浅谈大型铁路养护机械司机室空调功率校核计算

胡伟

摘 要

随着大型养路机械的发展，各项标准不断完善。根据GB/T 25336-2018（铁路大型养路机械 检查与试验方法）中7.12（制冷和取暖效果检查）和GB/T 25337-2018（铁路大型养路机械 通用技术条件）中6.8（司机室）的要求可知，司机室在低温-5℃以下及高温35℃以上，司机室内温度应能调节至16℃～28℃。而空调的功率大小是影响司机室内温度调节的重要因素，因此根据司机室的大小不同，空调功率的选择尤为重要。本文主要从满足国家标准要求的临界温度计算司机室热负荷来校核所选择空调的功率是否符合要求。

关键词

空调;热负荷;导热热阻;传热系数

中图分类号： U216.6           文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.031

0 引言

司机室的制冷和取暖效果已经列入铁路大型养路机械国标中，靠经验选取制冷和取暖设备（空调）已经不能保证铁路大型养路机械国标对司机室的制冷和取暖效果要求，文章通过分别计算司机室在制冷和制热情况下司机室的总热负荷，来判断所选空调制冷和制热功率是否满足国标要求。

1 司机室情况说明

司机室外形如上图所示：{1}司机室的表面积（除去门窗），其中一侧侧墙面积FCQ=2m2，前墙面积FQQ=3.8m2，后墙面积FHQ=3.4m2，顶棚面积FDR=4.8m2，地板面积FDB=3m2;{2}司机室车窗面积为Fcc=3m2，车门面积FCM=2.6m2;{3}骨架材质为20钢，面板材质为SPCC，厚度2mm;{4}装修使用1.5mm铝板，墙体和顶棚装修层厚40mm，填充KPB-3J隔热棉，地板采用铝蜂窝地板;{5}司机室乘员为2人，司机室布有电器柜、座椅、窗帘、灭火器，安全锤，衣帽钩等部件;{6}司机室外表面平均喷涂厚度为0.2mm（包括腻子以及油漆）。

2 司机室空调制冷负荷计算

2.1 司机室空调制冷热负荷分布

（1）司机室与外界热传递的热负荷。

（2）阳光辐射的热负荷。

（3）人体散热的热负荷。

（4）设备散热的热负荷。

（5）新风带入的热负荷。

2.2 计算用数据

由机械手册以及生产厂家实验报告得到以下数据：

（1）20钢以及SPCC材料的导热率为：λ1=48W/m·K

（2）铝材的导热率为：λ2=238W/m·K

（3）空气的导热率为：λ3=0.027W/m·K

（4）KPB-3J隔热棉的导热率为：λ4=0.035W/m·K

（5）表面喷涂油漆厚度为0.2mm，导热率λ5=0.23W/m·K

（6）铝蜂窝地板的导热率为：λ6=0.7W/m·K

（7）地板布的导热率为：λ7=0.21W/m·K

（8）司机室内表面换热系数：αN=8W/（m2·K）

（9）取车速ω=80km/h，外表面换热系数：αW=9+3.5ω0.66= 72W/（m2·K）

2.3 司机室与外界热传递的热负荷计算

2.3.1 司机室顶棚及墙体传热系数

由设计图纸可知，司机室顶棚和墙体骨架使用材料为：20钢，40mm×2mm方管。假设骨架排布如下图均布，接下来分二种情况来计算司机室顶棚及墙体的传热系数。

第一种情况是骨架处，结构如下图所示：

在该结构内骨架处可分为两部分传热：第一传热路径为：外部-油漆-面板-管壁-两侧管壁-铝板-司机室内。第二传热路径为：外部-油漆-面板-管壁-空气-管壁-铝板-司机室内。在稳定传热的情况下，根据傅立叶定律。

2.5 人體散热的热负荷

查阅相关资料发现，司机室内温度在24℃时，成年人的显热量为76.7W/人，潜热量为39.5W/人。

由此可得在司机室内部有3名人员时，人体散热的产生的热负荷为：

Q3=116.2×3=0.35kW

2.6 设备散热的热负荷

司机室内电气设备包括照明和其他用电设备。司控台散热功率约250W，照明及其他设备约300W，则设备散热的总热负荷：Q4=0.55kW

2.7 新风带入的热负荷

新鲜空气量：每人30m3/h，空气密度1.293kg/m3，则3人新风质量流量M=116.37kg/h。

取室外温度to=50℃，湿度为40%，Ho=133.3kJ/kg。

取室内温度ti=25℃，湿度为60%，Hi=55.6kJ/kg。

则新风带入的热负荷为：Q5=M×（Ho-Hi）/3600=2.51kW

由以上计算可得，室外环境温度在50℃时，湿度为40%，室内温度ti=25℃，湿度为60%，空调制冷负荷计算如下：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1857+1.232+0.35+0.55+2.51=6.49 9kW

司机室拟选用某空调，该空调额定制冷功率为6.9kW，制冷量6.9kW>6.499kW，因此该空调在高温工作（≤50℃）不降功率的情况下，理论上能满足司机室的制冷要求。

3 司机室空调制热负荷校核

由于在外界寒冷司机室内需要制热的情况下，阳光和设备以及人体散热都是促进司机室内部环境温度升高的有利因素，因此上面司机室制冷负荷的几个分布中司机室构架与外界热传递和新风带入的热负荷这两项属于制热负荷，其余几项均可计为司机室内所能提供的制热的功率。

3.1 制热负荷计算

3.1.1 司机室制热负荷计算

3.1.3 总制热负荷

P负=P1+P2=2.23+1.45=3.68kW

3.2 制热功率计算

司机室内能提供制热功率的有：空调制热功率（所选空调额定制热功率为4.8kW）以及设备和人体散热功率（在无阳光照射的情况下），因此制热功率计算如下

P=P空+Q3+Q4=4.8+0.35+0.55=5.7kW

由于5.7kW>3.68kW，因此所选空调能满足司机室在低温度环境下（≥-5℃）的制热要求。

4 总结

综上所述，通过计算确定所选空调能满足国标对司机室内制冷、取暖设备的要求，可以使用。

后经检验检测，该司机室满足GB/T 25336-2018（铁路大型养路机械  检查与试验方法）中7.12（制冷和取暖效果检查）和GB/T 25337-2018（铁路大型养路机械  通用技术条件）中6.8（司机室）的要求，即司机室在低温-5℃以下及高温35℃以上，司机室内温度应能调节至16℃～28℃。