名义工况下汽车空调系统负荷分析
摘 要：汽车空调系统需要以车厢内或者驾驶室内空气的不断变化（温度、湿度、清洁度、流速等方面）来进行调节，使车内环境控制在使驾驶员及乘客舒适的范围内。因为汽车内空间相对狭小，热工性差且周围环境不断变化，所以汽车空调系统是最复杂的空调系统之一，现阶段已经成为衡量汽车品质的一项重要指标。我国现行标准为GB/T 21361—2008《汽车用空调器》和系列行业标准。
关键词：汽车空调；冷负荷；名义工况
中图分类号：TU83 文献标识码：A
夏天是对汽车空调冷负荷要求最高的时候，不仅要克服自身及环境的热量，还要短时间内尽快降温达到外高内低的效果，以满足驾驶需求。在所有的热源中，太阳辐射热和玻璃渗入热起主要作用。而且车身及车门的玻璃，是汽车热工性最差的部分，太阳辐射由直射和散射构成，车身表面由于太阳光辐射而提高温度，同时反射辐射热；太阳光辐射通过车身玻璃窗时，一部分会被玻璃吸收，使玻璃本身的温度上升，然后由于温差效应热量会被导入车内，另外很大部分的热量将通过玻璃直接投射到车内，玻璃的渗入热量是由温差传热和辐射传热两部分组成。同时由于通风要求及密封的泄露，热空气会通过开关车门及地板和门窗的缝隙进入车内，增加冷负荷；工作中的发动机也会产生很多热量；乘员会产生并散发热量；车厢及行李厢地板、车顶、空调运行产生的热量都会增加车内空调系统冷负荷。冷负荷指的是，为了维持车内温度所应向车内提供的冷量。冷负荷是针对夏季空调系统设计的主要参数，是确定空调送风量及空调容量的基础。可以通过计算获得冷负荷的大小，但是由于环境比较复杂，所以也要以一定的经验值做参考。有两种方法选定参考标准：1. 可以参考同类型、同地域、乘员数相同的汽车作参考；2. 可以参考同类型汽车空调最初设计时选定的大的范围，然后根据人体工程学原理，将舒适性主观评价数据转化为客观数据，以舒适性为目标，确定设计参数。
人体依靠不断的补充及排出热量维持自身能量的平衡。一旦这个平衡遭到破坏， 即体温出现明显的升降趋势时， 人就会感到不舒服，觉得热或冷. 人体热平衡可表示为： Qa-Qb= Qch + Qd + Qf + Qz，其中， Qa： 人体通过摄取食物获得的热量 Qb ： 人体活动消耗的热量 Qch：人体储存的热量. 在正常的情况下， Qch 应为零； 当Qch > 0时， 体温上升， 人体有热感； 而当Qch < 0时， 体温下降， 人体有冷感. Qd： 身体散发的热量， 取决于周围空气中温度的高低，人体体温高于周围温度时， 人体散热，则Qd >0， 反之， Qd <0. Qz： 由于体液蒸发（汗液、泪液等）带走的热量. Qf： 人体与周围物体间辐射换热量，Qf 正负不定. 强度由周围物体表面温度决定. 其他条件相同时， 周围物体表面温度越高，人体就觉得越热；表面温度越低，人体就觉得越冷。总体来看， 人体舒适感与下列因素有关： （1）车内温度，夏季人体感觉舒适的温度24℃-26℃，超过28℃人体由舒适转为不舒适； 车内外温度超过7℃以上也会让人感觉不适，对健康不利；（2）车内空气相对湿度，较理想的范围是50%-70%；（3）人体附近的空气流速，0.2-0.3m/s为宜，不适宜的空气流速会使人呼吸不畅同时过快的空气流速会增加人体热量损失；（4）周围物体表面温度。由此可知，汽车空调制冷的主要目的是保证车内空气始终处于合适的温度范围以内，而为了维持这个温度空调需要产生的制冷量即是空调的冷负荷。所以在进行汽车空调器匹配设计时车内人员的舒适程度是空调参数匹配的重要依据。
我国现行空调标准GB/T 21361-2008《汽车用空调器》明确规定，空调器实测制冷量不应小于名义制冷量的95%，空调器的能效比实测值不应小于明示值的95%（能效比定义为在规定的制冷能力试验条件下，空调器制冷量与压缩机驱动功率之比）。那么，汽车空调器的名义制冷量的确定就显得尤为重要了。空调实测制冷量为：qtci=Qmi（ha1-ha2）/[vn（1+Wn）]。其中，qtc即为空调的实测制冷量，Qmi为名义工况下的送风量；ha1：进入蒸发器侧空气的焓；ha2：离开蒸发器侧空气的焓；vn：喷嘴处空气的比体积；Wn：喷嘴处空气的含湿量。
结语
在汽车空调器的匹配设计工作中，我们既要考虑太阳辐射热、玻璃透射热。发动机通过前围传热等热量来源，还要考虑驾驶员和车辆乘员的身体感受，从而提高人员舒适度。只有综合考虑各种因素得到的名义制冷量才是科学合理的，同时也为后续出风量设计计算和能效比计算奠定基础。
参考文献
[1]GB/T 21361—2008，汽车用空调器[S].
[2]QC/T 656—2000，汽车空调制冷装置性能要求[S].
[3]QC/T 660—2000，汽车空调（HFC—134a）用压缩机试验方法[S].
[4]QC/T 663—2000，汽车空调（HFC—134a）用热力膨胀阀[S].