計(jì)算 2.2.1各部分熱負(fù)荷計(jì)算 （一）通過(guò)車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 （1）通過(guò)車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q 在夏季，由于太陽(yáng)輻射作用，使車體表面溫度升高，外表面吸收的太陽(yáng)輻射能量一方面通過(guò)對(duì)流方式與外界空氣進(jìn)行熱交換，另一方面通過(guò)熱傳導(dǎo)傳至車體內(nèi)表面，再以對(duì)流方式傳給車內(nèi)空氣構(gòu)成熱負(fù)荷。在太陽(yáng)輻射作用下單位面積車體外表面吸收的熱量Q如方程（1-3）所示： Q=A（+ I） （1-3） 式中：Q—單位面積車體表面吸收的熱量（W/㎡）；A—車體外表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率； —太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度在車體外表面法線方向的分量（W/㎡）；—車體 外表面接受的太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度（W/㎡）。 通過(guò)車體外表面與車門的進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷可以由建立車體表面的熱平衡方程得到。對(duì)于穩(wěn)態(tài)過(guò)程，其熱平衡方程如下： Q=A（t-t）+A（t-t） （1-4） 式中：A—車體內(nèi)表面放熱系數(shù)（W/㎡·℃）；t—車體內(nèi)表面溫度（℃）；A—車體外表面放熱系數(shù)（W/㎡·℃）；t—車體外表面溫度（℃）；t—車外環(huán)境溫度（℃）；t—車內(nèi)環(huán)境溫度（℃）。 由式（1-4）即可得出通過(guò)單位面積車體表面?zhèn)鲗?dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱量為： Q= A（t-t）= Q- A（t-t） （1-5） 在穩(wěn)態(tài)情況下，通過(guò)車體外表面?zhèn)鲗?dǎo)至內(nèi)表面的熱量等于車體內(nèi)表面向車內(nèi)空氣的對(duì)流換熱量，即： A（t-t）= （t- t）/R （1-6） 式（1-6）中，R為車體材料的熱阻，單位為：㎡·℃/W。 1.在車子運(yùn)行條件下，A只是運(yùn)行速度的函數(shù)，而與t無(wú)關(guān)，因此可以由方程（1-4）～（1-6）聯(lián)立求得Q的計(jì)算式，即： Q= Q- （1-7） 式中：R=1/ A,為車體外表面換熱熱阻（㎡·℃/W）；R=1/ A,為車體內(nèi)表面換熱熱阻（㎡·℃/W）。 2.在停車條件下，可由方程（1-4）～（1-6）聯(lián)立解得： A（t-t）+A（t-t）+ A=0 （1-8） 式中：A，A，A為A，A，Q的函數(shù)，n為指數(shù)。 在已知A，A，Q表達(dá)式的情況下，即可確定方程（1-8）中各項(xiàng)系數(shù)及指數(shù)，由迭代法可求得（t-t）。A，A的表達(dá)式可參考下面給出的推薦式，Q可由式（1-3）計(jì)算，這樣便可由式（1-5）求得Q。 3. 停車條件下的放熱系數(shù) a. 車頂與車門內(nèi)表面放熱系數(shù)表達(dá)式為： A=5.6782（2.0+1.03V） （1-9） 式中：V—車內(nèi)空氣流動(dòng)速度（m/s） b.車頂與車門外表面放熱系數(shù)表達(dá)式為： 車門：A=2.63（t-t） （1-10） 車頂：A=1.98(t-t) （1-11） 4. 在運(yùn)行條件下，車頂與車門內(nèi)表面放熱系數(shù)仍如式（1-9）所示。車頂與車門外表面放熱系數(shù)表達(dá)式為： A=4.41×V （1-12） 式中： V—汽車運(yùn)行速度（m/s） 對(duì)各傳熱表面，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，將A，A，Q代入方程（1-7）中；在停車狀態(tài)下，將A，Q，（t-t）代入方程（1-5）中，即可求得運(yùn)動(dòng)和停車兩種情況下通過(guò)單位面積車頂或車門進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q，再乘以各傳熱面積F，即可求得Q。即： Q=·F （1-13） 式中：Q、F分別為通過(guò)某單位面積車門或車頂?shù)臒嶝?fù)荷和傳熱面積。 （二）通過(guò)車窗玻璃進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q及 Q。 由于太陽(yáng)輻射對(duì)玻璃具有一定的穿透性，因此，當(dāng)太陽(yáng)輻射作用在玻璃表面時(shí)有一部分能量透過(guò)玻璃以短波輻射的形式直接進(jìn)入車內(nèi)，另一部分能量被玻璃吸收后使玻璃表面溫度升高，然后以對(duì)流的方式與車內(nèi)外空氣進(jìn)行熱交換，其余的能量則反射回外界空間。這里先考慮以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q。 在太陽(yáng)輻射作用下，單位面積玻璃吸收的熱量Q為： Q=A·I+A·I （1-14） 式中：Q—單位面積玻璃吸收的太陽(yáng)輻射熱（W/㎡）；A—入射角為i時(shí)的直射吸收率；A—玻璃的散射吸收率。 利用與推導(dǎo)式（1-4）—式（1-8）相同的方法可得到通過(guò)單位面積玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q計(jì)算式： Q=A（T-T）=Q-A（T-T） （1-15） 以及： Q= Q- （1-16） 式中：R=1/A，玻璃內(nèi)表面的換熱熱阻（㎡·℃/W）；R=1/A,玻璃外表面的換熱熱阻（㎡·℃/W）；R—玻璃材料的熱阻（㎡·℃/W）；A—玻璃內(nèi)表面的換熱系數(shù)（W/㎡·℃）；A—玻璃外表面的換熱系數(shù)（W/㎡·℃）。 對(duì)于各玻璃內(nèi)表面，其表面換熱系數(shù)表達(dá)式分別為： 前窗：A=5.6782（0.9+1.03V） （W/㎡·℃） （1-17） 側(cè)窗：A=5.6782（1.10+1.03V） （W/㎡·℃） （1-18） 后窗：A=5.6782（1.10+1.03V） （W/㎡·℃） （1-19） 對(duì)于各玻璃內(nèi)表面，其表面換熱系數(shù)表達(dá)式分別為： 停車條件下： A=1.98（W/㎡·℃） （1-20） 式中：——玻璃表面與水平之間的夾角 運(yùn)行條件下： 前窗：A=3.79V （W/㎡·℃） (1-21) 側(cè)窗：A=7.21 V （W/㎡·℃） (1-22) 后窗：A=4.65 V （W/㎡·℃） （1-23） 將A，A，Q，（T-T）分別代入方程（1-15）、（1-16）中，即可分別求得運(yùn)動(dòng)和停車兩種情況下通過(guò)各單位面積玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q。于是，通過(guò)各玻璃表面以對(duì)流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q為： Q= （1-24） 式中：F分別是各部分車窗玻璃的面積；Q分別是對(duì)應(yīng)的車窗單位面積玻璃表面以對(duì)流方式直接進(jìn)入車內(nèi)的熱量。 ②通過(guò)各玻璃表面以輻射方式直接進(jìn)入車內(nèi)的的熱負(fù)荷Q 透過(guò)單位面積玻璃直接進(jìn)入車廂內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量為： Q=T·I+T·I （1-25） 式中：Q—透過(guò)單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車廂內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量（W/㎡）；T—入射角為i時(shí)的直射透過(guò)率；T—玻璃的散射透過(guò)率。 若車廂內(nèi)部裝置表面的吸收系數(shù)為A，則在穩(wěn)態(tài)條件下，透過(guò)單位面積玻璃進(jìn)入車廂內(nèi)被單位面積表面吸收的太陽(yáng)輻射熱全部散發(fā)給車內(nèi)空氣成為熱負(fù)荷Q,即： Q= Q·A （1-26） 式中：A——車內(nèi)裝置表面的吸收系數(shù) 則通過(guò)各玻璃表面直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q為： Q= （1-27） 式中：Q分別為通過(guò)各部分車窗單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷，F(xiàn)分別是對(duì)應(yīng)的車窗玻璃面積。 （三）其它部分形成的熱負(fù)荷 ①密封處泄露及引入新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q 由于車體密封性問(wèn)題及為了滿足車內(nèi)人員生理衛(wèi)生要求而引入新風(fēng)，需要考慮這部分熱負(fù)荷。若按照11m/人·時(shí)為最低新風(fēng)引入標(biāo)準(zhǔn)，即v=11m/人·時(shí),則總的新風(fēng)量為V=n·v（n為乘員人數(shù)），若換算成空氣的質(zhì)量流速，則為G=· V（為空氣的密度）。于是，總的新風(fēng)熱負(fù)荷Q可按照下式計(jì)算： Q=G（h-h） （1-28） 式中：G—進(jìn)入車內(nèi)新風(fēng)的質(zhì)量流速（kg/s）；h—車外大氣的焓值（KJ/kg）； h—車內(nèi)大氣的焓值（KJ/kg）。 ②從發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車廂內(nèi)的熱負(fù)荷Q 假定從發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q與發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)和車內(nèi)空氣溫差成比例，則Q可用下式表示： Q=K·F（t-t） （1-29） 式中：t—發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的空氣平均溫度（℃）；t—乘客車廂的空氣平均溫度（℃）；K—傳熱系數(shù)（W/m·℃）；F—傳熱面積（m）。 ③從行李箱及車廂地板處傳入車廂的熱負(fù)荷Q 與Q的分析方法相同，Q可用下式表示 Q=K·F（t-t） （1-30） 式中：t—行李箱及地板處空氣平均溫度（℃）；K—傳熱系數(shù)（W/m·℃）； F—傳熱面積（m）。 實(shí)際計(jì)算中，常通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得K·F，K·F的經(jīng)驗(yàn)值。 對(duì)于小轎車可取8 W/m·℃～10 W/m·℃，對(duì)于大中型客車可取20 W/m·℃～30 W/m·℃。 ④車內(nèi)駕駛?cè)藛T及乘客散發(fā)的熱量Q 對(duì)于駕駛?cè)藛T可取Q=220W,對(duì)于車內(nèi)乘客可取Q=102W。設(shè)有一個(gè)駕駛?cè)藛T和n個(gè)乘客，則有： Q= Q +n·Q （1-31） ⑤ 空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷Q 由于空調(diào)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱量將隨空氣進(jìn)入車內(nèi)，因此，一般電機(jī)的功耗Q也成為熱負(fù)荷。 2.2.2太陽(yáng)輻射特性計(jì)算 由前所述，在計(jì)算各部分熱負(fù)荷時(shí)需要知道太陽(yáng)輻射的有關(guān)參數(shù)。討論這部分內(nèi)容的主要目的是為了計(jì)算太陽(yáng)輻射在各表面上的直射輻射強(qiáng)度、散射輻射強(qiáng)度、地面反射強(qiáng)度，以及玻璃表面對(duì)太陽(yáng)輻射的透射強(qiáng)度、吸收強(qiáng)度等有關(guān)參數(shù)。為此首先計(jì)算太陽(yáng)輻射入射角i。 1.太陽(yáng)入射角i。經(jīng)推導(dǎo)，太陽(yáng)輻射入射角i可用下式表示： cosi=sin·cos+sin·cos·cos(ant) （1-32） 式中：i—太陽(yáng)光線入射角，為太陽(yáng)入射光線與表面法線之間的夾角。 —太陽(yáng)高度角，為太陽(yáng)直射光線與它在水平面上的投影之間的夾角，隨地點(diǎn)和時(shí)間而異。 —墻面法線方位角，為墻面法線在水平面上的投影與正南方向之間的夾角。 ant—太陽(yáng)-墻面方位角，為太陽(yáng)光線水平投影與墻面法線之間的夾 圖2.2太陽(yáng)輻射特性示意圖 2.太陽(yáng)高度角的計(jì)算： sin=sin（F）×sin(D)+cos(F)×cos(D)×cos(H) （1-33） 式中：F—所計(jì)算位置的緯度。 —太陽(yáng)赤緯（太陽(yáng)傾角），為太陽(yáng)光線與地球赤道之間的夾角。 H—時(shí)角，從太陽(yáng)時(shí)中午算起的太陽(yáng)角位移。 H=15 （1-34） —太陽(yáng)時(shí)，根據(jù)太陽(yáng)位置確定的時(shí)間。 =地方平時(shí)+S （1-35） T=地方平時(shí)=北京時(shí)間+△T △T=（地方經(jīng)度-北京時(shí)間所在位置經(jīng)度）/15 式中：S—時(shí)差，對(duì)鐘表表示值的修正，這是由于地球自轉(zhuǎn)不均勻，使日晷儀與鐘表所表示的平時(shí)有差異而引起的修正值。 ant=Z- 式中：Z—太陽(yáng)方位角，為太陽(yáng)光線水平投影與正南方向間的夾角。 tan(Z)=sin(H)/ （1-36） 利用上述各式求得Z及ant后，便可求得太陽(yáng)輻射的入射角i。 3.太陽(yáng)輻射的直射強(qiáng)度I的計(jì)算 設(shè)太陽(yáng)在地球大氣層外的平均輻射強(qiáng)度為I（W/m），則太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層的直射輻射強(qiáng)度I可用下式計(jì)算： I= I·P （1-37） 式中：P—大氣透過(guò)率。于是太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度在某表面法線方向上的投影為： I= I·cosi （1-38） 4.太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度I的計(jì)算： I=I+I （1-39） 式中：I—天空輻射強(qiáng)度（W/m）；I—地面反射輻射強(qiáng)度（W/m）。 I可用下式計(jì)算： I=0.5·I·sin （1-40） I可用下式計(jì)算： I=·I·F （1-41） 式中：—地面反射率；C—天空散射輻射強(qiáng)度與到達(dá)地面的直射輻射強(qiáng)度之比；F—某表面與地面間的輻射角系數(shù)。 5.不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 某不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收可用下式計(jì)算： B=A（I+I） （1-42） 式中：A—不透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率 6.透明表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收與穿透 a.每平方米玻璃表面的太陽(yáng)輻射透射量為： Q=T·I+T·I （1-43） 式中：T—玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度的透射率；T—玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度的透射率。 b.每平方米玻璃表面對(duì)太陽(yáng)輻射吸收量為： Q=A·I+A·I （1-44） 式中：A—玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射直射強(qiáng)度的吸收率；A—玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射散射強(qiáng)度的吸收率。 表1.1標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽(yáng)光學(xué)性能 L，mm 入射角I° 0° 15° 30° 45° 60° 70° 80° 90° 3 81.1 80.9 80.2 78.1 71.3 59.5 35.4 0.0 5 74.6 74.3 73.4 71.0 64.3 53.2 31.0 0.0 6 71.5 71.2 70.2 67.7 61.1 50.4 29.0 0.0 3 7.2 7.2 7.4 8.8 14.8 26.2 50.7 100.0 5 6.7 6.8 6.9 8.2 13.7 24.5 48.2 100.0 6 6.5 6.6 6.7 7.9 13.3 23.7 47.2 100.0 T 3 11.7 11.9 12.4 13.1 13.9 14.3 13.9 0.0 5 18.7 18.9 19.7 20.8 22.0 22.3 20.8 0.0 6 22.0 22.2 23.1 24.4 25.6 25.9 23.8 0.0 2.3空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算與分析 在前幾部分，討論了汽車空調(diào)熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)工況、熱平衡方程、計(jì)算方法和計(jì)算公式等項(xiàng)內(nèi)容。根據(jù)這些方法和計(jì)算公式，再結(jié)合所設(shè)計(jì)的汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算條件就可以進(jìn)行汽車空調(diào)熱負(fù)荷計(jì)算了。雖然不同車型的汽車，其結(jié)構(gòu)參數(shù)、乘員人數(shù)、空調(diào)布置方式不盡相同，但空調(diào)熱負(fù)荷的計(jì)算方法是一致的。 一、設(shè)計(jì)條件與設(shè)計(jì)工況 1．設(shè)計(jì)條件： 客車乘員（含駕駛?cè)藛T）共43人，客車各部分尺寸參數(shù)如下表所示： 表1-2參數(shù)表 位置 面積（㎡） 玻璃材料 與水平面夾角 前窗 1.89 鋼化玻璃 90 后窗 1.76 標(biāo)準(zhǔn)玻璃 90 側(cè)窗 7 標(biāo)準(zhǔn)玻璃 90 車頂 30.6 0 左（右）側(cè) 32 90 前（后）側(cè) 6.4（6.5） 90 b.設(shè)計(jì)日選為5月3日； c.以廈門市為設(shè)計(jì)地點(diǎn)，廈門市地理位置：北緯24.26、東經(jīng)118（北京時(shí)間地理位置為北緯39、東經(jīng)120）； d.假設(shè)汽車以40km/時(shí)正南方向行駛。 2.設(shè)計(jì)工況 a.車內(nèi)空調(diào)溫度t選為27℃，相對(duì)濕度=50%； b.車內(nèi)氣流速度v=0.5m/s； c.車外設(shè)計(jì)溫度為逐時(shí)氣溫t，相對(duì)濕度=75%。 車外設(shè)計(jì)日逐時(shí)氣溫t的計(jì)算可采用下式： t=t-△t （1-45） 式中：t—設(shè)計(jì)日第時(shí)刻車外氣溫（℃）； t—設(shè)計(jì)日最高氣溫（℃）; t—日較差； —模比系數(shù)。 對(duì)廈門地區(qū)：t=36.2℃， △t=8.5℃， 設(shè)計(jì)日逐時(shí)氣溫如下表所示： 表1-3 逐時(shí)氣溫 T/h 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 0.7 0.54 0.38 0.25 0.14 0.07 0.02 0.00 0.03 0.10 t/℃ 30.25 31.61 32.97 34.08 35.01 35.61 36.03 36.2 35.95 35.35 二、太陽(yáng)輻射特性的計(jì)算 太陽(yáng)輻射特性計(jì)算的主要目的是計(jì)算有關(guān)太陽(yáng)輻射的一些參數(shù)，如太陽(yáng)的入射角及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。根據(jù)本章1.1中提供的計(jì)算公式可求得各個(gè)時(shí)刻太陽(yáng)入射角及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，如下表所示： 表1-4 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 T/ 7.54 8.54 9.54 10.54 11.54 12.54 13.54 14.54 15.54 16.54 T 7.44 8.44 9.44 10.44 11.44 12.44 13.44 14.44 15.44 16.44 T// 4.56 3.56 2.56 1.56 0.56 -0.44 -1.44 -2.44 -3.44 -4.44 H 68.4 53.4 38.4 23.4 8.4 -6.6 -21.6 -36.6 -51.6 -66.6 28.06 41.17 53.38 67.45 79.30 80.33 68.97 55.97 42.76 29.62 Z 99.62 93.62 86.52 75.72 47.09 -40.30 -73.82 -85.51 -92.84 -98.96 Idn 523.6 687.3 782.0 834.8 858.7 871.4 838.8 789.6 701.2 548.5 Idv 455.5 605.3 454.6 311.1 116.7 94.7 289.6 440.5 512.9 471.0 表中：—太陽(yáng)時(shí)；T/—地方平時(shí)；T—北京時(shí)間；T//—所計(jì)算時(shí)刻離開中午的小時(shí)數(shù)；H—時(shí)角，從太陽(yáng)時(shí)中午算起的太陽(yáng)角位移；—太陽(yáng)高度角；Z—太陽(yáng)方位角。 三、各部分熱負(fù)荷的計(jì)算 ①通過(guò)車體傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q。 由前述部分的（1-3）、（1-7）、（1-13）作為理論依據(jù)可得： a.通過(guò)車頂進(jìn)入車內(nèi)的熱量。查閱文獻(xiàn)：C=0.136（C為一無(wú)量綱量，其物理意義為天空散射強(qiáng)度與達(dá)到地面的直射強(qiáng)度之比），=℃。 故F=1.0，F(xiàn)=0.0，A=0.7 R===0.033（㎡·℃/W） R===0.078（㎡·℃/W） 鋼板：=48.15 W/m·℃ 軟木：=0.058 W/m·℃ 對(duì)于空氣層，取R=0.10㎡·℃/W 這里所指的空氣層熱阻不是單指空氣層，而是由某些車體結(jié)構(gòu)附加材料及空氣間隙等折合而成的熱阻。 由上可得總熱阻R= R+ R+ R=0.317㎡·℃/W，此為總熱阻。但考慮到立柱的存在，作為一個(gè)傳遞熱量的“熱橋”加速了車體的熱量傳遞，故取總熱阻為： R=0.3㎡·℃/W 對(duì)于車頂，F(xiàn)=30.6㎡, t=27℃ 由 Q=A（I+ I）=0.7（I+ I） Q= Q- = Q- （1-46） 由此可求得車頂熱負(fù)荷，如下表所示 表1-5 通過(guò)車頂傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 （F=30.6㎡） 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 n 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 i 61.94 48.83 35.62 22.55 10.70 9.67 21.03 34.03 47.24 60.04 Idv 246.3 452.4 635.7 771.0 843.8 859.0 782.9 654.4 476.1 273.9 Ids 71.2 93.5 106.4 113.5 116.8 118.5 114.1 107.4 95.4 74.6 Idg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Id 71.2 93.5 106.4 113.5 116.8 118.5 114.1 107.4 95.4 74.6 Qba 222.3 545.9 740.1 884.5 959.6 977.5 897.0 761.8 571.5 348.6 Qb 35.6 76.2 102.3 122.1 134.3 137.6 130.1 115.6 93.6 66.8 QWB1 1089.36 2331.72 3130.38 2050.2 4109.58 4210.56 3981.06 3519 2864.16 2044.08 b.通過(guò)車體左側(cè)進(jìn)入車內(nèi)的熱量。C=0.136， =900，=900，F(xiàn)=F=0.5，A=0.7。車體總熱阻與a.相同：R=0.3㎡·℃/W，F(xiàn)=9.15㎡, t=27℃，Q及Q計(jì)算與a.相同，結(jié)果詳見(jiàn)下表： 表1-6 通過(guò)車體左側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的負(fù)荷 （F=32㎡） 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 n 9.62 3.62 -3.48 -14.22 -42.91 -130.3 -163.8 -175.5 -182.8 -188.9 i 29.55 28.27 54.46 68.12 82.18 96.24 110.2 123.91 137.01 149.17 Idn 523.6 687.3 782.0 834.8 858.7 0 0 0 0 0 Idv 455.5 605.3 454.6 311.1 116.7 0 0 0 0 0 Ids 35.6 46.7 53.1 56.8 58.4 59.3 57.1 53.7 47.7 37．3 Idg 34.9 60.1 85.3 106.1 120.1 122.2 112.1 95.2 71.4 43.2 Qba 368.2 498.5 415.2 331.2 206.6 127.1 118.4 104.2 83.6 56.4 Qb 51.9 70.9 66.2 60.8 49.9 43.1 43.6 42.6 39.4 34.4 QWB2 1660.8 2268.8 2118.4 1945.6 1596.8 1379.2 398.9 1395.2 1260.8 1100.8 c.通過(guò)車體右側(cè)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷。各參數(shù)值與左側(cè)相同，即C=0.136，=900，=900，F(xiàn)=F=0.5，A=0.7，R=0.3㎡·℃/W，F(xiàn)=9.15㎡, t=27℃。結(jié)果詳見(jiàn)下表： 表1-7通過(guò)車體右側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷 （F=32㎡） 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 n 189.62 183.62 176.52 165.78 137.09 49.70 16.18 4.49 -2.84 -8.96 i 150.45 151.73 125.54 111.88 97.82 83.76 69.80 56.09 42.99 30.83 Idn 0 0 0 0 0 871.4 838.8 789.6 701.2 548.5 Idv 0 0 0 0 0 94.7 289.6 440.5 512.9 471.0 Ids 35.6 46.7 53.2 56.8 58.4 59.3 57.1 53.7 47.7 37.7 Idg 34.9 60.1 85.3 106.1 120.1 122.2 112.1 95.2 71.4 43.2 Qba 49.4 74.8 97.0 114.0 124.9 193.3 321.2 412.6 442.6 386.1 Qb 16.4 23.8 30.9 36.5 40.8 50.5 66.1 76.8 79.3 71.0 QWB3 524.8 761.6 988.8 1168 1305.6 1616 2115.2 2457.6 2537.6 2272 20