汽车冷负荷计算方法 The pony was revised in January 20211 汽车空调的计算温度选择按表1 数据作为微型汽车空调系统的计算温度(即车内平均温度)。
从上表我们可以看到，微型车的计算温度在环境温度为35℃时定为27℃，而一般轿车在环境温度38℃时定为24℃～27℃，一般大中型客车定为27℃～28℃，可看到微型车车内温差都比它们要高，这其实是综合了多种因素并经过很多次试验得出的较经济合理的车内平均温度。
因为对微型车来说，如果计算温度定得过高了，乘员就会明显感觉制冷不足；而如果定得过低，势必需要加大压缩机排量才能满足，这样功耗必然增加，并影响到整车的动力性，否则又很可能无法实现。
2 计算方法微型车车内与外界热交换示意图为便于分析，绘制图1 的微型车热交换示意图。
计算公式2.2.1计算方法考虑到汽车空调工作条件都很恶劣，其热负荷与行车时间、地点、速度、行使方向、环境状况以及乘员的数量随时发生变化，以及要求在短时间内降温等特殊性，按照常规方法来计算制冷量的计算公式为：Q 0=kQT=k(QB+ QG+ QF+QP+ QA+QE+ QS)）⑴式中：Q———汽车空调设计制冷量，单位为W ；k———修正系数，可取k=~，这里取k=QT———总得热量,单位为W ；QB———通过车体围护结构传入的热量,单位为W ；QG———通过各玻璃表面以对流方式传入的热量,单位为W ；QF———通过各玻璃表面以辐射方式直接传入的热量,单位为W ；QP———乘员散发的热量,单位为W ；QA———由通风和密封性泄露进入车内的热量,单位为W ；QE———发动机室传入的热量,单位为W ；QS———车内电器散发的热量,单位为W ；从公式中我们也可以看出它是通过分别计算各部分得热量求得总需求制冷量的。
3 计算示例以五菱之光微型客车空调系统的制冷量计算为例，设计条件和工况见表3：(1)整车乘员7 人，各部分参数见下表：(2)查文献[2]，取水平面和垂直面的太阳直射辐射强度分别为Js,z=843W/m2和Jc,z=138 W/m 2；水平面和垂直面的天空散射辐射强度分别为Jp,s=46W/m2和Jc,s=23W/m2；(3)环境温度tw =35℃，相对湿度75% ；车内设计温度tn=27℃，相对湿度50% ；(4)假设汽车向正南方以V =40km/h的速度行驶；(5)车内空气平均流速≤3m/s;(6)车内容积V 1≈××= m3，玻璃窗总面积S=。
按公式⑴的常规计算3.1.1 计算通过车体围护结构传入的热量QB:Q B =Q顶+ Q侧+ Q地Q 顶=K顶·S顶（tZ顶-tn）Q 侧=K侧·S侧·（tZ侧-tn）Q 地=K地·S地·（tZ地-tn）式中：K 顶、K侧、K地———分别为车顶、车身侧面、车地板的传热系数，单位为W（/ ㎡·K）；S 顶、S侧、S地———分别为车顶、车身侧面、车地板的传热面积，单位为㎡；t Z顶、tZ侧、tZ地———分别为车顶、车身侧面、车地板的室外综合空气温度，单位为℃；tn——车内空气温度，单位为℃；3.1.1.1 求车体各部分的传热系数:K111iw i n a aδλ=+∑+式中：aw———车身外表面与车外空气的对流换热系数，W（/ ㎡·K）；an———车内表面与车内空气的对流换热系数，一般车内的对流换热系数都比较小, 在车内空气流速低于3m /s 时,an=29W（/ ㎡·K）；Σδi /λi———构成车身壁厚各层的导热热阻之和（δi为车体隔热层的厚度，λi为车体隔热层的导热系数）其中：awV为汽车行驶速度,单位为m /s,这里V=40km /h= /s,故aw（/㎡·K）设车顶、车底和侧围分别由1mm的钢板和8mm 、3mm 、6mm的内装饰板构成, 钢板和内装饰板的传热系数分别为 W/（㎡·K）和（/㎡·K）故车顶的Σδi/λi=+=车底的Σδi/λi=+=侧面的Σδi/λi=+=故K顶111iw i na aδλ=+∑+=1110.251.229++= W（/ ㎡·K）K 侧111iw i na aδλ=+∑+=1110.1551.229++= W（/ ㎡·K）K 底111iw i na aδλ=+∑+=1110.07551.229++= W（/ ㎡·K）3.1.1.2 求车外综合空气温度tZ:式中：tw———车外环境温度，取35℃；ρ——车体外表面吸收系数，与箱体颜色及新旧程度有关，这里取;I———太阳辐射强度, 为太阳直射辐射和天空散射辐射之和;aw———车身外表面与车外空气的对流换热系数，W（/㎡·K）；ε———车身外表面的长波辐射系数;ΔR ———车身外表面向外界发射的长波辐射和由天空及周围物体向车身表面的长波辐射之差;夏季时,水平面ε·ΔR /αw=℃～4℃,这里取℃.垂直面ΔR =0；水平面上，I S = J s,z + J p ,s =843+46=889W /m 2；垂直面上，IC= Jc,z+ Jc,s=138+23=161W/m 2；故t Z 顶=w w w IR t a a ρε∆+-=0.9288935 3.851.2⨯+-＝47℃ t Z 侧=w w w IR t a a ρε∆+-0.921613551.2⨯+＝38℃ t Z 底=t w +2=35+2=37℃3.1.1.3 结果Q 顶=K 顶·S 顶·（t Z 顶-t n ）=××（ 47-27）=304WQ 侧=K 侧·S 侧·（t Z 侧-t n ）=××2×(38-27)=345WQ 地=K 地·S 地·（t Z 地-t n ）=××(37-27)=Q B =Q 顶+ Q 侧+ Q 地=304+345+=3.1.2 计算通过各玻璃表面以对流方式传入的热量Q G ；Q G = Q G 前+Q G 侧+Q G 后已知玻璃的传热系数λG = W （/ ㎡·K ）,厚度δ=5mm ,玻璃对太阳辐射的吸收系数ρG =，车内空气平均流速V a = /s ；玻璃内表面换热系数为：前窗：an=×+ )= W（/ ㎡·K）侧窗：an=×+ )= W（/ ㎡·K）后窗: an=×+ )= W（/ ㎡·K）V =40km /h= /s 运行时,玻璃外表面换热系数为：前窗：aw=11.10.8 =26 W（/ ㎡·K）侧窗：aw=11.10.8 =49 W（/ ㎡·K）后窗：aw=11.10.8 =32 W（/ ㎡·K）故各处玻璃的K 值分别为:前窗：KG前=111110.0051260.75419.7iw G na aδλ=+∑+++=10W（/㎡·K）侧窗：KG侧=111110.0051490.75420.9iw G na aδλ=+∑+++= W（/㎡·K）后窗：KG后=111110.0051320.75417.9iw G na aδλ=+∑+++=11 .3W（/ ㎡·K）各处玻璃表面的综合温度分别为:前窗：tGZ =0.08(13823)3526GwwItaρ⨯++=+＝35.5℃侧窗：tGZ =0.08(13823)3549GwwItaρ⨯++=+＝35.5℃后窗：tGZ =0.08(13823)3532GwwItaρ⨯++=+＝35.4℃从计算结果可以看出，由于玻璃对太阳辐射的吸收率很小,故太阳辐射对玻璃的温升影响较小，其表面温升温度与环境温度相差不多。
最后得到：Q G前=KG前·Sg,q·（ tGZ-tn）=10×× (35..5-27)=Q G侧=KG侧·2Sg,c·（ tGZ-tn）= ×2 ××=Q G后=KG后·Sg,h·（ tGZ-tn）=××=53WQ G = QG前+QG侧+QG后=++53≈331W3.1.3 通过各玻璃表面以辐射方式直接传入的热量QF；设汽车向正南方向行使时前窗和右侧窗为朝阳面，查文献［ 1］，右侧窗按可能的最大值I=688W/m2计算，前窗I=550W/m2,左侧窗和后窗按I=182W/m2计算。
Q F = QF前+QF右+QF左+QF后（=η+ρG·an/aw）J·C式中：η———太阳辐射通过玻璃的透入系数，一般取η=；C ———遮阳修正系数，取C=；J———车窗的太阳辐射量，单位为W ；对右侧窗，J=I·Sg ,c=688×=前风窗，J=I·Sg ,q=550×=429W左侧窗，J=I·Sg,c=182×=173W后窗，J=I·S=182×=102Wg ,h=+×49)××=537W故QF右=+×26)×429×=363WQF前Q=+×49)×173×=142WF左=+×32)×102×=85WQF后=537+363+142+85=1127W最后，QF；3.1.4 乘员散发的热量QPQ= 116·N·nP———车内人体散热量，单位为W ；式中：QPN———车内乘员数，这里按7 人；n ———群集系数，取；116 为成年男子散热量，单位为W ；=116×7×=723W则QP3.1.5 密封性泄漏进入车内的热量Q A；由于五菱之光开空调时都处于内循环位置，无新风导入，但微型车的密封性一般都不是太好，取Q A=300W 。
3.1.6 发动机室传入的热量QE；Q E =Ke·Sf·(te–tn)K e =111ie i na aδλ+∑+由于汽车行驶时发动机罩盖发动机侧表面的风速一般仅有外面的2/3 左右，故ae=×(4+12（/㎡·K）另外，整个发动机的隔热除了有与地板同样的内装饰外还有一层5m m 厚的隔热垫，其传热系数为 W（/ ㎡·K），故Σδi/λi=++=可得到Ke =1110.11842.729++= W（/ ㎡·K）夏季时一般发动机仓温度要达到70℃,故取te =70℃最后QE=××(70-27)=319W3.1.7 车内电器散发的热量QS；车内电器散发的热量QS≈100W由以上计算可得整车制冷量Q0= kQT=k(QB+QG+QF+QP+QA+QE+QS)=×++1127+723+300+319+100)=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。