城市客车热舒适性空调系统结构改进

林飞跃

(厦门金龙联合汽车工业有限公司， 福建 厦门 361023)

空调客车车内空气运动流场和温度场的合理分布，是车内热舒适性的基础。客车室内装饰件众多，通风流道结构复杂。为了进一步提升城市客车乘员舱热舒适性的水平，揭示当前设计方案中可能存在的技术缺陷。本文对当前的空调系统开展有针对性的结构改进设计，并通过了实车验证。

1 指标要求及改进前状况

1.1 城市客车车内热舒适性指标要求

一般来说，28 ℃是人体温度舒适感的分界线。对于车内温度的调节除了追求热舒适性以外，降低空调负荷也是重要的，特别是在当前强调节能减排的大环境下[1-2]。通常，夏季车内空调温度每升高1 ℃，约减少制冷功率输出10%。如果过度追求热舒适性，会导致客车内外温差过大，从而导致空调系统负荷进一步增大，并可能导致人体健康受损。一般夏季客车舱内外温差以5～7 ℃为宜。

严格说来，热舒适性是一个主观评价指标。就人体感官来说，热舒适性与以下几个方面的因素有关：空气温度、气流速度、周围物体表面温度、空气品质[3]。按照我国室内温度控制规范[4]，车内外温差要求不小于5 ℃，不大于7 ℃；出风口风速不小于3 m/s，不大于6 m/s；出风口间风速差不大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高处，车内最大温差不大于3 ℃[5]。

1.2 改进前的状况

通过对现有车型的随机抽取测试，发现车内外温差小于5 ℃；出风口风速小于3 m/s；出风口间风速差大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高处，车厢内最大温差大于3 ℃。由于受到车厢内部结构以及车厢内部装饰效果的限制, 城市客车的空调风道结构改进前主要存在以下特点：

1) 空调风道前后封闭布置在车内的两侧顶上[6]。

2) 风道的截面尺寸不做严格限定，需综合考虑内饰效果、出风口布置等诸多因素。一般情况下，风道的自由流动横截面积大于等于6 dm2即可[6]。

3) 出风口布置一般是驾驶员头顶适当加密，其余地方均布，且除出风口外的其他地方均密封处理。

4) 采用铝合金风道时，乘客门处开有门轴孔及滑轨孔，存在严重漏风问题。

综上分析，发现现有城市客车风道设计存在以下几点不合理之处：

1) 出风口的数量和送风面积都没有经过仔细计算,只是根据风道的长度及布置空间均匀布置，并未根据出风口气流速度的要求以及理论流量的要求来确定。但是,出风口的气流速度及流量受到许多因素的影响,用这种方法确定的风道很难满足实际流速和流量的要求，影响制冷效果[7]。

2) 未根据空调位置布置风向导流板，以将空调出风合理地向风道前后分流，提高前后风道出风口的出风效果。

3) 风道顶部或靠近侧窗位置未设计泄风口。

4) 采用铝合金风道时，乘客门开孔处未设计密封结构，导致车内外热交换严重。

2 结构改进方案及验证

通过对现有结构的分析，对现有风道设计结构提出以下改进设计方案：

1) 在乘客门处安装风道密封板，使之与乘客门托盘、冷气道上片、风道在整车风道断面内形成一个完全密封结构[6]，减少冷气从门轴及滑轨开孔处流失，改进前后如图1和图2所示。

图1 改进前未密封结构

图2 改进后密封结构

2) 客车前挡玻璃面积较大，太阳直接照射导致车前部比后部的热负荷大，建议将空调蒸发器中心布置于车辆前后中心偏前10%～15%(对于12 m车为偏前1.2～1.8 m)的范围内，如此布置可不设置导流板。如空调蒸发器中心位置布置更偏前或更偏后，为保证车内前后温度的均匀性，空调蒸发器出风口需布置风向导流板作导流处理，如偏前A%(>15%)，则将空调蒸发器出风口的(50+A-15)%长度导向车后(车前方向不需作导流处理)，如偏后B%(>15%)，则将空调蒸发器出风口的(50+B+15)%长度导向车前(车后方向不需作导流处理)，如图3所示。

图3 导流板设置

3) 因空调布置时，空调风是从客车顶盖中间部位吹进风道里的，风道的前后部位较中间部位出风口多，可使空调风流泄荷小，增强空调的使用效果[8]。而且风道里的风流由于风道较长而产生损失，风道前、后出风口风流比中间部位要小一些，从这点考虑，这两处也应该多加出风口[3]。因此，以空调蒸发器中心为起点，根据离起点的远近将整车前后风道分成等长的近、中、远三区，近区单位长度风道上的送风口面积为a，且全部为下送风口；中区单位长度风道上的送风口面积为2a，分为下送风口+侧送风口；远区单位长度风道上的送风口面积为3a，分为下送风口+侧送风口；驾驶员区(含驾驶员位和上客门处)单位长度风道上的送风口面积为临近区面积+a，且驾驶员位下送风口为可调送风口(方便驾驶员开关和调整风向)。

4) 风道上出风口的数量应保证单侧风道出风口总面积为其风道横截面积的1～1.5倍，以提高出风效率[9]。

5) 风道顶部或靠近侧窗位置需要增加泄风口，一是为了降低风道出风口处的风压力；二是在车内形成一个环形的瀑布式风流效果，可提高乘员的乘坐舒适性[3]。

根据优化方案对现有风道结构进行改进设计，并对改进后的车型随机抽取测试，结果车内外温差不小于5 ℃，不大于7 ℃；出风口风速不小于3 m/s，不大于6 m/s，出风口间风速差不大于1 m/s；前、中、后部走道上方1.5 m高处，车厢内最大温差不大于3 ℃。满足规范要求。

3 结束语

车厢里的温度场、运动流场受车厢内气流流动状况和分布情况的影响很大，车厢内各处温度场不均匀,影响乘坐的舒适性[10]，必须合理地组织车厢内空气的流动。使车厢内的温度、流速符合人体工程学要求。合理地设计和布置空调冷风道是实现上述目的的重要途径[11]。