60第一章 汽车空调概述

1汽车空调2第一章汽车空调概述§1-1空气调节基础§1-2车室内外计算参数的确定§1-3车室内热湿负荷计算§1-4车室的隔热保温3§1-1空气调节基础汽车空调的任务：在车室内创造一个舒适的热环境，这里所说的舒适热环境包括车室内空气的温度、湿度、气流速度、洁净度和新鲜度。汽车空调的对象：空气了解空气的物理性能和对空气的处理过程是实现空调任务的基础；热湿负荷的计算是正确设计和选择空调系统的依据，也是改善结构的途径。一、湿空气的概念1.空气的组成按体积计算N2：78%O2：21%惰性气体：1%水蒸气仅占：x‰42.干空气空气中除去水蒸气以外的气体混合物称为干空气。3.湿空气含水蒸气的空气为湿空气。即湿空气=干空气+水蒸气。二、湿空气的状态参数1.空气的湿状态可用物理量表征、描述温度T、压力P、比容V、密度P，若已知其中两参数则状态确定，它们服从理想气体状态方程：PV=RTP/ρ=RTR—气体常数干空气Rg=287J/（kg·k）水蒸气Rs=461J/（kg·k）2.温度温度是表示物体冷热程度的物理量。依分子论的观点，温度反映物质分子热运动的剧烈程度及分子热运动平均速度的大小。绝对温标：K分子运动停止时的最低温度，该温度为绝对零度。T（k）=t（℃）+273.155显热：热量的变化表现为温度的变化。潜热：热量的变化表现为物质状态的变化。3.大气压力地球表面上的空气层的重量对单位面积上的力。纬度45º的海洋面上的平均大气压力为1个标准大气压。4.含湿量湿空气由干空气和水蒸气组成。在湿空气中与1kg干空气同时并存的水蒸气的含量称为含湿量。利用湿空气中的干空气在状态变化过程中其重量基本不变的特点来表示湿空气的湿度：PgV=GgRgTPsV=GsRsT将B=Pg+Ps代入得：d=Gs∕Gg=（1000PsV∕RsT）∕（PgV∕RgT）=622Ps∕（B-Ps）即d=0.622Pq∕Pg式中B可视为定值d=f（Ps），Ps↑，则d↑（d仅表示含量）65.相对湿度φ在一定的温度下，饱和空气中的水蒸气量已达到最大限度，这时空气所具有的含湿量称为该温度下湿空气的饱和含湿量。相对湿度φ：空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比，即φ=（pq∕pq٫b）×100%（2-44）干空气φ=0饱和空气φ=100%例：已知湿空气中水蒸气的分压力Ps=22.5mm-Hg，夏天气温为30℃，大气压力760mmHg和水蒸气压力Pb٫s=31.83mm-Hg求d，φ。解：d=622Ps∕（B-Ps）Ps=（760-22.5）∕（622×22.5）=18.976g∕kg干空气φ=（Ps∕Pb٫s）×100%77.比容ひ、密度ρひ=1∕ρひ—单位质量空气所含有的密度；ρ—单位体积中所含有空气质量。湿空气密度由干空气和水蒸气组成，并占有相同的容积和温度。ρ=ρg+ρs8.露点温度湿空气在含湿量不变的情况下，冷却↓φ=100%所对应的温度。例：结露、结霜。饱和与温度有关：当d不变，t↑时：饱和→未饱和空气当d不变，t↓时：未饱和→饱和空气当d变化时：露点温度也随之变化89.干球温度、湿球温度干球→大气温度。湿球→包有湿纱布的温度计测得的温度。含义：用于说明空气的状态，表征湿空气吸收水蒸气的能力。φ=100%tg=tsφ＜100%φ↓，吸收↑，蒸发↑，tg＞ts9四、确定空气状态变化的方式1.湿空气的焓湿图h—d构成h—d是针对某特定大气压力B绘制的。纵坐标—h，横坐标—d，α=135º参变量：t—温度φ—相对湿度h—d上的每一点代表湿空气的一个状态；每一条线代表湿空气的状态变化过程。四组线簇：⑴等含湿量线d为竖线；⑵等温线t为倾斜直线，t=０℃时为水平线；⑶等焓线h为水平线与d平行；⑷等相湿度线φ为曲线；线上为未饱和区线下为过饱和区φ=100%的曲线将图分为两个区：102.湿空气状态变化过程的热湿比湿空气状态变化前后的焓差与含湿量差之比，称为热湿比。ε=∆h∕∆dε表示了空气状态变化的方向和特征。一般给出的是一个大气压下的h-d图，若当地气压在760~720mm-Hg时，误差＜２%。A点为空气原始状态，总干空气质量为G（kg），当加入热量Q（kJ），加入水蒸汽量W（kg）后，空气状态就变到B点。连接A、B，则线段AB就表示空气从A到B的状态变化过程。在该过程中，空气的比焓值、含湿量都发生了变化。GQhhhAB11例1：已知空气温度t1=20℃，相对湿度φ1=60%，试用h—d图求出h1、d1。解：查t=20℃等温线，φ=60%的等φ线；由图可读：h1=10.2kJ∕kg干空气d1=8.8g∕kg干空气例2：已知大气压力101.325KPa，t=26℃，φ=55%。求d、h。解：选B=101.325KPa时的h—d图；画出t=26℃等温线，φ=55%等φ线，求交点A；查表读出：dA=0.01156kg∕kg干空气=11.56g∕kg干空气hA=55.58kJ∕kg干空气P（水分压力）=1848.32Pa=1.848kPaPb٫s=3360.58kPa=3.36kPa3.湿空气含湿图的应用h—d12求露点温度例3：h—d图上的A点，做等含湿量冷却，直到与φ=100%相交，即得tL。例4：条件同例1，t=20℃，φ=60%，求tL。解：A点t下降（在等d条件下）至φ=100%得交点B；tB对应的温度为tL，查表：tL=12℃求处理后空气状态例5：将t1=30℃及φ1=70%的空气送入除湿机中除湿，除湿后空气温度下降至t2=10℃，然后再加热t3=20℃，试计算110g干空气在降温机中除掉的水分和最后得到空气的相对湿度。解：由t1=30℃，φ1=70%得点1，查表：d1=18.98g∕kg干空气h1=17.6kJ∕kg干空气13通过点1，沿等湿线d与φ=100%线相交，并沿此线与t2=10℃交于点2，读点2处的d2=7.6g∕kg干空气、h2=7.0kJ∕kg干空气；通过点2，沿等湿线d与t=20℃交于3点，读点3处的d3=d2，h3=9.4kJ∕kg干空气。除湿机中除掉的水分：△d=d1-d2=18.9-9.6=11.3g∕kg干空气处理后的空气：h3=9.4kJ∕kg干空气，φ3=52.5%例514例6：已知tg=28℃，ts=24℃，求φ。方法一由ts=24℃等温线与φ=100%饱和线交点1，得出焓值h=72kJ∕kg；再沿等h线与tg=28℃等温线相交点2，读点2处φ=72%。方法二查表由湿球温度线与干球温度线交点处读出对应的φ值。15⑴一种空气状态一般只要将过程的初始状态点和终了状态点用直线连接。例：A—B等湿冷却蒸发器表面不凝露A—D等湿加温A—C降温除湿蒸发器表面凝露⑵两种不同状态空气混合（如车室内回风与车室外进风）设两种状态空气的质量、焓、含湿量分别为：GA、hA、dAGB、hB、dB4、空气状态变化过程的表示方法16混合后质量为（GA+GB），焓hm，含湿量dm根据热湿平衡原理有：GAhA+GBhB=（GA+GB）hm⑴GAdA+GBdB=（GA+GB）dm⑵⑴变形GA∕GB=（hm-hB）∕（hA-hm）⑵变形同理GA∕GB=（dm-dB）∕（dA-dm）即GA∕GB=（hm-hB）∕（hA-hm）=（dm-dB）∕（dA-dm）是一条直线方程。A，B两点连线，混合后空气状态M点必落在此线上，M点位置决定于GA∕GB，即A∶MB=GB∶GA。M靠近质量多的一处。175．汽车空调常见的几种状态变化过程(1)等湿加热过程在汽车空调中，常常要对空气进行等湿加热处理。空气通过加热器时获得了热量，提高了温度，但其d并没有变化，过程线如A→B所示，垂直向上。其特点是Δｈ＞0，Δd=0，ε=+∞，而φ是逐渐减小的。（2）等湿冷却过程汽车空调中常将空气在含湿量不变的情况下冷却，其比焓值相应减少，过程变化为等湿减焓降温，A→C所示，方向线垂直向下，其特点是Δｈ＜0，Δd=0，ε=-∞，而φ是逐渐增加的。18（3）减湿冷却过程用表面式空气冷却盘管冷却空气时，若盘管外表面平均温度低于空气的露点温度时，则为减湿冷却过程，也称冷却干燥过程。空气在进行减湿冷却时，不仅温度和比焓值都下降，而且冷却盘管表面有水蒸汽凝结现象发生，空气中的含湿量也随之下降。状态变化过程在ｈ-d图上是向左下方倾斜的直线，A→D所示，且ε＞0。等湿冷却通常使用表面式冷却盘管，盘管外流过被冷却的空气，盘管内流过制冷剂。条件是冷却盘管的外表面温度低于空气温度，但又高于（或等于）空气的露点温度。19§1-2车室内外计算参数的确定一、舒适性概念1.定义⑴针对车室内空气调节其温度、湿度、流速、流向、压力、气味等，使之成为符合人体健康、卫生、舒适的车室内空气。⑵USA采暖制冷协会ASHRAE的定义：心里状态感到满意的热环境。2.影响因素⑴地球幅源辽阔,气候差异大：南、北极＜-40℃沙漠＞50℃⑵人种、生活习性⑶年龄、性别⑷人在车内的状态(5)车内的环境203.人体总热量平衡M=ε±R±C±B±S式中，M→新陈代谢率W（取决于人活动量大小）ε→蒸发散热率W（汗液蒸发和呼出水蒸气带走热量）P→辐射传热率W（体与周围表面间的辐射交换热量）C→对流传热率W（人体对流所引起的热量交换）B→呼吸放热率W（用于作功而消耗的热量）S→人体内热量积存的变化率W如果环境因素不能使人体自然地处于热平衡，那么人体会通过自身调节；但调节有限度，超过限度，体温不能维持，则反应为身体不舒适。4.人体热平衡的影响因素⑴冷热感（人体无感温度）21部位全身脸肩胸大腿脚夏季22.320.022.523.023.023.0冬季22.720.022.523.023.524.0⑵相对湿度影响人体内水分蒸发的速度及人口腔、鼻粘膜的干湿程度、汗液多少。⑶流速风的流速、方向、部位。⑷足够的通风二、评价方法及标准1.针对全球汽车空调的舒适性标准尚无；2.国际汽车空调协会（IMACA）制订旅游汽车空调系统测定试验方法IMACA400—1989规定测定制冷量时的环境温度为：22干球温度35±0.56℃湿球温度23.9±0.28℃最大运行工况试验的环境温度tg=43.4℃ts=25.6℃3.日本汽车空调制冷装置试验方法JISD1618—1986规定冷凝器进风口空气的干球温度为35±1℃；4.ASHRAE新等效温度图ASHRAE新有效温度图是美国供暖、制冷、空调工程师学会1972年版手册基础篇里给出的新的有效温度图。斜画的一组虚线即为等有效温度线，它的数值是在φ=50％的相对湿度线上所标注的对应的温度值，如通过t=25℃、φ=50％两线交点的虚线即为25℃等有效温度线，该线上各点所表示的空气状态的实际干球温度、相对湿度均不相等，但各点空气状态给人体的冷热感都相同，都相当于t=25℃、φ=50％。静止空气的有效温度图23这些等效温度是在室内空气流速为0.15m/s时，对静坐着、服装热阻为0.6clo的被试人员实测所得的。单位服装热阻1clo相当于0.155m2·℃/kW，内穿衬衣外套普通衣服，热阻为1clo；正常室外穿的冬服为1.5～2.0clo。在该图中还画出了两块人体舒适区。一块是美国堪萨斯州立大学实验所得的实线菱形框内部分，适用条件是身着服装热阻为0.6～0.8clo静坐的人；另一块是ASHRAE推荐的舒适标准55-74，即阴影部分，适用条件是身着服装热阻为0.8～1.0clo坐着的人。但活动量较前稍大些。25℃的等有效温度线恰好穿过两块舒适区重叠的中心。245.1984年国际标准化组织根据70年代丹麦人芬格提出的热舒适PMV—PPD指示体系,提出了室内热环境评价与测量的ISO7726。该指标综合考虑人体活动、着衣、空气温度、湿度、流速、平均辐射温度PMV—预测平均投票率，反映众多人对热环境的热舒适评价指标。PPD—不满意百分比的预测数，表示多少人对热环境不满意。在PMV=0处,PPD=5%,说明在最佳的热舒适状态下,仍有5%的人不满意25为了确定车内空气舒适条件，不少科研人员做了大量试验研究工作。美国的研究结果认为：夏季车内