淺談大型鐵路養護機械司機室空調功率校核計算

胡偉

摘 要

隨著大型養路機械的發展，各項標準不斷完善。根據GB/T 25336-2018（鐵路大型養路機械 檢查與試驗方法）中7.12（制冷和取暖效果檢查）和GB/T 25337-2018（鐵路大型養路機械 通用技術條件）中6.8（司機室）的要求可知，司機室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機室內溫度應能調節至16℃～28℃。而空調的功率大小是影響司機室內溫度調節的重要因素，因此根據司機室的大小不同，空調功率的選擇尤為重要。本文主要從滿足國家標準要求的臨界溫度計算司機室熱負荷來校核所選擇空調的功率是否符合要求。

關鍵詞

空調;熱負荷;導熱熱阻;傳熱系數

中圖分類號： U216.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.031

0 引言

司機室的制冷和取暖效果已經列入鐵路大型養路機械國標中，靠經驗選取制冷和取暖設備（空調）已經不能保證鐵路大型養路機械國標對司機室的制冷和取暖效果要求，文章通過分別計算司機室在制冷和制熱情況下司機室的總熱負荷，來判斷所選空調制冷和制熱功率是否滿足國標要求。

1 司機室情況說明

司機室外形如上圖所示：{1}司機室的表面積（除去門窗），其中一側側墻面積FCQ=2m2，前墻面積FQQ=3.8m2，后墻面積FHQ=3.4m2，頂棚面積FDR=4.8m2，地板面積FDB=3m2;{2}司機室車窗面積為Fcc=3m2，車門面積FCM=2.6m2;{3}骨架材質為20鋼，面板材質為SPCC，厚度2mm;{4}裝修使用1.5mm鋁板，墻體和頂棚裝修層厚40mm，填充KPB-3J隔熱棉，地板采用鋁蜂窩地板;{5}司機室乘員為2人，司機室布有電器柜、座椅、窗簾、滅火器，安全錘，衣帽鉤等部件;{6}司機室外表面平均噴涂厚度為0.2mm（包括膩子以及油漆）。

2 司機室空調制冷負荷計算

2.1 司機室空調制冷熱負荷分布

（1）司機室與外界熱傳遞的熱負荷。

（2）陽光輻射的熱負荷。

（3）人體散熱的熱負荷。

（4）設備散熱的熱負荷。

（5）新風帶入的熱負荷。

2.2 計算用數據

由機械手冊以及生產廠家實驗報告得到以下數據：

（1）20鋼以及SPCC材料的導熱率為：λ1=48W/m·K

（2）鋁材的導熱率為：λ2=238W/m·K

（3）空氣的導熱率為：λ3=0.027W/m·K

（4）KPB-3J隔熱棉的導熱率為：λ4=0.035W/m·K

（5）表面噴涂油漆厚度為0.2mm，導熱率λ5=0.23W/m·K

（6）鋁蜂窩地板的導熱率為：λ6=0.7W/m·K

（7）地板布的導熱率為：λ7=0.21W/m·K

（8）司機室內表面換熱系數：αN=8W/（m2·K）

（9）取車速ω=80km/h，外表面換熱系數：αW=9+3.5ω0.66= 72W/（m2·K）

2.3 司機室與外界熱傳遞的熱負荷計算

2.3.1 司機室頂棚及墻體傳熱系數

由設計圖紙可知，司機室頂棚和墻體骨架使用材料為：20鋼，40mm×2mm方管。假設骨架排布如下圖均布，接下來分二種情況來計算司機室頂棚及墻體的傳熱系數。

第一種情況是骨架處，結構如下圖所示：

在該結構內骨架處可分為兩部分傳熱：第一傳熱路徑為：外部-油漆-面板-管壁-兩側管壁-鋁板-司機室內。第二傳熱路徑為：外部-油漆-面板-管壁-空氣-管壁-鋁板-司機室內。在穩定傳熱的情況下，根據傅立葉定律。

2.5 人體散熱的熱負荷

查閱相關資料發現，司機室內溫度在24℃時，成年人的顯熱量為76.7W/人，潛熱量為39.5W/人。

由此可得在司機室內部有3名人員時，人體散熱的產生的熱負荷為：

Q3=116.2×3=0.35kW

2.6 設備散熱的熱負荷

司機室內電氣設備包括照明和其他用電設備。司控臺散熱功率約250W，照明及其他設備約300W，則設備散熱的總熱負荷：Q4=0.55kW

2.7 新風帶入的熱負荷

新鮮空氣量：每人30m3/h，空氣密度1.293kg/m3，則3人新風質量流量M=116.37kg/h。

取室外溫度to=50℃，濕度為40%，Ho=133.3kJ/kg。

取室內溫度ti=25℃，濕度為60%，Hi=55.6kJ/kg。

則新風帶入的熱負荷為：Q5=M×（Ho-Hi）/3600=2.51kW

由以上計算可得，室外環境溫度在50℃時，濕度為40%，室內溫度ti=25℃，濕度為60%，空調制冷負荷計算如下：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1857+1.232+0.35+0.55+2.51=6.49 9kW

司機室擬選用某空調，該空調額定制冷功率為6.9kW，制冷量6.9kW>6.499kW，因此該空調在高溫工作（≤50℃）不降功率的情況下，理論上能滿足司機室的制冷要求。

3 司機室空調制熱負荷校核

由于在外界寒冷司機室內需要制熱的情況下，陽光和設備以及人體散熱都是促進司機室內部環境溫度升高的有利因素，因此上面司機室制冷負荷的幾個分布中司機室構架與外界熱傳遞和新風帶入的熱負荷這兩項屬于制熱負荷，其余幾項均可計為司機室內所能提供的制熱的功率。

3.1 制熱負荷計算

3.1.1 司機室制熱負荷計算

3.1.3 總制熱負荷

P負=P1+P2=2.23+1.45=3.68kW

3.2 制熱功率計算

司機室內能提供制熱功率的有：空調制熱功率（所選空調額定制熱功率為4.8kW）以及設備和人體散熱功率（在無陽光照射的情況下），因此制熱功率計算如下

P=P空+Q3+Q4=4.8+0.35+0.55=5.7kW

由于5.7kW>3.68kW，因此所選空調能滿足司機室在低溫度環境下（≥-5℃）的制熱要求。

4 總結

綜上所述，通過計算確定所選空調能滿足國標對司機室內制冷、取暖設備的要求，可以使用。

后經檢驗檢測，該司機室滿足GB/T 25336-2018（鐵路大型養路機械 ?檢查與試驗方法）中7.12（制冷和取暖效果檢查）和GB/T 25337-2018（鐵路大型養路機械 ?通用技術條件）中6.8（司機室）的要求，即司機室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機室內溫度應能調節至16℃～28℃。