軍用方艙空調選型注意事項

魏勇亮，胡興榮

（上海航天電子技術研究所上海201109）

軍用方艙空調選型注意事項

魏勇亮，胡興榮

（上海航天電子技術研究所上海201109）

為了獲得符合技戰術指標的車內環境，滿足人機工作的需要，必須對方艙進行空氣調節。介紹了在方案設計階段空調選型應考慮的幾個問題，為空調在軍用方艙中的應用提供了依據。

空調；選型；軍用方艙

方艙作為一種野外條件下為操作人員和電子設備提供適宜環境和安全防護的場所，艙內環境的好壞對設備的正常工作以及操作人員的心理、生理會產生較大的影響[1]。

由于野外環境復雜，氣象條件差異很大，為了獲得符合技戰術指標的車內環境，滿足人機工作的需要，必須對車內進行空氣調節，空調已成為方艙的必備系統之一。

1 空調選型步驟

方案設計階段，空調選型主要考慮以下幾個方面：

（1）空調的結構形式；

（2）方艙的冷熱負荷；

（3）空調的使用環境；

（4）空調的性能指標。

空調選型步驟一般為：確定空調結構形式→方艙冷熱負荷計算→空調使用環境影響分析→空調性能指標核算→確定空調型號。

2 空調選型注意事項

2.1 空調的結構形式

方艙空調按照結構形式，可分為整體式和分體式兩種。整體式包括窗式、外置式和頂置式；分體式包括落地式、壁掛式和分立式。方艙空調中較常見的是整體外置式、整體頂置式和分體壁掛式[2]。三種結構形式各有優缺點，空調選型時，應根據系統要求，結合方艙設備布局進行選擇。

1）整體外置式：裝在方艙外部，不占用艙內空間，利用艙內風道把冷熱風沿艙頂四周均勻排放，符合人機環境，噪聲大。

2）整體頂置式：裝在方艙頂部，占用高度方向空間，噪聲大。

3）分體壁掛式：包括室內機和室外機，兩者之間通過液管、電纜連接。噪聲小，占用艙內空間，送風范圍小。方艙有電磁屏蔽要求時，需處理過線孔。

2.2 方艙的冷熱負荷

準確計算方艙的冷熱負荷是空調選型合適的前提。夏季冷負荷計算主要考慮人員舒適性，冬季熱負荷計算主要考慮設備低溫啟動要求。一般方艙夏季冷負荷可根據方艙尺寸預估，例如一個CAF40大板式方艙的冷負荷一般為8 159～9 602 W（按照方艙長4 m，寬 2.2 m，高2.2 m，傳熱系數 2 W/m2·℃考慮）[3]。

方艙的冷熱負荷計算可分為穩定傳熱法和不穩定傳熱法[4]。穩定傳熱法是假定溫度場不隨時間變化，溫度分布規律按直線變化。不穩定傳熱法考慮溫度場隨時間的變化以及熱量傳遞周期性波動等因素。相關文獻對計算過程有詳細介紹，本文僅針對穩定傳熱法介紹一些計算注意事項。

2.2.1 夏季

夏季晴天野外條件下，進入方艙的熱量主要包括：

（1）方艙內外溫差引起的傳導熱；

（2）艙體外表面吸收的太陽輻射熱；

（3）艙內電子設備無用功轉換的熱量；

（4）操作人員的散熱量；

（5）操作人員補充艙外新鮮空氣帶入的熱量。

建議在上述計算基礎上增加20%左右的富裕度，因為除了計算中的不確定因素外，還需要注意：空調制冷量一般指額定工況下的制冷量，高溫工況下的制冷量會降低。根據GJB1913A-2006《軍用空調設備通用規范》[5]，空調在高溫工況下的制冷量要求為不小于額定工況制冷量的70%.

2.2.2 冬季

冬季方艙熱負荷計算需考慮：

（1）方艙內外溫差引起的傳導熱；

（2）操作人員補充艙外新鮮空氣帶入的熱量；

（3）各種設備預熱消耗的熱量。

建議計算時對“各種設備預熱消耗的熱量”重點關注。空調低溫制熱性能的考核通常伴隨對制熱時間的考核，艙內的設備量（特別是金屬件）直接影響制熱時間的長短。計算艙內加熱時間是一個瞬態溫升問題。瞬態溫升的時間與加熱設備的功率、艙內各部件的位置、質量及艙內空氣比熱存在如下關系：

式中，P 為加熱設備功率（W）；t為加熱時間（s）；Cair為空氣比熱，（0～100℃）時取1 000 J/（kg·℃）；Mair為艙內空氣質量（kg）；ΔT為溫升（℃）；Ci為設備比熱，鋁合金取880 J/（kg·℃），鋼取480 J/（kg·℃）；Mi為艙內設備質量（kg）.

2.3 空調的使用環境

軍用空調的使用環境溫度一般為-45～55℃.結構上加固設計，抗振、抗沖擊；能承受頻率為5 Hz～200 Hz～5 Hz，負荷為2.5 g的掃描振動以及持續時間11 ms，峰值加速度15 g的沖擊；能在海拔4 550 m以下正常工作，能在經受6 mm/min，持續時間60 min的降雨環境后正常工作。下面以高溫工作工況為例，介紹使用環境對空調選型的影響。

2.3.1 環境試驗工況的一致性

根據GJB1913A-2006《軍用空調設備通用規范》，空調在高溫工作工況下對空氣溫度的要求是：室外側55℃，室內側40℃[5].當空調隨方艙一起進行高溫工作環境試驗時，整體放置于環境試驗箱內，空調的室外側和室內側溫度均為55℃.和空調單獨高溫工作相比，隨方艙一起進行高溫工作時的工況更嚴酷。設計人員在空調選型時，應識別兩種工況的差異，考慮一定設計余量。

2.3.2 環境試驗室的影響

根據GB/T10592-2008《高低溫試驗箱技術條件》，環境試驗箱的溫差為±2℃[6].系統高溫工作溫度

式中，Gv為空氣的體流量（m3/h）；Q為方艙夏季熱負荷（W）；Tv為艙內空氣平均溫度，Tv=（T1+T2）/2（℃）；T1為艙內空氣初始溫度（℃）；T2為艙內空氣目標溫度（℃）;Cp為特征溫度Tv時的空氣比熱，（J/（kg·℃））；γc為特征溫度Tv時的空氣密度（kg/m3）.

2.4.3 漏氣量

對于有大三防（核、生、化）要求的空調，選型時需關注空調的漏氣量指標。根據GJB1629-1993《軍事后勤裝備防核、生物、化學武器通用規范》，防護體在達到300 Pa超壓時，漏氣量不大于4.21 m3/h[9].方案設計時，應根據系統指標及方艙的具體情況（門、窗、孔口的大小和數量）確定空調的漏氣量指標。空調設計時，風道法蘭、水槽接縫、風機連接處及蒸發器側板都需要采取相應密封措施。為55℃，試驗箱中局部溫度可能達到57℃.如果空調的設計余量不夠，高溫工作工況下可能觸發空調壓縮機的熱保護，空調無法正常工作。此外，空調隨方艙一起進行環境試驗時，需盡量避免環境試驗室的出風口靠近空調室外側的出風口，這樣會引起空氣對流，影響空調散熱。

2.4 空調的性能指標

空調的性能指標除制冷/熱量外，還包括：制冷/熱消耗功率、風量、漏氣量、風壓、重量等。空調選型時，應根據系統具體要求，對相關指標進行核算。

2.4.1 制冷/熱消耗功率

根據GB/T7725-2004《房間空氣調節器》，空調的制冷/熱消耗功率指空調在額定工況和規定條件下進行制冷/熱運行時，所輸入的總功率[7]。空調的制冷消耗功率可查詢空調廠家的產品目錄，高溫下的制冷消耗功率大于常溫下的制冷消耗功率，采用電加熱的空調制熱消耗功率略高于制熱量。

2.4.2 循環風量

空調的循環風量指空調在通風門和排風門完全關閉，并在額定制冷運行條件下，單位時間內向密閉空間、房間或區域送入的風量。對于整體外置式空調，利用艙內風道把冷熱風沿艙頂四周均勻排放，為艙內提供合理的溫度場分布，滿足艙內冷熱空氣與空調的熱交換。空調的風量根據熱能守恒定律計算[8]。

3 結束語

隨著方艙技術的發展和現代化戰爭的需要，軍用空調在方艙上的使用越來越普遍。選型合適將使產品產生巨大的經濟效益。

[1]姚東松.方艙空調機的選用[J].計算機與網絡，2008（14）：55-57.

[2]金文麗，周愛民.機動式軍用空調選型方法研究[J].電子機械工程，2010（3）：9-11.

[3]合肥天鵝制冷科技有限公司.軍用空調優選目錄[Z].

[4]于戰果.軍用廂式車輛空調負荷計算方法研究[J].專用汽車，2001（2）：6-10.

[5]GJB1913A-2006.軍用空調設備通用規范[S].北京:總裝備部軍標出版發行部，2006.

[6]GB/T10592-2008.高低溫試驗箱技術條件[S].北京:中國標準出版社，2008.

[7]GB/T7725-2004.房間空氣調節器[S].北京:中國標準出版社，2004.

[8]靳曉麗.軍用空調通風系統的設計[J].電子機械工程，2009（5）：16-20.

[9]GJB1629-1993.軍事后勤裝備防核、生物、化學武器通用規范[S].北京:總裝備部軍標出版發行部，1993.

Attentions for Model Selection of Air Conditionerusing in Military Shelter

WEI Yong-liang，HU Xing-rong
（Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute，Shanghai 201109，China）

Air-conditioning is necessary for military shelter in order to obtain the environment in line with the technical and tactical indicators，and also for man-machine engineering.Several key issues in model selection of air conditioner are introduced in this paper，which could be used as reference for air conditioner using in military shelter.

air conditioner；model selection；military shelter

TB657.2

A

1672-545X（2017）09-0080-02

2017-06-04

魏勇亮（1981-），男，碩士，安徽蕪湖人，工程師，研究方向：雷達結構設計；胡興榮（1982-），男，本科，浙江諸暨人，工程師，研究方向：雷達結構設計。