汽車空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究

1、目錄第1章 引 言11.1. 背景及意義11.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第2章 汽車空調(diào)概述32.1. 汽車空調(diào)的作用32.2. 汽車空調(diào)的發(fā)展概況32.3. 汽車空調(diào)工作環(huán)境及要求42.4. 汽車空調(diào)系統(tǒng)的基本組成42.5. 汽車空調(diào)的類型52.6. 汽車空調(diào)的特點52.7. 汽車空調(diào)的發(fā)展方向6第3章 汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計73.1. 汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)確定73.2. 汽車空調(diào)熱負荷計算83.3. 汽車空調(diào)壓縮機選型103.4. 膨脹閥的選型123.5. 蒸發(fā)器的設(shè)計133.6. 冷凝器的設(shè)計19第4章 節(jié)能性分析224.1. 原有車輛空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)的介紹224.2. 原非獨立式空調(diào)系統(tǒng)特點234.

2、3. 非獨立式空調(diào)系統(tǒng)布置簡圖234.4. 目前設(shè)計的節(jié)能分析244.5. 從客觀使用方面進行節(jié)能26第5章 總結(jié)與展望28致謝.29參考文獻30 第1章 引 言 汽車空調(diào)的作用已是總所周知。汽車空調(diào)裝置不再是豪華奢侈的象征，不僅轎車、客車上采用，貨車、工程車上也紛紛安裝空調(diào)裝置。人們對空調(diào)的需求越來越迫切，對汽車空調(diào)質(zhì)量要求也越來越高。 近幾年來，國內(nèi)公路的大量新建，尤其是高速公路的迅速發(fā)展，有力的帶動了公路客運事業(yè)特別是高速客運事業(yè)的迅猛發(fā)展：同時，隨著地球表面日益變暖和人民生活水平的提高，促進城市公交開始采用空調(diào)客車，這方面因素造成對客車空調(diào)器的需求增大。1由于客車車型基本上都是國內(nèi)自行

3、開發(fā)的，其空調(diào)系統(tǒng)需國內(nèi)客車廠和空調(diào)器廠自行設(shè)計，配套。而且如今面臨能源緊缺的危機，如何使汽車空調(diào)更加高效節(jié)能是各個生產(chǎn)廠商的急需解決的問題。隨著汽車消費群體對汽車空調(diào)節(jié)能和環(huán)保的要求越來越高，傳統(tǒng)汽車空調(diào)單一性的舒適性條件已無法滿足人們對汽車空調(diào)保證原有舒適性的基礎(chǔ)上節(jié)能和環(huán)保的要求，對現(xiàn)有汽車空調(diào)進行改進和改造迫在眉睫。 如今很多技術(shù)人員也在不斷地對汽車空調(diào)如何節(jié)能做大量的研究實驗，現(xiàn)在生活中人們除了在室內(nèi)用空調(diào)較多外，出門開車也要求車內(nèi)溫度，風(fēng)速等的舒適性，這一方面體現(xiàn)了社會生活水平的提高，另一方面又顯現(xiàn)出節(jié)能的必要性，然而對于內(nèi)燃機的節(jié)能，提高效率已然是很遙遠的事情了，反而對于占發(fā)動機

4、功率10%的汽車空調(diào)系統(tǒng)，有很大的效率提升空間。為了減少全球的溫室效應(yīng)，使汽車空調(diào)更加節(jié)能更加環(huán)保，是勢在必行的事情。研究提高汽車空調(diào)節(jié)能和環(huán)保的性能的措施，以及如何滿足汽車空調(diào)使用者對節(jié)能和環(huán)保的要求。目前汽車空調(diào)的節(jié)能和環(huán)保在國內(nèi)外有很廣闊的發(fā)展空間，對其的研究改進可帶來巨大的經(jīng)濟效益。1.1. 背景及意義隨著人們生活水平的提高，汽車的消費量也在與日俱增，人們在購買汽車的同時對汽車空調(diào)的能耗提出了更高的要求?？照{(diào)作為汽車的重要部件，其能耗高低是影響汽車消費者選購及使用汽車的重要指標(biāo)之一。目前的汽車空調(diào)大多都處在側(cè)重于舒適性的設(shè)計階段，而能耗大小在其次，這種設(shè)計方式不僅能耗沒有降低而且其環(huán)保

5、性也不高，滿足不了當(dāng)今消費者對汽車空調(diào)的要求。針對這一狀況，本文從結(jié)構(gòu)、使用、維護及技術(shù)等多方面闡述了汽車空調(diào)的節(jié)能措施，從而使汽車在保證車內(nèi)舒適性的同時具有更好的經(jīng)濟性和環(huán)境友好性。隨著汽車消費群體對汽車空調(diào)節(jié)能和環(huán)保的要求越來越高，傳統(tǒng)汽車空調(diào)單一性的舒適性條件已無法滿足人們對汽車空調(diào)保證原有舒適性的基礎(chǔ)上節(jié)能和環(huán)保的要求，對現(xiàn)有汽車空調(diào)進行改進和改造迫在眉睫。提高汽車空調(diào)節(jié)能和環(huán)保的性能的措施，以及如何滿足汽車空調(diào)使用者對節(jié)能和環(huán)保的要求。目前汽車空調(diào)的節(jié)能和環(huán)保在國內(nèi)外有很廣闊的發(fā)展空間，對其的研究改進可帶來巨大的經(jīng)濟效益。1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 第二次世界大戰(zhàn)后，汽車空調(diào)開始了實質(zhì)

6、性的發(fā)展，不僅數(shù)量上迅速發(fā)展，技術(shù)上也不斷更新，人們越來越認識到汽車空調(diào)的好處。2汽車裝有空調(diào)后，提高了乘坐舒適性。我國汽車空調(diào)起步較晚，從上世紀(jì)60年代初，才開始在紅旗轎車上采用空調(diào)。近年來發(fā)展速度很快，國產(chǎn)轎車已80%裝有空調(diào)。我國現(xiàn)有主要汽車空調(diào)生產(chǎn)廠家20多家，其中絕大部分是引進國外技術(shù)生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備，還有些是中外合資企業(yè)，國內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)與國外的差距正在逐漸縮小。從目前我國汽車空調(diào)生產(chǎn)情況來看，壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器的國產(chǎn)化率并不高，大多數(shù)還是用的國外的產(chǎn)品或技術(shù)，這也是制約我國汽車空調(diào)向前發(fā)展的一大絆腳石。新型的R134a汽車空調(diào)裝置正處在推廣運用中。然而當(dāng)全世界大張

7、旗鼓運用R134a取代R12的技術(shù)轉(zhuǎn)換工作時，由于環(huán)境保護問題越來越受到重視，人們又被R134a的溫室效應(yīng)所困擾，R134a與潤滑油的相容性也不能令人滿意，8R134a認為只是一種過渡性替代物，古老的CO2制冷劑將重新受到重視。第2章 汽車空調(diào)概述2.1. 汽車空調(diào)的作用 空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)，空氣調(diào)節(jié)就是對一封閉空間內(nèi)的空氣溫度，濕度，清新度等進行調(diào)節(jié)，使封閉空間的空氣環(huán)境達到對人體最適宜的狀態(tài)。而汽車空調(diào)就是用于汽車上的空調(diào)系統(tǒng)。汽車空調(diào)擁有制冷功能，通過對空氣的冷卻除濕使車內(nèi)達到?jīng)鏊氖孢m度。而取暖功能在冬天通過對車內(nèi)空氣的加熱除濕，使車內(nèi)達到溫暖舒適的程度。當(dāng)車內(nèi)空氣混濁的時候可以通過空氣凈

8、化裝置除去進入車內(nèi)空氣中的塵埃，異味，使車內(nèi)空氣變得清潔。還可以控制通風(fēng)口的氣流速度給人以舒適的享受。2.2. 汽車空調(diào)的發(fā)展概況汽車空調(diào)技術(shù)隨著汽車的日益普及以及人們對汽車舒適性，安全性要求的提高而發(fā)展起來的。其發(fā)展過程大致為：單一取暖，單一制冷，冷暖一體，自動控制，微處理器控制五個階段。1.單一取暖階段1927年，在美國紐約市場上出現(xiàn)了第一臺汽車空調(diào)裝置，這種裝置只能稱之為“加熱器”，只是在汽車車廂內(nèi)增加了熱量，能起到一定的保暖作用。目前在寒冷的北歐，亞洲的北部地區(qū)仍在使用這種單一取暖功能的空調(diào)系統(tǒng)。2.單一制冷階段1939年美國首先在轎車上安裝機械式制冷空調(diào)，為世界汽車空調(diào)市場開辟了發(fā)展

9、之路。這種單一冷氣裝置只能在夏天使用，起降溫作用。這種單一制冷的空調(diào)系統(tǒng)目前仍在熱帶，亞熱帶地區(qū)使用。3.冷暖一體化階段1954年，第一臺冷暖一體化整體式汽車空調(diào)設(shè)備在美國Nash牌小客車上出現(xiàn)。汽車空調(diào)才開始具有調(diào)控車內(nèi)溫度和濕度的功能。目前這種空調(diào)系統(tǒng)已得到廣泛使用。4.自動控制階段人工控制冷暖一體化的空調(diào)系統(tǒng)增加了駕駛員的操作量，且不易實現(xiàn)最佳的調(diào)節(jié)效果。因此人們就開始著手研究自動控制的汽車空調(diào)。1964年，第一臺自動控溫的汽車空調(diào)在美國通用汽車公司凱迪拉克豪華轎車中出現(xiàn)。這種空調(diào)系統(tǒng)可以預(yù)先設(shè)置溫度，空調(diào)能自動地工作，將車內(nèi)的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。5. 微處理器控制階段1973年美國

10、和日本聯(lián)合研究由微處理器控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)，并在1977年用于轎車上。相比于模擬控制的自動空調(diào)系統(tǒng)，微處理器控制的系統(tǒng)其功能提高了，并實現(xiàn)了空調(diào)運行與汽車運行的相關(guān)統(tǒng)一。從而提高了汽車的整體性能和乘坐舒適性。2.3. 汽車空調(diào)工作環(huán)境及要求汽車空調(diào)工作環(huán)境與室內(nèi)空調(diào)有很大的區(qū)別，因而對其有特殊的要求。4其特殊性有一下幾方面：（1）承受頻繁的振動及沖擊，因此汽車空調(diào)要求零部件有足夠的強度和抗振能力，要求系統(tǒng)管路連接牢固，防泄漏能力強。（2）空調(diào)的熱負荷大，要求汽車空調(diào)制冷量大，降溫藥訊速。（3）需要汽車發(fā)動機承擔(dān)空調(diào)動力源，獨立式汽車空調(diào)除外。要求汽車空調(diào)效率要高，空調(diào)設(shè)備的大小選擇和控制要合理

11、既能滿足制冷的需要又不會影響汽車的正常行駛。（4）汽車結(jié)構(gòu)空間有限，所以要求汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)緊湊，各部件的體積要小，重量輕。2.4. 汽車空調(diào)系統(tǒng)的基本組成現(xiàn)代汽車基本已采用冷暖一體化的自動空調(diào)系統(tǒng)，這類自動空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、通風(fēng)和空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、空氣凈化裝置以及電子控制系統(tǒng)五個部分組成。1. 制冷系統(tǒng)壓縮機通過做功將車內(nèi)的熱量搬到空氣中，制冷系統(tǒng)工作時通過制冷劑氣態(tài)與液態(tài)的相互轉(zhuǎn)換，進行吸熱與放熱的熱循環(huán)過程，從而降低了車內(nèi)空氣的溫度。2. 采暖系統(tǒng) 冬季空調(diào)系統(tǒng)利用發(fā)動機冷卻水箱的余熱、廢棄余熱或者利用燃燒器燃燒熱，通過加熱器加熱空氣，再通過風(fēng)機進入車內(nèi)，使車內(nèi)溫度升高。3.通風(fēng)

12、和空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在車內(nèi)空氣混濁，不流通時，通風(fēng)系統(tǒng)可通過鼓風(fēng)機、進風(fēng)口風(fēng)門、風(fēng)道，將車外的新鮮空氣引入車內(nèi)，達到換氣目的；空氣溫度調(diào)節(jié)則是通過相應(yīng)的控制開關(guān)控制進入的風(fēng)量，并將冷風(fēng)、熱風(fēng)、新鮮空氣合理地混合，達到駕駛員設(shè)定的適宜的氣流送入車內(nèi)。4. 空氣凈化裝置 當(dāng)車內(nèi)空氣有大量塵埃、異味或其他有害氣體時，可以通過空氣凈化裝置使車內(nèi)空氣變得清新。 5.自動控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種傳感器、控制器及執(zhí)行器組成，通過這些原器件來控制壓縮機轉(zhuǎn)速，節(jié)流閥開口大小，風(fēng)速等，來實現(xiàn)車內(nèi)溫度風(fēng)速的適宜性。2.5. 汽車空調(diào)的類型 不同通途，不同類型的汽車都有相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)，所以現(xiàn)代汽車空調(diào)有很多種結(jié)構(gòu)類型。

13、其大致有以下幾種。1.按空調(diào)的功能分：有單獨功能的空調(diào)系統(tǒng)，要么只有制冷，要么只有取暖。其系統(tǒng)是各自獨立工作的相互之間互不干涉。這類空調(diào)多用于大型客車和載貨汽車上。還有就是冷暖一體化的空調(diào)系統(tǒng)，制冷、取暖、通風(fēng)都用一個風(fēng)機一個風(fēng)道，可在控制面板上對它進行控制。這類空調(diào)多用于轎車上。2.按壓縮機的驅(qū)動方式分：有獨立式空調(diào)，該空調(diào)系統(tǒng)壓縮機有專門的發(fā)動機來驅(qū)動，不和汽車共用發(fā)動機。制冷量也非常大，工作穩(wěn)定，成本高。但此類空調(diào)質(zhì)量大，多用于大型豪華大巴上。還有就是非獨立式空調(diào)，此類空調(diào)的壓縮機與汽車共用發(fā)動機驅(qū)動力。因此它的結(jié)構(gòu)緊湊，但其制冷性能受汽車發(fā)動機工作的影響，工作穩(wěn)定性較差。多用于小型客車

14、和轎車。3.按開空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式分：有手動調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)，此類空調(diào)要由駕駛員通過控制面板上的功能鍵完成對車內(nèi)溫度、風(fēng)速、風(fēng)向的調(diào)節(jié)。目前這類空調(diào)還用于大多數(shù)汽車上。另一類就是自動控制空調(diào)系統(tǒng)，它由電子控制器根據(jù)相關(guān)傳感器的電信號，自動對車內(nèi)溫度、風(fēng)速、風(fēng)向進行調(diào)節(jié)?？梢詫崿F(xiàn)全面的、全方位的最佳的調(diào)節(jié)。而卻自動控制空調(diào)系統(tǒng)又分模擬控制和微機控制兩種，現(xiàn)代汽車越來越多地采用微機控制的自動空調(diào)系統(tǒng)。2.6. 汽車空調(diào)的特點汽車是使用于道路運輸用的，所以汽車常年置于太陽，風(fēng)雪之中，隔熱措施也是有限的；汽車行駛時還有大量風(fēng)進入車內(nèi)，造成車內(nèi)熱負荷增大；汽車行駛速度也是變化無常的，很難保證空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定

15、運行。因此汽車空調(diào)比室內(nèi)空調(diào)工作環(huán)境惡劣得多。其具體的工作特點有如下幾點：1. 在夏季時，由于汽車內(nèi)部空間較小，一直受陽光照射，并且還受地面的輻射熱，發(fā)動機輻射熱和人體的散熱。因此汽車空調(diào)的熱負荷是非常大的。2. 汽車空調(diào)的制冷壓縮機是不能用電力做動力的，它是靠發(fā)動力來驅(qū)動的，因此在汽車行駛路況不同的情況下，壓縮機轉(zhuǎn)速等會受一定影響。汽車行駛速度快，制冷量就大；低速時制冷量就小，特別是轎車空調(diào)。同時對汽車的加速性能等也造成相關(guān)影響。3. 由于汽車是“移動的房間”所以空間緊湊，空調(diào)裝置布置起來比較困難，因此各種汽車空調(diào)部件的通用性較差。4. 汽車內(nèi)乘員所占空間比較大，加上座椅等的高低不同的布置，

16、直接影響了車內(nèi)風(fēng)速和溫度的分布均勻性。從而一定程度上影響了人的舒適性。5. 大多數(shù)汽車的冷凝器都位于發(fā)動機水箱前，因此受水箱輻射熱的影響，冷凝效果較差。導(dǎo)致冷凝壓力偏高。6. 當(dāng)汽車在顛簸不平的道路上行駛時，振動厲害，空調(diào)系統(tǒng)的連接管路接口處容易松動，從而產(chǎn)生制冷劑泄漏的現(xiàn)象。7. 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷劑的循環(huán)流量變化范圍大，給設(shè)計帶來一些困難。2.7. 汽車空調(diào)的發(fā)展方向 1.向全自動化方向發(fā)展，目前在汽車上使用的冷暖一體化空調(diào)手動控制還占多數(shù)，車內(nèi)的溫度，風(fēng)速，風(fēng)量等還得靠人的感覺來調(diào)節(jié)。這樣很難達到最佳狀態(tài)。隨著人們對汽車舒適性要求的進一步提高和微機控制技術(shù)的進一步成熟，汽車空調(diào)自動控

17、制技術(shù)會更加完善，其應(yīng)用也將迅速普及。2.空調(diào)系統(tǒng)智能化，為提高汽車的舒適性和安全性，汽車空調(diào)在微機化控制的基礎(chǔ)上，進一步向著智能化方向發(fā)展。除了能分析判斷車內(nèi)空氣的溫度、濕度、清新度等參數(shù)并自動將車內(nèi)的空氣調(diào)整到人體感覺最適宜的狀態(tài)外，還能根據(jù)車內(nèi)外的溫差自動控制空調(diào)相關(guān)系統(tǒng)工作，以防止汽車玻璃窗上產(chǎn)生霧影響駕駛員視線。3.高效節(jié)能、小型輕量化，部件結(jié)構(gòu)更加緊湊、效率更高、系統(tǒng)布局更合理，是汽車空調(diào)高效節(jié)能、小型輕量化的關(guān)鍵。在壓縮機方面，目前大量采用的往復(fù)式壓縮機將逐漸被制冷效率更高的渦旋式壓縮機所取代。冷凝器發(fā)面，將采用換熱效率更高的平流式，蒸發(fā)器采用層流式，散熱翅片采用超級條縫片。在制

18、冷管路方面，通過優(yōu)化設(shè)計使管路更加合理。4.采用新空調(diào)技術(shù)，現(xiàn)在汽車空調(diào)基本上都是采用蒸汽式壓縮，也可以研究通過其他制冷方式來設(shè)計汽車空調(diào)系統(tǒng)。如氧化物制冷、固體吸附制冷、吸收式制冷等汽車空調(diào)系統(tǒng)，充分利用發(fā)動機余熱或冷卻液的熱量來驅(qū)動制冷系統(tǒng)，以達到節(jié)能的目的。第3章 汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計3.1. 汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)確定 車體總?cè)莘e92m3，車的長10.7m，寬2.48m，高3.47m的大型空調(diào)客車。根據(jù)7月1日太陽輻射統(tǒng)計資料顯示：氣溫為35，正午12時以40km/h的車速往正南方向行駛，車室內(nèi)溫度27。大約新風(fēng)負荷占30%，車身圍護結(jié)構(gòu)傳熱占30%以上，人體熱負荷超過20%，而太陽輻射及玻

19、璃傳熱只占10%；因此若減少熱負荷應(yīng)以改善車身隔熱為主。制冷工況：蒸發(fā)溫度為tk=0，冷凝溫度為te=63，過冷溫度t4=57，吸氣溫度t1=10，環(huán)境溫度t0=35,壓縮機正常轉(zhuǎn)速n=1800r/min。根據(jù)人體衛(wèi)生要求，空氣中二氧化碳含量不能超過0.1%，氧氣含量控制在（1820.7）% 。為此，每人應(yīng)有（2025）m3/h的新鮮空氣量?？紤]到一般車內(nèi)連續(xù)停留時間不會太久，汽車制冷機容量不可能太大，過多的新鮮空氣將消耗過多的空調(diào)能量，因此計算時，汽車車內(nèi)新鮮空氣量的下限可定為11m3/h，或占全部通風(fēng)量10% 。以上海市龍港快線B同類型的金龍客車KLQ6920E3為例，其具體參數(shù)見表1，外

20、觀見圖1。表1 整車技術(shù)參數(shù)整車技術(shù)參數(shù)型號:KLQ6920E3外形尺寸 長×寬×高（mm）:10700 x 2480 x 3470最大總質(zhì)量（kg）15000座位數(shù)45+1+1(23-49)底盤型號KLQ6113R最高車速（km/h）115最大爬坡度（）20制動距離（滿載、30km/h）（m）10限定條件下燃料消耗量（L/100km） 發(fā)動機型號錫柴的道依茨7140CC）最大功率/轉(zhuǎn)速KW(ps)/rpm162(240) / 2200最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N.m/rpm）950 / 1400-1600排量（ml）7140圖1 車輛實物圖3.2. 汽車空調(diào)熱負荷計算 在汽車空調(diào)負

21、荷計算中有兩種理論計算方法10： 第一種：Q總=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 其中Q總汽車空調(diào)的總負荷 Q1通過車頂以及車側(cè)壁傳入車內(nèi)的熱量 Q2通過車體玻璃表面以對流方式進入車內(nèi)的熱量 Q3通過車體玻璃以輻射方式進入車內(nèi)的熱量 Q4通過地板以熱傳導(dǎo)進入車內(nèi)的熱量 Q5從發(fā)動機側(cè)以熱傳導(dǎo)方式進入車內(nèi)的熱量 Q6空調(diào)機風(fēng)機產(chǎn)生的熱量 Q7車內(nèi)駕駛員及乘客散發(fā)的熱量 Q8通過新風(fēng)漏熱帶進車內(nèi)的熱量雖然此方法計算得出的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，但由于運用的公式繁瑣，使用數(shù)據(jù)較多，不方便計算所以采用下面一種方法計算大巴車的熱負荷。龍港快線類的大巴車，屬于長途客運性質(zhì)，不同于城市公交車，它起動，停車

22、次數(shù)少，開關(guān)門以及乘客上下車也很少。鑒于對該車型材料具體門窗面積等參數(shù)的資料缺乏，不能按上述方法進行計算，所以下面有第二種制冷量計算方法。此方法所得值比方法一計算值少許偏大，但比經(jīng)驗估算值要準(zhǔn)確一點。它的制冷量計算公式： Q1=（A1×N×0.82+A2×V×0.1+A3×S×0.08）×A4×A5Q1客車空調(diào)所需制冷量A1乘員制冷因素值，具體見表2；N額定乘員人數(shù)；A2車內(nèi)空間制冷因素值，6m以上車型為553W/m3V車內(nèi)空間體積，m3；A3太陽輻射制冷因素值，6m以上車型為1190W/m2S車型所有門窗玻璃面積

23、總和，；A4車型密封保溫效果因素值，見表3；A5氣候條件因素值，見表4。 表2 乘員制冷因素值乘員人數(shù)乘員制冷因素值（W/人）16306003137575384755048555155665500668048080以上450表3 車輛密封保溫效果因素值車輛密封情況保溫效果因素值玻璃鋼車頂，填充厚度大于20mm的隔熱材料，地板及側(cè)圍保溫良好，玻璃窗車門密封良好1薄鋼板外蒙皮，但車頂與側(cè)圍隔熱采用整體發(fā)泡，厚度大于20mm，地板隔熱良好，玻璃窗車門密封良好1薄鋼板外蒙皮，填充厚度大于20mm的隔熱材料，地板隔熱一般，活動窗玻璃，車門密封一般1.03內(nèi)外蒙皮間隔熱層小于20mm，地板隔熱較差，活動窗

24、玻璃，車門密封一般1.08內(nèi)外蒙皮無隔熱層，密封情況差1.20 表4 氣候條件因素值地理位置寒冷區(qū)0.94干熱區(qū)1濕熱區(qū)、極熱區(qū)、常熱區(qū)1.04 此車型可坐乘客45人，外加駕駛員和副駕駛2人?？?cè)藬?shù)N=47人；所以由表一取A1=550W/人；此大巴車全長10.7m所以取A2=553W/人，A3=1190W/人；車體總?cè)莘eV=92m3 車體所有玻璃門窗面積 S有效=k.s，其中k=0.5，所以S有效=59；此車型外表材料為薄鋼板外蒙皮，但車頂與側(cè)圍隔熱采用整體發(fā)泡，厚度大于20mm，地板隔熱良好，玻璃窗車門密封良好，所以?。簧虾儆跐駸岬貐^(qū)所以。對于客車的車內(nèi)空間體積，可以按經(jīng)驗值估算，V有效=

25、V.k，k=0.4，所以V有效=36.8m312將上述取值帶入計算式二里面有：Q1=（A1×N×0.82+A2×V有效×0.1+A3×S有效×0.08）×A4×A5 =（550×47×0.82+553×36.8×0.1+1190×59×0.08）×1×1.04 =30kW3.3. 汽車空調(diào)壓縮機選型3.3.1. 循環(huán)狀態(tài)參數(shù)確定 由于上述計算值已經(jīng)有所偏大，所以制冷量的值就不需要再進行修正。目前汽車空調(diào)或家用空調(diào)大部分還是用的R134a

26、制冷劑，其部分熱力性質(zhì)如下表5，壓焓圖數(shù)值參考見圖2。表5 R134a的熱物理性質(zhì)沸點（101.3kpa）-26.1臨界溫度101.1臨界壓力kpa4066.6液體密度kg/m³1188.1飽和蒸氣壓（25）kPa661.9汽化熱/蒸發(fā)潛熱（沸點下，1atm）kJ/kg216 圖2 R134壓焓圖 根據(jù)大巴車空調(diào)工況，得出其壓焓圖如圖3所示，各狀態(tài)點的參數(shù)如表6所示 表6 各循環(huán)狀態(tài)點參數(shù)狀態(tài)號參數(shù)單位數(shù)值1t1v1h1m3/kgkJ/kg100.058163357.962t2h2kJ/kg94.3401.072st2sh2skJ/kg803894t4h4kJ/kg57256

27、5x50.370t0h0kJ/kg0351.495 圖3循環(huán)狀態(tài)點3.3.2. 循環(huán)熱力計算4 單位制冷量q0=h0h4=95.495kJ/kg 制冷量Q1=30kW=30000×3600÷1000=108000kJ/h 制冷劑循環(huán)量G=Q1/q0=1130.9kg/h 取壓縮機等熵效率 s=0.72，則：h2=h1+（h2s-h1）÷s=401.07kJ/kg 單位壓縮功W1=h2-h1=43.11kJ/kg 壓縮功N=G×W1=48753.1W 取輸氣系數(shù)=0.7.從而壓縮機排氣量可得： Vh=1.67×104×（Q1×

28、v1÷q0÷n÷）=871.8cm3/r3.3.3. 壓縮機選配根據(jù)排氣量Vh=871.8cm3/r，可選比澤爾品牌的6NFC（Y)型壓縮機，其理論排量由轉(zhuǎn)速的不同在781.48cm3/r1616.6cm3/r，滿足排量要求，壓縮機理論制冷量在該題目要求工況下Q=32kW>Q1=30kW。3.4. 膨脹閥的選型系統(tǒng)制冷量Q1=30kW，即30000/3300=9冷噸，所以可選用容量為10冷噸的膨脹閥。根據(jù)系統(tǒng)制冷量Q1=30000/1.163=25795.35kcal/h>6000kcal/h，故選用外平衡式熱力膨脹閥。可選用艾默生TCL-E10-HC

29、-5FT型號的膨脹閥。 3.5. 蒸發(fā)器的設(shè)計3.5.1. 工況參數(shù) 進口空氣狀態(tài)參數(shù)：干球溫度27，相對濕度51%。 出口空氣狀態(tài)參數(shù)：干球溫度12，相對濕度90%。 當(dāng)?shù)卮髿鈮毫B=101.32kPa，蒸發(fā)溫度0，要求制冷Q1=30kW。3.5.2. 幾何參數(shù)選定 選20×0.35的內(nèi)螺紋紫銅管，翅片厚度f=0.2mm的鋁片，片距Sf=2.2mm，橫向管中心距S1=35mm，排間距為S2=40mm，管子呈正三角形叉排，管排數(shù)為4，圖4所示為翅片管結(jié)構(gòu)示意圖。其單排管子簡圖如圖5。圖4結(jié)構(gòu)圖圖5管內(nèi)部簡圖 根據(jù)以上條件進行結(jié)構(gòu)尺寸計算： 翅片根部外徑db=d0+2f=20.4mm

30、 翅片管當(dāng)量直徑deq=4（S1-db）（Sf-f）÷2（S1-db+Sf-f） =4（35-20.4）（2.2-0.2）÷2（35-20.4+2.2-0.2） =3.518mm 管內(nèi)徑di=d0-2=19.3mm 管平均直徑dm=（di+d0）/2=19.65mm 單位管長管子平均面積fm=dm=0.0617m2/m 單位管長管子內(nèi)表面積fi=di=0.061m2/m 單位管長的翅片面積ff=2（S1S2-db2/4）÷Sf×10-3 =2（35×40-3.14×20.42÷4）÷2.2×10-3 =0

31、.9757m2/m 單位管長管子外表面積fb=db（Sf-f）÷Sf×10-3 = 3.14×20.4×（2.2-0.2）×10-3 =0.1281m2/m 單位管長管子總外表面積ft=ff+fb=0.9757+0.1281=1.104m2/m 翅化系數(shù)=ft/fi=1.104/0.061=18.09 迎風(fēng)面積比=Amin/Af=（Sf-f）（S1-db）÷S1Sf=0.3793.5.3. 求出空氣在蒸發(fā)器內(nèi)的狀態(tài)變化過程 由給定的進出風(fēng)參數(shù)查濕空氣的焓-濕圖得出：i1=60kJ/kg，i2=32.5kJ/kg，d1=12.3g/kg

32、，d2=8.9g/kg。 在濕空氣焓-濕圖上連接空氣進出口狀態(tài)點1和2，并延長與飽和空氣線交于W點，如圖6所示的參數(shù)是iw=29.0kJ/kg，dw=7.51g/kg。 圖6焓濕圖 在蒸發(fā)器中的平均焓為：im=iw+（i1-i2）÷ln=41.6kJ/kg 在焓濕圖上由過程線1-2與im=41.6kJ/kg線的交點得出：tm=17.5，dm=9.4g/kg。 由此可以得出析濕系數(shù)=1+2.46×（dm-dw）÷（tm-tw）=1.623.5.4. 循環(huán)空氣量計算 Gda=Q0÷（i1-i2）×3600=3927.3kg/h 進口狀態(tài)干空氣比容v

33、1=RaT1（1+0.0016d1）÷PB=0.872m3/kg 所以空氣體積流量為：Va=Gdav1=3424.6m3/h3.5.5. 空氣側(cè)換熱系數(shù)計算 1.空氣側(cè)干換熱系數(shù)a0的計算：取迎面風(fēng)速wf=2.5m/s，翅片沿氣流方向長6cos300=0.1819m，當(dāng)量直徑deq3.518mm=0.0035m，最窄處風(fēng)速wmax=SfS1wf÷（Sf-f）（S1-db）=2.2×35×2.5÷(2.2-0.2)(35-20.4)=6.6m/s。由tf=（ta1+ta2）/2=20.3，從制冷工質(zhì)熱物理性質(zhì)表和圖可查得空氣特性參數(shù)如下：空氣運動

34、粘度f=1.57×10-6m2/s，空氣導(dǎo)熱系數(shù)f=2.52×10-2W/m.K。所以L/deq=0.1819/0.0035=51.97 Ref=wmax.deq/f=6.6×0.0035÷1.57×106 =1.47×103又 A=0.518-0.02315L/deq+0.000425（L/deq）2-3×10-6（L/deq）3=0.042 C=A（1.36-0.24Ref/1000）=0.042 n=0.45+0.0066L/deq=0.793 m=-0.28+0.08Ref/1000=-0.1624因為管路為正三角形

35、叉排布置，則有0=1.1fCRefn（L/deq）m/deq=50.79W/m2.K2.凝露工況下的當(dāng)量換熱系數(shù)aj按正三角形排列的管簇L/B=1，因此得：'=1.27(L/B-0.3)0.5=1.27(L/B-0.3)0.5S1/db =1.27×0.7-2×35÷20.4=1.823六角形翅片當(dāng)量翅高為：h=db（'-1）（1+0.35ln'）/2 =20.4×（1.823-1）×（1+0.35ln1.823）÷2÷1000 =0.01016翅片參數(shù)mw=（20./ff）-2 =46.5（銅管在2

36、0.3時，f=395W/m.K）凝露工況下翅片效率為： fw=th（mwh）/（mw.h） =th0.47244/0.47244 =0.932 j=0(fwff+fb)/(ff+fb) =1.737×50.79(0.932×0.9757+0.1281)÷(0.9757+0.1281) =82.92W/m2.K3.5.6. 管內(nèi)R134a蒸發(fā)時換熱系數(shù)的計算 R134a進入蒸發(fā)器時干度x1=0.37，出蒸發(fā)器時干度x2=1.0。在te=0時，查取B=1.185（B為與制冷劑種類和蒸發(fā)溫度有關(guān)的常數(shù)），則R134a總流量為： Gr=Q0/r(x2-x1)=30

37、5;3600÷(197.5×(1-0.37)=867.993kg/h式中r為0時R134a的氣化潛熱，單位為kJ/kg。估計內(nèi)表面熱流量qi=11000W/m2，由此取R134a質(zhì)量流速g=110kg/m2.s，則R134a總流通截面為：A=Gr/g=867.993÷110÷3600=2.19×10-3 m2每根管子的有效流通截面為：Ai=di2/4=2.924×10-4m2故蒸發(fā)器的分路數(shù)為：Z=A/Ai=7.49取Z=8（為方便分路，所以Z取8），每一個分路R134a的流量為： Gd=Gr/3600Z=0.03014kg/s于是R

38、134a在管內(nèi)蒸發(fā)時的換熱系數(shù)為： ai=BGd0.2.qi0.6÷di0.6 =1.185×0.030140.2.qi0.6÷0.01930.6=6.284qi0.63.5.7. 傳熱系數(shù)K0及傳熱溫差m的計算 由于R134a與所用的PAG油互溶，所以可忽略管內(nèi)側(cè)污垢熱阻，取管壁導(dǎo)熱熱阻和翅片與管壁接觸熱阻之和為4.8×10-3 m2.K/W，則有： K0=1/(ft/fi/ai)+rw+rs+(ft.rt/fm)+(1/aj) =1/(18.09/6.284qi0.6)+0.0048+1/82.92 =1/(2.879/qi0.6+0.01686)若

39、不計R134a阻力對蒸發(fā)溫度的影響，則傳熱溫差為： m=（ta1-ta2)÷ln(ta1-te)/(ta2-te) =19.43.5.8. 單位熱流量及蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸的確定 q0=K0 .m=19.4/(2.879/qi0.6+0.01686) 又qi=q0=18.09q0，所以有： qi=18.09×19.4÷（2.879/qi0.6+0.01686) 通過求解可得：qi=11038.7W/m2，與原來假設(shè)的qi=11000W/m2基本相符，不需要再重新計算。q0=qi/=11038.7÷18.09=610.21W/m2,由此可得所需換熱面積為：Fi=

40、Q0/qi=30000/11038.7=2.717m2，F(xiàn)0=Q0/q0=30000/610.21=49.16m2。通過上述計算可確定蒸發(fā)器尺寸：所需傳熱管長Lt=F0/ft=49.16/1.104=44.53m迎風(fēng)面積Ff=Va/wf=3424.6/（2.5×3600）=0.3805m2取蒸發(fā)器長A=800mm，高B=480mm，則實際迎風(fēng)面積Ff=0.8×0.48=0.384m2。已選管間距S1=35mm，故每排管子數(shù)nB=B/S1=14，即14列：長度方向管子nL=4共布置56根傳熱管，其總長Lt=0.8×56=44.8m，略大于Lt=44.53m，故滿足設(shè)

41、計要求。3.5.9. 制冷劑流動阻力及其對傳熱溫差影響的計算R134a質(zhì)量流速g=4Gd/（di2）=112.82kg/（m2.s），按設(shè)計值Fi=Lt.di=2.699m2，qi=Q0/Fi=30000/2.717=11041.6W/m2R134a在管內(nèi)蒸發(fā)時阻力可計算如下： p0=5.986×10-5×l.(qi.g)0.91/di =5.986×10-5×0.8×4×(11041.6×112.82)0.91÷0.0193 =3.50kPaR134a在管內(nèi)蒸發(fā)時蒸發(fā)溫度降低值為： te=(te/p0)te-0

42、p0=0.091×3.50=0.319所以實際傳熱溫差為： m=(ta1-t01)-(ta2-t02)÷ln(ta1-t01)/(ta2-t02) =(27-0.319)-(12-0)÷ln(27-0.319)/(12-0) =18.37與步驟七中所用m=19.4較為接近，所以認為滿足要求。3.5.10. 空氣側(cè)阻力計算在蒸發(fā)器中空氣的平均參數(shù)：比容vm=RaTm(1+0.0016dm)/(1+0.001dm)/pB =287.4×(273+17.5)×(1+0.0016×19.65)÷101320×(1+0.00

43、1×19.65)=0.8335m3/kg 密度m=1/vm=1/0.8335=1.20kg/m3空氣流過翅片管簇，在要求工況下的阻力為：pd=9.81A×（L/deq）.（mwmax）1.7 =9.81×0.0113×0.1819÷0.0035×（1.2×6.6）1.7 =194.24Pa凝露工況下由于凝結(jié)水滯留在翅片表面形成薄層水膜，因而凝露工況下空氣側(cè)流動阻力增大，則有： pw=.pd=1.26×194.24=244.74Pa上式中為凝露工況下阻力增加系數(shù)。3.6. 冷凝器3.6.1. 工況參數(shù)確定蒸發(fā)溫度te

44、=0，冷凝溫度tk=63,排氣溫度t2=94，空氣進口溫度tai=35，采用比澤爾6NFC（Y)型壓縮機，壓縮機理論排氣量84.4m3/h，GR=838kg/h。3.6.2. 幾何參數(shù)確定 為方便蒸發(fā)器冷凝器的加工生產(chǎn)，這里選用幾何尺寸盡量與蒸發(fā)器一致。選用20×0.35紫銅管，翅片厚度f=0.2mm的鋁片，片距Sf=2.2mm，橫向管中心距S1=35mm，排間距為S2=40mm，管簇順排布置，管數(shù)nL=4（沿氣流方向）。據(jù)此進行結(jié)構(gòu)尺寸計算：翅片根部外徑db=d0+2f=20.4mm。當(dāng)量直徑deq=4（S1-db）（Sf-f）÷2（S1-db+Sf-f） =4（35-2

45、0.4）（2.2-0.2）÷2（35-20.4+2.2-0.2） =3.518mm 管內(nèi)徑di=d0-2=19.3mm 管平均直徑dm=（di+d0）/2=19.65mm 單位管長管子平均面積fm=dm=0.0617m2/m單位管長管子內(nèi)表面積fi=di=0.061m2/m 單位管長的翅片面積ff=2（S1S2-db2/4）÷Sf×10-3 =2（35×40-3.14×20.42÷4）÷2.2×10-3 =0.9757m2/m 單位管長管子外表面積fb=db（Sf-f）÷Sf×10-3 = 3.

46、14×20.4×（2.2-0.2）×10-3 =0.1281m2/m 單位管長管子總外表面積ft=ff+fb=0.9757+0.1281=1.104m2/m 翅化系數(shù)=ft/fi=1.104/0.061=18.09迎風(fēng)面積比=Amin/Af=（Sf-f）（S1-db）÷S1Sf=0.3793.6.3. 確定冷凝器熱負荷及空氣流量取進出口空氣溫差為10，則空氣出口溫度tao=45，進出口空氣的平均溫度tam=（tao+tai）/2=40，壓縮機排氣溫度ts=94.3時蒸氣焓hs=419.78kJ/kg，過冷溫度57的液體焓hc=282.85kJ/kg，故：

47、 Qk=GR.（hs-hc）/3600=838×（419.78-282.85）÷3600=31.874kW平均溫度tam=40下空氣物性參數(shù)如下：空氣密度a=1.091kg/m3，空氣比熱cpa=1.013kJ/（kg.K），空氣流量Va為：Va=Qk/acpa.(tao-tai)=31.874÷(1.091×1.013×10)=2.884m3/s3.6.4. 計算空氣側(cè)換熱系數(shù)及翅片效率取迎風(fēng)面風(fēng)速wf=4m/s，最窄處風(fēng)速wmax=wf/=4/0.379=10.55m/s，空氣在平均溫度tam=40時，其運動粘度f=17.5×10

48、-6m2/s，導(dǎo)熱系數(shù)f=0.0272W/m.K，故有Ref=wmaxdeq/f=10.55×3.518÷17.5×103=2120.85，L/deq=2S2/deq=22.74。又 A=0.518-0.02315L/deq+0.000425（L/deq）2-3×10-6（L/deq）3=0.1761 C=A（1.36-0.24Ref/1000）=0.1499 n=0.45+0.0066L/deq=0.6001 m=-0.28+0.08Ref/1000=-0.1103所以有：a0=CRefnf（L/deq）m/deq =0.1499×2120.

49、850.6×0.0272×22.74-0.1103/0.003518 =79.04W/（m2.K）對順排翅片管簇：=B/db=40/20.4=1.9608，L/B=1=1.28(L/B-0.2)0.5=2.245，正方形翅片當(dāng)量翅高為： h=db（-1）（1+0.35ln）/2 =0.01629m翅片參數(shù)m=（2a0/ff）0.5=62.40（其中f=203W/（m.）為鋁片在39時的導(dǎo)熱系數(shù)），故翅片效率為： f=th（mh）/mh=0.96表面效率s=1-ff（1-f）/ft=1-0.9757（1-0.96）/1.104 =0.8713.6.5. 計算管內(nèi)側(cè)冷凝換熱系數(shù)

50、ai 假設(shè)壁面tw=55，則平均溫度tm=（tw+tk）/2=59。此溫度下R134a的物性參數(shù)如下：氣化潛熱rs=139.895kJ/kg，密度=1059.14kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)=0.06664W/（m.K），運動粘度=3.6233×10-6m2/s，Rs0.25=3.44，綜合系數(shù)Bm=（9.813/）m0.25=30.35，從而知道R134a在管內(nèi)冷凝時放熱系數(shù)為：ai=0.683Rs0.25Bmdi-0.25（tk-tw）-0.25=224.85（tk-tw）-0.25 忽略銅管管壁和接觸熱阻，則由管內(nèi)外熱平衡可以得出： Aidi（tk-tw）=sa0ft（tw-ta）即：

51、224.85××0.0193（63-tw）0.75=0.871×224.85×1.104（tw-39）由上式可計算得：tw=56.34，與上述假設(shè)的值較為接近，所以不用再重新計算，有ai=224.85（63-56.34）=1497W/（m2.K）。3.6.6. 計算傳熱系數(shù)及傳熱面積 取管內(nèi)污垢熱阻ri=0，管外污垢熱阻r0=0.0001m2.K/W，則有： = =25.67W/（m2.K） 平均傳熱溫差m=（ta2-ta1）/ln(tk-ta1)/(tk-ta2) =（45-35）/ln（63-35）/（63-45） =22.68W/ （m2.K） 所

52、以所需傳熱面積為：F0=Qk/（K0.m） =31874÷22.68÷23.78 =59.1m2所需翅片管總長Lt=F0/ft=59.1/1.104=53.5m3.6.7. 確定冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸選取垂直氣流方向管排數(shù)nB=14，又因為沿氣流方向管排數(shù)nL=4，所以有： 寬A=Lt/（nB.nL）=0.956m 高B=nB.S1=0.035×14=0.49m 深C=nL.S2=4×0.040=0.16m考慮到風(fēng)速的變化性，不均勻性，取實際寬A=1m，則迎風(fēng)面積為： Af=A.B=1×0.49=0.49m2實際風(fēng)速wf=Va/Af=2.884/0.4

53、9=5.88m/s，與原來假設(shè)的迎面風(fēng)速較為相近，所以不必再做計算。3.6.8. 計算空氣則阻力及選定風(fēng)機空氣橫向流過整套片順排管簇時阻力為： pa=9.81A（L/deq）（wmax）1.7 =9.81×0.0113×22.74×（1.091×10.55）1.7 =161.58Pa故冷凝器所需風(fēng)機額定風(fēng)量為： Va=2.884m3/s=173.04m3/min可選用風(fēng)量為90m3/min，靜壓為165Pa的軸流風(fēng)機兩臺。第4章 節(jié)能性分析4.1. 原有車輛空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)的介紹車輛原有的制冷裝置為后置非獨立式制冷裝置，壓縮機由大巴車的發(fā)動機帶動，在使用空調(diào)制冷時壓縮機所占用的主機功率為10%-15%，并且會影響汽車的加速和爬坡的能力。該車發(fā)動機選用錫柴的道依茨7140CC，功率為162千瓦，空調(diào)系統(tǒng)采用松芝空調(diào)，采用4PFCY比澤爾壓縮機。該空調(diào)電壓采用24V直流，電流強度采用150A保險絲；