某型有軌電車空調系統制冷量計算

張亞

摘 要： 針對某型有軌電車的運行環境及其整車結構特點進行了分析，確定了空調系統制冷量計算的主要技術參數，根據空調系統的性能要求，對空調系統的制冷容量進行了計算，確定了空調機組的制冷量。

關鍵詞： 有軌電車；空調系統；制冷量

1 概況

1.1線路基本情況

某型有軌電車項目規劃線路全長約7.6km，共設站9座。初期有軌電車客運量預測為3.7萬人次，客流出近期會有較大的增速，近遠期會逐步放緩，最終趨于穩定。

1.2空調系統的制冷性能要求

根據某型有軌電車的設計要求，車輛在夏季室外溫度為35℃，濕度為61%時，可以保證客室及司機室車內溫度為27℃，濕度為40～65%。根據列車載客人數，整列車所需新風量不少于3120 m3/h。

2 車輛結構形式

某型有軌電車為100%低地板有軌電車車輛，采用五輛編組模式，兩端為帶司機室的動力車，中間為無動力的拖車，動力車與拖車中間為懸浮車。

3 制冷量計算

有軌電車的熱負荷主要有：車體傳熱、太陽輻射熱、旅客散發的顯熱量、旅客散發的潛熱量、車內機電設備及照明設備的散熱量、新風熱負荷。空調系統所需要的制冷量為以上熱負荷之和。

3.1 車體傳熱

車體表面會與外界環境進行熱交換，車體不同部分的傳熱系數不同。車體傳熱的計算公式為：

Q1=KF*Δt

公式中：

K — 傳熱系數，W/（m2·k）；

F — 車體傳熱面積，m2；

Δt — 車內外溫差，℃

根據空調系統的制冷性能要求，車內外溫差為：

Δt=35-27=8℃

根據某型有軌電車的初步方案，得出車體各部分的面積及傳熱系數為下表所示：

計算得：

F=288m2

K=2W/（m2·k）

車體傳熱為：

Q1 =4605

3.2 太陽輻射熱

太陽輻射熱為太陽照射車輛并傳遞到車內的熱量，根據某型有軌電車的結構特點，太陽輻射強度按照下式來計算：

Q=KCDFCDεCDJCD/αw+KCQFCQεCQJCQ/αw+KDBFDBεDBJDB/αw+DσFCCJCQ +KCMFCMεCM JCQ/αw

式中：

KCD、KCQ、KDB、KCM—車頂、側墻、地板、車門的傳熱系數，W/（m2·k）；

FCD、FCQ、FDB、FCC、FCM—車頂、一側側墻、地板、一側車窗和一側車門的傳熱面積，m2；

εCD、εCQ、εDB、εCM—車頂、側墻、地板和車門的陽光吸收系數；

JCD、JCQ、JDB—車頂、兩側側墻、地板外表面上的太陽輻射強度， W/m2；

D — 玻璃透光系數；

σ—遮光系數；

αw—外表面傳熱系數

車頂、側墻、地板的傳熱系數和車頂、側墻、地板和車窗玻璃的傳熱面積見表1。

根據TB 1951《客車空調設計參數》，取εCD=0.7，εCQ=0.5，εCM=0.7，εDB=0.5。

玻璃透光系數，雙層玻璃 D=0.55，車窗遮光系數無窗簾為σ=1，車輛靜止時，外表面換熱系數αw為16 W/ m2·k

根據常州地區的太陽輻射數據，進行太陽輻射熱計算，得出太陽輻射出現在車輛南北方向運行時的9時或15時最大，取最大值作為太陽輻射熱計算值：

Q2=14267W。

3.3 旅客的潛熱量和散濕量

根據某型有軌電車設計要求，額定載客人數為300人。根據TB 1951《客車空調設計參數》，在室溫27℃時，每個成年男子散發的顯熱量為64W，潛熱量為52.3W，散濕量為76g/h，群集系數為0.955。

根據以上參數進行計算：

旅客散發的顯熱量：Q3 =18397W

旅客散發的潛熱量：Q4 =14984W

3.4 車內機電設備、照明器具等的散熱量

車內電機和照明器具等在工作過程中會散發一定的熱量，根據估算，全車所有設備散熱約為Q5=2000W

3.5 新風熱負荷

空調系統在工作過程中會不斷從車外獲取新風，新風會給車內帶來大量的熱負荷，新風熱負荷按下述公式計算：

Q6=mw（Iw-In）*1000

式中：

mw — 新風中干空氣質量流量，kg/s；

Iw — 室外空氣焓值，kJ/kg干；

In — 室內空氣焓值，kJ/kg干。

mw =Vw·ρw/（1+dw/1000）

式中：

Vw — 新風流量，Vw =3060m3/h；

dw —室外空氣含濕量，g/kg干；

ρw — 空氣密度，kg/m3。

當溫度為35℃，相對濕度為61%時，查資料得：

ρw=1.131kg/m3，dw=21.81g/kg干，則mw=0.941kg/s。

根據濕空氣焓濕圖得，Iw=91.18kJ/kg干。

當溫度為27℃，相對濕度為65%時，查濕空氣焓濕圖得：

In=64.32kJ/kg干，dn=14.57g/kg干。

代入數據計算新風熱負荷得：

Q6=25270W

3.6 空調裝置制冷量

空調裝置制冷量Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6=79462kW

4.結論

根據計算結果，某型有軌電車在滿足空調系統性能要求的前提下，整車總制冷量需求為80kw，需要安裝兩臺制冷量為40kW的機組。

參考文獻

[1]周祿. 廣州地鐵 4 號線和 5 號線空調制冷等級調節分析[J]. 機車電傳動， 2011 （6）： 64-65.

[2]申福林， 馮還紅. 客車空調制冷負荷的非穩態計算方法[J]. 長安大學學報： 自然科學版， 2005， 25（3）： 73-76.

[3]鄭淳允. 汽車空調制冷量的計算方法[J]. 汽車研究與開發， 2003 （1）： 31-33.

[4]王忠芳. 上海軌道交通明珠線車輛空調制冷量的初步計算和分析[J]. 城市軌道交通研究， 1998 （2）： 37-42.

[5]王文質， 李勇， 康偉， 等. 城市軌道車輛空調系統[J]. 城市軌道交通研究， 2003， 6（2）： 60-65.