名義工況下汽車空調系統負荷分析

馬 強 房永劍 王喬穆

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

夏天是對汽車空調冷負荷要求最高的時候，不僅要克服自身及環境的熱量，還要短時間內盡快降溫達到外高內低的效果，以滿足駕駛需求。在所有的熱源中，太陽輻射熱和玻璃滲入熱起主要作用。而且車身及車門的玻璃，是汽車熱工性最差的部分，太陽輻射由直射和散射構成，車身表面由于太陽光輻射而提高溫度，同時反射輻射熱；太陽光輻射通過車身玻璃窗時，一部分會被玻璃吸收，使玻璃本身的溫度上升，然后由于溫差效應熱量會被導入車內，另外很大部分的熱量將通過玻璃直接投射到車內，玻璃的滲入熱量是由溫差傳熱和輻射傳熱兩部分組成。同時由于通風要求及密封的泄露，熱空氣會通過開關車門及地板和門窗的縫隙進入車內，增加冷負荷；工作中的發動機也會產生很多熱量；乘員會產生并散發熱量；車廂及行李廂地板、車頂、空調運行產生的熱量都會增加車內空調系統冷負荷。冷負荷指的是，為了維持車內溫度所應向車內提供的冷量。冷負荷是針對夏季空調系統設計的主要參數，是確定空調送風量及空調容量的基礎。可以通過計算獲得冷負荷的大小，但是由于環境比較復雜，所以也要以一定的經驗值做參考。有兩種方法選定參考標準：1. 可以參考同類型、同地域、乘員數相同的汽車作參考；2. 可以參考同類型汽車空調最初設計時選定的大的范圍，然后根據人體工程學原理，將舒適性主觀評價數據轉化為客觀數據，以舒適性為目標，確定設計參數。

人體依靠不斷的補充及排出熱量維持自身能量的平衡。一旦這個平衡遭到破壞， 即體溫出現明顯的升降趨勢時，人就會感到不舒服，覺得熱或冷. 人體熱平衡可表示為： Qa－Qb= Qch + Qd +Qf + Qz，其中， Qa： 人體通過攝取食物獲得的熱量 Qb ： 人體活動消耗的熱量 Qch：人體儲存的熱量. 在正常的情況下， Qch 應為零; 當Qch > 0時， 體溫上升， 人體有熱感; 而當Qch < 0時， 體溫下降， 人體有冷感. Qd： 身體散發的熱量， 取決于周圍空氣中溫度的高低，人體體溫高于周圍溫度時， 人體散熱，則Qd >0， 反之， Qd <0. Qz： 由于體液蒸發（汗液、淚液等）帶走的熱量. Qf：人體與周圍物體間輻射換熱量，Qf 正負不定. 強度由周圍物體表面溫度決定. 其他條件相同時， 周圍物體表面溫度越高，人體就覺得越熱；表面溫度越低，人體就覺得越冷。總體來看， 人體舒適感與下列因素有關： （1）車內溫度，夏季人體感覺舒適的溫度24℃-26℃，超過28℃人體由舒適轉為不舒適; 車內外溫度超過7℃以上也會讓人感覺不適，對健康不利；（2）車內空氣相對濕度，較理想的范圍是50%-70%;（3）人體附近的空氣流速，0.2-0.3m/s為宜，不適宜的空氣流速會使人呼吸不暢同時過快的空氣流速會增加人體熱量損失;（4）周圍物體表面溫度。由此可知，汽車空調制冷的主要目的是保證車內空氣始終處于合適的溫度范圍以內，而為了維持這個溫度空調需要產生的制冷量即是空調的冷負荷。所以在進行汽車空調器匹配設計時車內人員的舒適程度是空調參數匹配的重要依據。

我國現行空調標準GB/T 21361-2008《汽車用空調器》明確規定，空調器實測制冷量不應小于名義制冷量的95%，空調器的能效比實測值不應小于明示值的95%（能效比定義為在規定的制冷能力試驗條件下，空調器制冷量與壓縮機驅動功率之比）。那么，汽車空調器的名義制冷量的確定就顯得尤為重要了。空調實測制冷量為：qtci=Qmi（ha1-ha2）/[vn（1+Wn）]。其中，qtc即為空調的實測制冷量，Qmi為名義工況下的送風量；ha1：進入蒸發器側空氣的焓；ha2：離開蒸發器側空氣的焓；vn：噴嘴處空氣的比體積；Wn：噴嘴處空氣的含濕量。

結語

在汽車空調器的匹配設計工作中，我們既要考慮太陽輻射熱、玻璃透射熱。發動機通過前圍傳熱等熱量來源，還要考慮駕駛員和車輛乘員的身體感受，從而提高人員舒適度。只有綜合考慮各種因素得到的名義制冷量才是科學合理的，同時也為后續出風量設計計算和能效比計算奠定基礎。

[1]GB/T 21361—2008，汽車用空調器[S].[2]QC/T 656—2000，汽車空調制冷裝置性能要求[S].

[3]QC/T 660—2000，汽車空調（HFC—134a）用壓縮機試驗方法[S].

[4]QC/T 663—2000，汽車空調（HFC—134a）用熱力膨脹閥[S].