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客车空调与车身附ｌ：ｔ－ · １３７ · 基于ＶＢ程序的客车空调系统制冷量计算方法 徐茂林，贺 新，童朝阳 （东风汽车有限公司商用车技术中心，湖北武汉４３００５６） 〔摘要〕针对目前客车车身热负荷手工计算时公式繁琐、参数庞杂、
工作量大的问题，通过总结归纳以往各种客 车空调匹配设计的经验，结合客车车身热负荷构成的特点，开发了。
基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序。
，建立了 基于ＶＢ程序的客车空调系统制冷量计算方法。
使用该方法能迅速准确地求解客车车身理论热负荷，为空调制冷 量的确定提供理论依据。
〔关键词〕客车空调；设计；制冷墨计算；ＶＢ程序；热负荷Ｏ 引言 在客车空调系统匹配设计中，制冷量是最重要的参数。
确定制冷量有两个依据值，通常根据其中的较大值进行匹配设计。
一是《营运客车类型划分及等级评定》（以下简称“营运等级”）要求的制冷量，即根据营运等级相关条款的要求进行计算得出：总制冷量一乘员数ｘ不同等级营运客车人均制冷量；二是根据热负荷理论计算得出客车车身热负荷，再对其进行修正得出的制冷量。
手工计算热负荷公式繁琐，参数庞杂，工作量很大，不利于客车产品迅速适应市场的开发。
而传统的客车空调制冷量的计算仅按照营运等级要求进行粗略估算。
因此，要提高客车整车空调设计开发性能，就必须要有精确设计计算，不能简单按照营运等级要求的制冷量进行空调匹配。
随着客车工业的发展和生活水平的提高，人们对乘坐舒适性的要求愈来愈高，客车空调的需求量明显增加。
设计时如果不进行客车热负荷计算就难以准确定义空调制冷量，结果很可能会出现两种
问题：一是制冷量不足，车内制冷效果不好，乘客舒适性欠佳；－－是制冷量过大，此时虽然车内制冷效果很好，满足乘员乘坐舒适性，但使开发的客车成本增加，同时不利于节能降耗，燃油经济性不好。
所以，必须通过改善客车空调匹配设计的传统
设计方法，实现客车空调的精益设计，在高性价比的前提下取得较好的制冷效果，从而提升客车产品的竞争力。
要实现客车空调
系统的精益设计，提高设计质量，必须进行热负荷理论计算。
为了简化计算过程、缩短设计周期，并保证计算精度，开发客车车身热负荷计算程序迫在眉睫。
鉴于ＶＢ具有开发图形用户界面（ＧＵＩ）优越，使用性及可读性强的特点，笔者采用ＶＢ
软件，并通过客车车身热负荷理论计算方法开发了“基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序”。
该程序是在总结归纳以往各种客车空调设计经验的基础上完成的，具有很好的实用性和通用性。
本文介绍了客车车身热负荷计算方法及主要程序的开发，并以某客车为例，使用该程序进行了车身热负荷计算，根据计算结果，对比营运等级要求，确定了客车空调系统制冷量。
１ 营运等级要求的空调制冷量确定 ＪＴ／Ｔ ３２５（（营运客车类型划分及等级评定》推荐的制冷量计算公式 Ｑｃ—Ｐ×ｑｃ （１）式中：Ｑｃ为营运等级要求制冷量，ｗ；Ｐ为乘员人数；ｑ。
为营运等级要求人均制冷量，ｗ。
〔作者简介〕徐茂林（１９６８～），男，研究员级高级工程师，从事客车产品开发，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｒｎｌ＠ｄｆｌ．ＣＯｆｆｔ．ｃｎ。
· １３８· 中国客车行业发展论坛２０１０年中国客车学术年会
论文集２ 客车车身热负荷的构成及计算方法２．１计算工况 室外干球温度：ｔ。
一３５℃；室内干球温度：ｔ；一２７℃；发动机舱温度：ｔｈ＝８０℃；客车
经济车速：％一８０ｋｉｎ／ｈ（
程序默认８０，输人参数时可根据整车情况进行修改）；室内平均风速：”Ｕｉ一３ ｍ／ｓ。
２．２ 车身热负荷构成 客车车身热负荷主要由以下６部分组成，即 Ｑ下一Ｑ＋Ｑ＋Ｑ＋Ｑ＋Ｑ＋Ｑ （２）式中－Ｑｒ为客车总热负荷，ｗ；Ｑ为车身结构太阳辐射得热量，ｗ；Ｑ为车窗玻璃渗入热量，Ｗ；Ｑ为发动机舱的热量，ｗ；Ｑ。
为人体散热量，ｗ；Ｑ为新风热量，ｗ；Ｑ为蒸发风机热量，ｗ。
理论计算得出的客车空调制冷量 ＱＡ—ｋ×Ｑ７’ （３）式中：Ｑ为客车空调实际选用制冷量，Ｗ；ｋ为修正系数，范围为１．０５～１．１５，此处取１．０５。
２．３车身结构太阳辐射得热量ｇ 客车车身结构的太阳辐射得热量主要由顶盖、前围、后围、侧围、地板５个部分得热量组成，即 Ｑ—Ｑ＋Ｑ，＋Ｑ；＋Ｑ＋Ｑ。
（４）式中：Ｑｆ为顶盖得热量，Ｗ；Ｑ，为前围得热量，Ｗ；Ｑｒ为后围得热量，Ｗ；Ｑ为侧围得热量，Ｗ；Ｑ为地板得热量，Ｗ。
随着车身各部位外表面的温度升高（高于周围大气温度），一部分热量因对流换热而散失到大气中，余下部分则因温差传热进入车内。
因此，车身结构各部位的太阳辐射得热量用下列公式计算 Ｑ—ＡＥＪ—Ａａ。
（ｔｂｗ—ｔ。
）一ＡＫ。
（￡劬一ｔｉ） （５）式中：Ｑ为各部位的太阳辐射及照射得热量，Ｗ；Ａ为各部位的外表面面积，ｍ２；￡为各部位的外表面吸收系数，取￡一０．９７；ｊ为各部位的太阳辐射强度，ｗ／ｍ２；口。
为车身外表面与室外空气的对流换热系数，ｗ／（ｍ２·℃）；‰为各部位的外表面综合温度，℃；Ｋ。
为各部位对车室内的传热系数，ｗ／（ｍ２·℃）；ｔ。
为室外干球温度，℃；ｔｉ室内干球温度，℃。
在式（５）中，各部位的外表面综合温度‰可用下式求得 ‰＝岳＋亟訾 。
” ”７ （６） Ｋ一蕊１ ａｏ＋Ｋ。
’ ａ。
＋Ｋ。
客车车身结构一般由外板、隔热层、内饰板组成，各部位对车室内的传热系数Ｋ，可用下式计算 （７） 口ｏ——＾ｉ 口ｉ式中：菇为车身结构各部分材料厚度，ｍｍ；５ｔｉ为车身结构各部分材料导热系数，ｗ／（ｍ２·℃）四为车身内表面与室内空气的对流换热系数，ｗ／（ｍｚ·℃）。
客车车身常用材料导热系数见表１。
由于车身结构中有骨架，且骨架和外板通过焊接连接。
根据车身热桥传热的相关理论，在骨架焊接的部位有“热桥”存在，热传导系数更大。
为简化计算，结合以往经验，取实际传热系数 Ｋｏ一２Ｋ， （８） 车身内外表面与空气的对流换热系数按下式近似计算 口一１．１６３（４＋１２石） （９）式中：可为车身表面的气流速度，ｍ／ｓ。
将％一８０ ｋｍ／ｈ，ｖｉ一３ ｍ／ｓ带入式（９）计算可得 口。
一６１ Ｗ／（ｍ２·℃） 口ｉ一２９ Ｗ／（ｍ２·℃） 车身外表面所接受的太阳辐射包括太阳直射辐射和太阳散射辐射两部分，顶盖受太阳直射强度最大，前围、后围、侧围基本一致，而地板则仅受太阳散射辐射。
具体按表２取值。
客车空调与车身附件 · １３９ · 表１客车车身常用材料导热系数 序号 客车车身
常用材料 导热系数／（Ｗ／（ｍ２·Ｋ）） 序号 客车车身常用材料 导热系数／（ｗ／（ｍ２·Ｋ）） １ 钢板 ３８４．３９ １０ 玻璃钢 ０．２３ ２ 铝板 ２１０．５５ １１ 地垫（ＰＶＣ＋ＤＯＰ） ０．１ ３ 聚氨酯泡沫 ０．０２６ １２ ＰＶＣ ０．１４ ４ ＰＵＦ复合板 ０．０１７ １３ 隔热降噪材料（玻璃纤维） ０．２２６ ５ 沥青片材 ０．６９９ １４ 棉纤维毡 ０．２２６ ６ 木地板 ０．２５ １５ 海绵 ０．１ ７ 竹胶板 ０．２５ １６ 钢化玻璃 Ｏ．７７ ８ 三合板 ０．２５ １７ 玻璃夹层（ＰＶＢ） Ｏ．２１２ ９ 五合板 ０．２５２．４车窗玻璃渗入热量级 表２ 车身结构各部位的总辐射强度 车窗玻璃渗入的热量由温差传热和辐射热两部 车身部位 总辐射强度／（Ｗ／ｍ２）分组成，即 顶盖（，１） ８４０ Ｑ—Ｑ，＋Ｑ， （１０） 前围、后围、侧围（１２） ４４０式中：Ｑ。
为车窗玻璃温差传热得热量，Ｗ；Ｑ为车窗 地板（１３） ４０玻璃辐射得热量，Ｗ。
２．４．１ 车窗玻璃温差传热得热量计算 Ｑ群一ＡＥＩ—Ａａ。
（￡删一ｔｏ）一ＡＫｇ（‰一ｔ１） （１１）式中：Ａ为车窗玻璃面积，ｍ２；Ｊ为太阳辐射强度，取Ｊ—１２—４４０ ｗ／ｍ２；‰为玻璃外表面综合温度，℃；Ｋ。
为玻璃对室内的传热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）。
‰一喜＋盟挚 玻璃外表面综合温度‰可用下式求得 ‘印 …７ （１２） 口。
＋Ｋｇ。
ａ。
＋Ｋｇ Ｋｇ一丁天缸（１３） 客车的车窗玻璃有单层、多层和夹层３种，车窗玻璃对室内的传热系数Ｋ。
由下式求得 云’厶Ａｉ ｌ口ｉ式中：＆为玻璃各部分材料厚度，ｍｍ；Ａｉ为玻璃各部分材料导热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）。
２．４．２ 车窗玻璃辐射传热得热量计算 Ｑ，一ＡｒＪ（１一ｙ） （１４）式中：Ａ为玻璃窗面积，ｍ２；ｒ为玻璃透射率，ｒ一０．８５；，为太阳辐射强度，取ｊ—Ｊ２＝４４０ Ｗ／ｍ２；ｙ为窗帘反射系数，侧窗、后风窗有窗帘取），一０．４，前风窗无窗帘取ｙ一０。
２．５发动机舱得热量ＱＩｌ 由于发动机舱温度较高，发动机舱内外表面综合温度与发动机舱内温度近似，因此发动机舱的热量只需采用温差传热近似计算即可。
Ｑ—ＡＫ＾（靠一ｔｉ） （１５）式中：Ａ为发动机舱面积，ｍ２；Ｋ。
为发动机舱对室内的传热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）。
发动机舱一般要进行隔热降噪处理，传热系数Ｋ一由下式求得 Ｋｈ—ｒ夭缸 夏。
Ｉ厶Ａｉ ｌ口ｆ ｑ６）式中：＆为发动机舱各部分材料厚度，ｍｍ；ｌｉ为发动机舱各部分材料导热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）。
·１４０· 中国客车行业发展论坛２０１０年中国客车学术年会
论文集２．６人体散热量Ｑ。
车内乘员的人体散热量按下式计算 Ｑ。
一Ｑ＋ｑ Ｘ（户一１）Ｘ Ｐ７ （１７）式中：Ｑ为驾驶员人体散热量，取１７５Ｗ；ｑ为男性成人乘员每小时发热量，室内为２７℃时取１０８ Ｗ；Ｐ为乘员人数；Ｐ７为群居系数，取０．８９。
２．７新风热量Ｇ 根据营运等级要求，人均换气量按ｑ。
一２５ ＩＴｌ３／ｈ计算。
取环境空气湿度５０％，此时空气密度：ｐ一１．１５ｋｇ／ｍ３。
查湿空气焓一湿图得：室外空气３５℃时对应焓值ｈ。
＝８０ ｋＪ／ｋｇ，室内空气２７℃时对应焓值ｈｉ一５５ｋＪ／ｋｇ。
则 Ｑ，一Ｐ Ｘ吼Ｘ Ｐ Ｘ（＾。
一ｈｆ）／３．６ （１８）２．８蒸发风机热量Ｑ 蒸发风机热量直接随冷空气进入风道，其热量大小通过风机机械效率计算得到 Ｑ—ＵＪ。
（１００％一绣） （１９）式中：Ｕ为蒸发风机电压，Ｖ；Ｉ，为蒸发风机电流，Ａ；琅为蒸发风机机械效率，％。
３ 编制基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序 客车空调制冷量计算主要考虑两方面因素，一是根据客车各自等级定义满足《营运客车类型划分及等级评定》的对应要求，另外还要满足客车车身自身热负荷的需要。
满足不了前者，达不到营运等级的要求；满足不了后者，制冷效果不好，得不到用户的认可。
因此，在二者中取较大值作为空调标准制冷量。
编制“基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序”时就考虑了营运等级及车身热负荷两方面的因素。
程序由ＶＢ运行界面、参数输入、参数输出三部分组成，参数输入包括整车工况、等级要求制冷量、车身结构参数、空调蒸发风机参数等；参数输出包括等级要求制冷量、热负荷计算所需制冷量以及车身各部分热负荷。
该程序具有以下特点： （１）通用性好。
车身结构参数输入时充分考虑了不同车型结构差异时的程序使用，采用结构层数的设定方法来实现不同结构的参数输入。
目前，可基本满足全系列客车使用。
（２）可修改性强。
每个参数均可独立修改后反复进行计算，直到满足要求为止。
（３）可读性好。
层次清晰，内容明了，不同设计师均可轻松掌握其使用方法。
（４）可进行升级。
通过修改子项目内容进行升级即可满足未来客车车身结构变化的需要。
４计算实例 利用ＶＢ程序计算某客车热负荷时，可直接运行“基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序”，通过输入或修改某客车相关参数，如工况、车身各部分面积、结构层数、结构参数等，即可得出计算结果。
（１）调用基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序。
（２）输人某客车计算所需参数，如图１所示。
（３）计算得出某客车所需制冷量，如图２所示。
计算结果显示，车身热负荷计算得出的制冷量Ｑａ一１５ ４９２ Ｗ，大于营运等级要求的制冷量Ｑ。
一１４ ５００Ｗ，取其中较大值Ｑ＝１５ ４９２ Ｗ≈１５．５ ｋＷ作为制冷量要求进行某客车空调系统匹配设计，能够取得经济舒适的制冷效果。
５结语 通过总结归纳以往各种客车空调匹配设计的经验，结合客车车身热负荷构成的特点，开发了“基于ＶＢ的客车车身热负荷计算程序”，建立了基于ＶＢ程序的客车空调系统制冷量计算方法。
使用该程序能迅速准确地求解客车车身理论热负荷，为客车空调制冷量的确定提供理论依据，且具有很好的实用性与通用性。
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2013-10-19
