某型有轨电车空调系统制冷量计算

张亚

摘 要： 针对某型有轨电车的运行环境及其整车结构特点进行了分析，确定了空调系统制冷量计算的主要技术参数，根据空调系统的性能要求，对空调系统的制冷容量进行了计算，确定了空调机组的制冷量。

关键词： 有轨电车；空调系统；制冷量

1 概况

1.1线路基本情况

某型有轨电车项目规划线路全长约7.6km，共设站9座。初期有轨电车客运量预测为3.7万人次，客流出近期会有较大的增速，近远期会逐步放缓，最终趋于稳定。

1.2空调系统的制冷性能要求

根据某型有轨电车的设计要求，车辆在夏季室外温度为35℃，湿度为61%时，可以保证客室及司机室车内温度为27℃，湿度为40～65%。根据列车载客人数，整列车所需新风量不少于3120 m3/h。

2 车辆结构形式

某型有轨电车为100%低地板有轨电车车辆，采用五辆编组模式，两端为带司机室的动力车，中间为无动力的拖车，动力车与拖车中间为悬浮车。

3 制冷量计算

有轨电车的热负荷主要有：车体传热、太阳辐射热、旅客散发的显热量、旅客散发的潜热量、车内机电设备及照明设备的散热量、新风热负荷。空调系统所需要的制冷量为以上热负荷之和。

3.1 车体传热

车体表面会与外界环境进行热交换，车体不同部分的传热系数不同。车体传热的计算公式为：

Q1=KF*Δt

公式中：

K — 传热系数，W/（m2·k）；

F — 车体传热面积，m2；

Δt — 车内外温差，℃

根据空调系统的制冷性能要求，车内外温差为：

Δt=35-27=8℃

根据某型有轨电车的初步方案，得出车体各部分的面积及传热系数为下表所示：

计算得：

F=288m2

K=2W/（m2·k）

车体传热为：

Q1 =4605

3.2 太阳辐射热

太阳辐射热为太阳照射车辆并传递到车内的热量，根据某型有轨电车的结构特点，太阳辐射强度按照下式来计算：

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

式中：

KCD、KCQ、KDB、KCM—车顶、侧墙、地板、车门的传热系数，W/（m2·k）；

FCD、FCQ、FDB、FCC、FCM—车顶、一侧侧墙、地板、一侧车窗和一侧车门的传热面积，m2；

εCD、εCQ、εDB、εCM—车顶、侧墙、地板和车门的阳光吸收系数；

JCD、JCQ、JDB—车顶、两侧侧墙、地板外表面上的太阳辐射强度， W/m2；

D — 玻璃透光系数；

σ—遮光系数；

αw—外表面传热系数

车顶、侧墙、地板的传热系数和车顶、侧墙、地板和车窗玻璃的传热面积见表1。

根据TB 1951《客车空调设计参数》，取εCD=0.7，εCQ=0.5，εCM=0.7，εDB=0.5。

玻璃透光系数，双层玻璃 D=0.55，车窗遮光系数无窗帘为σ=1，车辆静止时，外表面换热系数αw为16 W/ m2·k

根据常州地区的太阳辐射数据，进行太阳辐射热计算，得出太阳辐射出现在车辆南北方向运行时的9时或15时最大，取最大值作为太阳辐射热计算值：

Q2=14267W。

3.3 旅客的潜热量和散湿量

根据某型有轨电车设计要求，额定载客人数为300人。根据TB 1951《客车空调设计参数》，在室温27℃时，每个成年男子散发的显热量为64W，潜热量为52.3W，散湿量为76g/h，群集系数为0.955。

根据以上参数进行计算：

旅客散发的显热量：Q3 =18397W

旅客散发的潜热量：Q4 =14984W

3.4 车内机电设备、照明器具等的散热量

车内电机和照明器具等在工作过程中会散发一定的热量，根据估算，全车所有设备散热约为Q5=2000W

3.5 新风热负荷

空调系统在工作过程中会不断从车外获取新风，新风会给车内带来大量的热负荷，新风热负荷按下述公式计算：

Q6=mw（Iw-In）*1000

式中：

mw — 新风中干空气质量流量，kg/s；

Iw — 室外空气焓值，kJ/kg干；

In — 室内空气焓值，kJ/kg干。

mw =Vw·ρw/（1+dw/1000）

式中：

Vw — 新风流量，Vw =3060m3/h；

dw —室外空气含湿量，g/kg干；

ρw — 空气密度，kg/m3。

当温度为35℃，相对湿度为61%时，查资料得：

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

根据湿空气焓湿图得，Iw=91.18kJ/kg干。

当温度为27℃，相对湿度为65%时，查湿空气焓湿图得：

In=64.32kJ/kg干，dn=14.57g/kg干。

代入数据计算新风热负荷得：

Q6=25270W

3.6 空调装置制冷量

空调装置制冷量Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6=79462kW

4.结论

根据计算结果，某型有轨电车在满足空调系统性能要求的前提下，整车总制冷量需求为80kw，需要安装两台制冷量为40kW的机组。

参考文献

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