雷诺轿车空调系统制冷热负荷计算书编写：侯海焱日期：2004/10/29校核：陈孟湘日期：2004/10/31批准：◆ 设计参数：车外温度：t H =40℃，相对湿度：ф=60% 车内温度：t B =27℃，相对湿度：ф=58% 车内成员数：N =5人，车内新风量：V=N*V 1=5*11=55m 3/h太阳辐射强度：t H =40℃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：3543.309.13.15.2m V =⨯⨯=。

车内有二排座位，没有行李箱。

所取的计算空间如图所示：◆ 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：L M P V G B e Q Q Q Q Q Q Q +++++= e Q Q 1α= 式中：1α——储备系数，取1α＝1.1；Q ——制冷机产生的冷量； e Q ——车身总热负荷；B Q ——车体传入热量； G Q ——玻璃传入热量； V Q ——新风热；P Q ——人体热；M Q ——用电设备散热量；L Q ——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：后围前围地板侧壁面顶板Q Q Q Q Q Q B ++++=⏹ 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、后围的传热量计算公式如下：)(B H i i i t t F K Q -=式中：i Q ——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热量；i K ——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热系数； i F ——分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热面积； H t ——车外空气温度，这里取为t H =40℃； B t ——车内空气温度，这里取为t B =27℃；⏹ 对于前围，由于发动机室的温度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：)(B F i i i t t F K Q -= 式中：i Q ——前围的传热量；i K ——前围壁面的传热系数；i F ——前围的传热面积；F t ——发动机室内空气的温度；B t ——车内空气温度，这里取为t B =27℃；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i K 是不同的。

要分别计算各部分的传热系数i K 。

⏹ 对于车顶板、侧壁面、地板、后围，传热系数计算式如下；∑++=B i i H i K αλδα111式中：H α——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 α≈146kJ/(㎡·h ·℃)。

B α——内表面放热系数，在汽车空调状态，可取B α≈60kJ/(㎡·h ·℃)。

δ ——隔热材料厚度(m)。

λ——隔热材料导热系数W/(m ·℃)。

⏹ 对于前围，传热系数可以按照下式计算：∑++=Bi i F i K αλδα111式中：F α——表示发动机侧壁面对流放热系数，取F α=100kJ/(㎡·h ·℃)；B α——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B α≈60kJ/(㎡·h ·℃)。

δ ——隔热材料厚度(m)。

λ——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——λ＝54 W/(m ·℃)；空气——λ＝6.4 W/(m ·℃)；内饰板——取经验数据，λ＝0.03 W/(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：08.14601047.0146111111=++=++=∑B i i H K αλδαkJ/(㎡·h ·℃)⏹ 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：1㎜钢板＋5㎜内饰板各部分材料导热系数同上。

则传热系数为：3.14601046.0146111112=++=++=∑B i i H K αλδα kJ/(㎡·h ·℃)顶板的外表面积为F 顶＝1.95*1.00=1.95㎡。

计算中，取车身侧壁面的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。

则车顶板的传热系数为：12.14＝顶F F K K i i ∑=kJ/(㎡·h ·℃)(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。

将其构成进行了简化，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——λ＝54 W/(m ·℃)；空气——λ＝6.4 W/(m ·℃)；内饰板——取经验数据，λ＝0.03 W/(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：51.13601050.0146111111=++=++=∑B i i H K αλδαkJ/(㎡·h ·℃)⏹ 车身侧壁和后围处有些结构，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：3.14601046.0146111112=++=++=∑B i i H K αλδα kJ/(㎡·h ·℃)车身侧壁面的外表面积为F 侧＝(2.18*0.7)*2=3.052㎡。

后围表面积为F F ＝0.47*1.33＝0.63㎡。

计算中，取车身侧壁以及后围面积的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。

则车身侧壁面的传热系数为：67.13＝侧F F K K i i ∑=kJ/(㎡·h ·℃)(3)、地板计算中，对地板的构成进行了简化，取其厚度为6㎜。

并具有以下结构：1㎜钢板＋10㎜隔热材料＋5㎜地毯各材料导热系数如下：钢板——λ＝54 W/(m ·℃)；隔热材料、地毯——取经验数据，λ＝0.139 W/(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：5.18601030.0146111111=++=++=∑B i i H K αλδαkJ/(㎡·h ·℃)地板的表面积为F 地＝2.1*1.25=2.625㎡。

(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——λ＝54 W/(m ·℃)；隔热材料的导热系数取为经验数据——λ＝0.139 W/(m ·℃)。

按多层均匀平壁传热计算：∑++=B i i F K αλδα1111式中：F α——发动机侧壁面对流放热系数，取F α=100kJ/(㎡·h ·℃)。

B α——车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取B α≈60kJ/(㎡·h ·℃)。

经计算得到：4.2160102.0100111111=++=++=∑Bi i F K αλδαkJ/(㎡·h ·℃)发动机罩壁表面积为F F ＝1.35*0.4=0.54㎡。

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： Q 1=F K(t H - t B )(2) 车身外表面从太阳辐射中吸收的热量： Q 2=F K(t C - t H ) 则传入的总热量：Q=Q 1 + Q 2=F K (t C - t B )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t C 。

H H C t K I t ++=αρ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=I d +I s 。

I d 为太阳直射辐射强度，I s 为太阳散射辐射强度。

I 水平=3600 kJ/(㎡·h)，I 阳=974 kJ/(㎡·h) ，I 阴=253 kJ/(㎡·h)。

对于车顶、车侧壁面（包括后围），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=t H +ρ顶I 顶/(аH +K 顶) ℃ 其中，I 顶= I 水平t C 侧=t H +ρ侧I 侧/(аH +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=t H +2.5 ℃经计算得到：tc 地=42.5℃ tc 顶=60.2℃ tc 侧=43.5℃ 3、车身壁面传热量的计算⏹ 综上所述可知，顶板、侧壁面（包括后围）、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 (t c 顶-t B ) =254W Q 侧=F 侧K 侧 (t c 侧-t B ) =231W Q 地=F 地K 地 (t c 地-t B ) =209W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：Q B1=а3(Q 顶+Q 侧+Q 地)=902W 式中：3α——修正系数，取3α=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 (t F1-t B ) =670 kJ/h=186W式中：1F t ——发动机室的空气温度，取1F t =85℃。

⏹ 则车身壁面传入的总热量为：W Q Q Q Q Q Q B 1088186902=+=++++=后围前围地板侧壁面顶板二、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：Q G =Q G1+Q G2 (1) 由于车内外温差而传入的热量Q G1：Q G1=K 玻F 玻 (t H - t B )(2) 由于太阳辐射通过玻璃传入的热量Q G2：S U U Q HB G )(2ααρη+= U=F’玻I+(F 玻 - F’玻)I S式中： η——太阳辐射通过玻璃的透入系数，η=0.84。