空调系统热负荷计算说明书.doc
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1、 编号:XXXXXXXX空调系统热负荷计算编制:校队:审核:批准:目 录一、概述为了消除车室内多余热量以维持温度恒定,所需要向车室内供应的冷量称为冷负荷。为了消除车室内多余湿量以维持车室内相对湿度恒定,所需除去的湿量称为湿负荷。汽车空调热湿负荷的计算,是确定送风量和正确选者空调装置的依据。二、空调系统冷负荷计算 本系统设计主要是估算冷负荷,以便压缩机的选配和两器的设计,本设计中主要是针对压缩机的选配,我们采用较容易确定的太阳辐射热QS和玻璃渗入热QG,他们的总合占系统的70%。即可得总负荷,为了安全再取k=1.05的修正系数。 2.1轿车一般的工况条件:冷凝温度tc=63,蒸发温度te=0,膨
2、胀阀前制冷剂过冷温度tsc=5,蒸发器出口制冷剂气体过热度tsh=5,压缩机吸气温度ts=10,室外温度ti=35,室内温度t0=27,轿车正常行驶速度ve=40km/h,压缩机正常转速n=1800r/min. 2.2太阳辐射热的确定由于太阳照射,汽车车身温度升高,在温差的作用下,热量以导热方式传如车室内,太阳辐射是由直射或散射辐射构成,车体外表面由于太阳辐射而提高了温度,同时向外反射辐射热,因此,车体外表面所受的辐射强度按下式计算:Q1=(IG+IS-IV)F=(IG+IS)F其中表面吸收系数,深色车体取=0.9,浅色车体取=0.4;IG太阳直射辐射强度,取IG=1000W/m2IS太阳散射
3、辐射强度,取IS=40W/m2IV车体表面反射辐射强度,单位为W/m2F车体外表面积,单位为m2,实测F=1.2m2 可将太阳辐射强度化成相当的温度形式,与室外空气温度叠加在一起,构成太阳辐射表面的综合温度tm。对车身结构由太阳辐射和照射热对流换热两部分热量组成:Qt=a(tm-t0)+(tm-ti)*F式中:Qt太阳辐射及太阳照射得热量,单位为W;a室外空气与日照表面对流放热系数,单位为W/m2Ktm日照表面的综和温度,单位为C。K车体围护结构对室内的传热系数,单位为W/m2K;to车室外设计温度,取为35C。ti车室内设计温度,取为27C。应采用对流换热推测式求解,但是由于车速变化范围大,
4、车身外表面复杂,难以精确计算,一般采用近似计算公式:=1.163(4+12)Wc是汽车行驶速度,可以采用40km/h计算:代入上式得:a=51.15W/(m2k)取K=4.8W/(K),=0.9,I=IG+IS=1040W,因为=所以:tm=+由于室内外温差不大,上式后项近似t0,得:tm=+to=+35=51.73所以可得:Qt =1145.58W。 玻璃窗渗入的热量Qb太阳辐射通过玻璃窗时,一部分被玻璃吸收,提高了玻璃本身的温度,然后通过温差传热将热量导入车室内,另有大部分热量将通过玻璃直接射入车内,玻璃的渗入热量是由温差传热和辐射热两部分组成。=(-)+上式中,A玻璃窗面积,A=2.63
5、m2;K玻璃窗的传热系数,K=6.4W/(m2K);tB玻璃外表面温度,取车室外温度,35;ti车室外温度,27C玻璃窗遮阳系数,C=0.6非单层玻璃的校正系数,=1通过单层玻璃的太阳辐射强度qb=+单位为(W/);通过玻璃窗的太阳直射透射率,取=0.84通过玻璃窗的太阳散射透射率,取=0.08将以上各参数代入式可得:Qb=1465.22W制冷量的确定Qg=(Qt+Qb)/70%=(1145.58+1465.22)/0.7=3729.7W实际冷负荷Qs=kQg=1.05*3729.7=3916.19故而,机组制冷量取Q0=4000W。即可 压缩机的选配大部分汽车空调压缩机由发动机驱动,压缩机的
6、转速与发动机呈一定的比例,在很大的范围内同步变化,再加上其固定是通过支架与发动机刚性的连接,工作条件非常的差,因此对汽车空调压缩机有比家用空调压缩机更高的要求。汽车空调制冷系统对压缩机的要求:1在设计选用压缩机时,应能保证在极端情况下任能具令人满意的降温性能。2有良好的低温性能,在怠速和底速运转时,具有较大的制冷能力和效率。3降温速率要快,即成员进入车室后,在最短的时间内满足成员的舒适性要求。4压缩机内部运动机构应便于实现变排量控制。5压缩机要具有高温高压的保护性能。6压缩机在发动机室内的安装位置应便于拆卸和维修。7由于汽车经常在颠簸的道路上高速行驶,而且压缩机又通过支架与发动机或底盘刚性的连
7、接,因此要求压缩机有良好的抗振性。 冷凝温度tc=63,蒸发温度te=0,膨胀阀前制冷剂过冷温度tsc=5,蒸发器出口制冷剂气体过热度tsh=5,压缩机吸气温度ts=10,室外温度ti=35,室内温度t0=27,轿车正常行驶速度ve=40km/h,压缩机正常转速n=1800r/min.压缩机吸气管路的压降PS=67.26KPa,压缩机排气管路压降Pd=81KPa。驾驶室热负荷Qh=3916.19W.1确定压缩机的的排气压力,吸气压力,排气比焓及温度(1)根据制冷剂的蒸发温度te和冷凝温度tc,查表HFC134a饱和状态下的热力性质表,得其蒸发压力的冷凝压力分别为:Pe=292.82Kpa,Pc
8、=1803.9Kpa(2)额定空调工况压缩机的排气压力,认为高于制冷剂的冷凝压力81Kpa即:Pd=PC+Pd=1803.9+81=1884.9KPa。(3)压缩机的吸气压力认为低于制冷剂的蒸发压力67.26KPa即:Ps=PePd=292.8267.26=225.56KPa。(4)根据PS和ts,查表HFC134a过热蒸气的热力性质表得:压缩机吸气口制冷剂比焓hs=407.952KJ/Kg,比体积s=0.098914m3/Kg,比熵SS=1.7822KJ/(KgK)。(5)根据PS和SS,查HFC134a过热蒸气的热力性质表得:压缩机等比熵压缩终了的制冷剂比焓hds=455.813KJ/Kg
9、。(6)额定空调工况下压缩机的指示效率i为:i=Te/Tc+bte=(5+273.15)/(60+273.15)+0.0020=0.835(7)额定工况下,压缩机的排气比焓为:hd=hs+(hdshs)/i=407.952+(455.813407.952)0.835=447.916KJ/Kg。(8)根据Pd和hd,查HFC134a过热蒸气的热力性质表得:额定工况下压缩机的排气温度td=87.10。2计算额定空调工况制冷系统所需制冷量。(1)根据以知条件,膨胀阀前制冷剂液体温度t4/为:t4/=tctsc=635=58。(2)蒸发器出口制冷剂气体温度为:t1=te+tsc=5+5=10。(3)按
10、t4/查表有:蒸发器进口制冷剂比焓h5/=279.312KJ/Kg,按t1和Pe查表有:蒸发器出口制冷剂比焓h1=404.40KJ/Kg。(4)在额定空调工况下,蒸发器的单位制冷量qe,s为:qe,s=h1h5/=404.40279.312=125.1KJ/Kg。(5)稳态工况,制冷系统所需制冷器应与车厢热负荷平衡,计算是应留有一定的余量,以考虑实际情况与车厢热负荷平衡是可能存在的差距。设该余量为10%,则制冷系统所需制冷量Qe,s为:Qe,s=1.1Qh=1.13488.2W=3837W3将额定空调工况下制冷系统所需制冷量换算成压缩机所需制冷量(1)额定空调工况下制冷系统所需制冷剂的单位质量
11、流量qm,s为:qm,s=Qe,s/qe,s=3.837/125.1=0.03067Kg/s。(2)额定空调工况下压缩机的单位质量制冷量qe,c为:qe,c=h1/h5/=420.434279.312=141.122KJ/Kg。(3)额定空调工况下压缩机的单位体积制冷量qv,c为:qv,c=qe,c/s=141.122/0.081233=1737.250KJ/m3。(4)对于稳态过程,制冷系统中各组成部件的制冷剂质量流量应当一致,因而额定空调工况压缩机的制冷剂质量流量应为:qm,c=qm,s=0.03067Kg/s。该工况压缩机所需制冷量Qe,c=qe,cqm,c=141.1220.03067
12、=4.328KW。4将额定空调工况下压缩机制冷量换算成测试工况压缩机制冷量(1)压缩机的测试工况条件:制冷剂冷凝温度tc,t=60;制冷剂的蒸发温度te,t=5;膨胀阀前制冷剂液体过冷度tsc,t=0;压缩机的吸气温度ts,t=t1/=20;压缩机的转速n=1800r/min;压缩机吸气管路压降PS=67.26Kpa;压缩机排气管路的压降Pd=81Kpa。(2)根据制冷剂的蒸发温度te,t和冷凝温度tc,t,查表得测试工况下,制冷剂的蒸发压力和冷凝压力分别为Pe,t=349.63KPa。Pc,t=1681.30KPa。压缩机吸气压力Pst=pe,tPS,t=349.6367.26=282.37
13、KPa.压缩机的排气压力Pd,t=Pc,t+Pd=1681.30+81=176230KPa。(3)根据ts,t和Pst,查表有压缩机测试工况下吸气比焓hst=415.833KJ/Kg,吸气比体积st=0.079484m3/Kg。吸气比熵Ss,t=1.79074KJ/(KgK)。(4)根据膨胀阀前制冷剂液体温度t4=tc,ttsc,t=60,查表得膨胀阀前制冷剂液体比焓h4=287.397KJ/Kg。(5)测试工况压缩机的单位质量制冷量:qe.t=hs.th4=415.833287.397=128.436KJ/Kg。(6)测试工况压缩机单位体积制冷量qv,t为:qv,t=qct/st=128.4
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