空调系统热负荷计算说明书.docx

编号:XXXXXXXX空调系统热负荷计算编制：校队：审核：批准: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么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 --太阳散射辐射强度，取IS=40W/m2IV --车体表面反射辐射强度，单位为W/m2 F --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Co 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35°Cti——车室内设计温度，取为27°C应采用对流换热推测式求解，但是由于车速变化范围大，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，可以米用40km/h计算：代入上式得： a=51.15W/ (m2k)取 K=4.8 W / (卅？K) , & =0.9, I = IG+IS=1040 W,因为=所以：tm= +由于室内外温差不大，上式后项近似t 0,得：tm = +to = +35=51.73 °C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=2.63m2 ；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，35C；ti -车室外温度，27CC-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/ m2)；—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e=0 :膨胀阀前制冷齐U过冷温度么tsc =5:蒸发器出口制冷剂气 体过热 度么tsh=5,压缩机吸气温度ts=10室外温度i=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么 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=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=Pe- △ Pd=292.82 - 67.26=225.56KPa4) 根据PS和ts,查表HFC134a过热蒸气的热力性质表得：压缩机吸气□制冷剂比焓 hs=407.952KJ/Kg，比体积 u s=0.098914m3/Kg 比熵 SS=1.7822KJ/(Kg?K)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=455.813 KJ/Kg6) 额定空调工况下压缩机的指示效率n为：n『Te/Tc+bte=(5+273.15)/(60+273.15)+0.002 X 0=0.835(7) 额定工况下，压缩机的排气比焓为：hd=hs+ (hds—hs) /n i=407.952(+ 455.813—407.952)X0.835=447.916 KJ/Kg8) 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 C2. 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/=tc △ tsc=63 °C 5 C =58 C。

2) 蒸发器出口制冷剂气体温度为：t1=te+ △ tsc=5 C +5 C =10 C3) 按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=404.40 KJ/Kg4) 在额定空调工况下，蒸发器的单位制冷量qe,s为：qe,s=h1 —h5/=404.40—279.312=125.1 KJ/Kg5) 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=1.1 QXh=1.1 X3488.2W=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流量 qm,s为：qm,s= Qe,s/ qe,s=3.837/125.1=0.03067Kg/s2) 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/=420.434—279.312=141.122 KJ/Kg3) 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/ u 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,c Xqm,c=141.122X0.03067=4.328KW4. 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 C ;制冷剂的蒸发温度te,t=5 C ;膨胀阀前制冷剂液体过冷度^ tsc,t=OC ;压缩 机的吸气温度ts,t=t1/=20 °C ;压缩机的转速n=1800r/min;压缩机吸气管路压降△ PS=67.26Kpa;压缩 机排气管路的压降么 Pd=81Kpa)、蒸、、 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，制冷凝压力分别为Pe,t=349.63KPaPc,t=1681.30KPa压缩机吸气压力 Pst=pe5t-^PS,t=349.63—67.26=282.37KPa 压缩机的排气压力 Pd,t=Pc,t+ △ Pd=1681.30+8 仁 176230KPa3) 根据ts,t和Pst,查表有压缩机测试工况下吸气比焓 hst=415.833 KJ/Kg，吸气比体积U S0.079484m3/Kg吸气比熵 Ss,t=1.79074KJ/(Kg?K)。

4) 根据膨胀阀前制冷剂液体温度t4=tc,t — △ tsc,t=60 C,查 表得膨胀阀前制冷剂液体比焓h4=287.397 KJ/Kg5) 测试工况压缩机的单位质量制冷量：qe.t=hs.t—h4=415.833—287.397=128.436 KJ/Kg6) 测试工况压缩机单位体积制冷量qv,t为：qv,t=qct/ U st=128.436/0.079484=1615.8K7J2/m37) 由于额定空调工况下和测试工况西啊的冷凝压力(冷凝温度)蒸发压力(蒸发压力)，排气压力及吸气压力均可相同，则两种工况压缩机的输气系数也相同，即： 入七=入c于是所选压缩机在测试工况下所需制冷量是：Qe,t=Qe,c(入)X qv,t/qv,c) =4.328 >1615.875/1737.25=4.026KW5. 测试工况压缩机所需制冷剂单位质量流量 qm,t为： qm,t=Qe,t/qe,t=4.026/128.436=0.03135Kg/s6. 确定测试工况下压缩机所需轴功率(1) 根据Pd,t和Ss,t，查表得压缩机等比熵压缩终了的制冷剂比焓 hd,s=458.190 KJ/Kg ,制冷剂温度td,s=85.94C。

2) 测试工况下压缩机单位等比熵压缩功Wts,t为：Wts,t=hd,s—hs,t=458.190—415.833=42.357 KJ/Kg3) 测试工况下压缩机的理论等比熵功率Pts,t为：Pts,t= Wts,t?qm,t=42.357 X 0.03135=1.328Kw(4。