車輛制冷及空調(diào) 第二章 車體隔熱壁(xin)

第二章車體隔熱壁

車體隔熱壁概述為了使客車車內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)，除了安裝制冷和加熱設(shè)備外，還必須要求車體具有一定的隔熱性能，即要求在車體的結(jié)構(gòu)上敷設(shè)一定厚度的隔熱材料。

具有一定隔熱性能的結(jié)構(gòu)稱為隔熱壁。傳統(tǒng)的車體隔熱結(jié)構(gòu)圖車體鋼結(jié)構(gòu)車體外墻板車體木結(jié)構(gòu)車體內(nèi)墻板車體隔熱材料現(xiàn)代高速鋁合金車體結(jié)構(gòu)圖高速車體結(jié)構(gòu)示意車體隔熱結(jié)構(gòu)圖（內(nèi)墻板未裝時）隔熱材料第一節(jié)

車體隔熱壁傳熱系數(shù)的計算

一、車體隔熱壁的傳熱過程圖示：

車內(nèi)車外隔熱材料熱流方向

熱量從隔熱壁一側(cè)的空氣中傳至另一側(cè)的空氣中，其傳熱過程可以分為：1）表面吸熱——熱量從一側(cè)的空氣中傳至隔熱壁的一側(cè)表面；2）結(jié)構(gòu)透熱——熱量從隔熱壁的一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)表面；3）表面放熱——熱量從隔熱壁另一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)的空氣中。這個傳熱過程包括了以熱傳導(dǎo)為主要形式的隔熱壁內(nèi)部的傳熱和以對流及輻射為主要形式的隔熱壁邊界的傳熱。二、車體隔熱壁傳熱性能的分析方法方法一在隔熱壁熱工性能的設(shè)計計算中，一般應(yīng)用的是穩(wěn)定傳熱原理。

穩(wěn)定傳熱：就是指隔熱壁中的溫度分布和熱流大小始終保持固定的數(shù)值而不隨時間變化。這個條件，只有在隔熱壁兩側(cè)所受到的熱作用為一常數(shù)，且不隨時間而變動時，才能得到保證。隔熱壁的傳熱系數(shù)（k值）

利用穩(wěn)定傳熱的方法，通過分析隔熱壁內(nèi)部傳熱和邊界傳熱的特點，并進(jìn)行傳熱計算，便可得到反映隔熱壁的傳熱性能的參數(shù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，通常稱為車體隔熱壁的（k值）

。

隔熱壁的傳熱系數(shù)定義是指車內(nèi)外空氣溫度相差1℃時，在一小時內(nèi)，通過一平方米熱壁表面積所傳遞的熱量。它可以表示出車體隔熱壁允許熱量通過的能力，愈大，在同樣的傳熱面積與車內(nèi)外溫差的情況下，通過的熱量就愈大，隔熱性能就愈差。與傳熱系數(shù)（K）有關(guān)的因素①隔熱壁內(nèi)部的傳熱方面主要是車體隔熱壁的結(jié)構(gòu)形式、厚度、隔熱材料的性能等。②隔熱壁邊界的傳熱方面

隔熱壁邊界空氣的流速、車體表面溫度、光滑程度及表面黑度等。傳熱系數(shù)（K）是綜合了車體隔熱壁多種傳熱因素的指標(biāo)。能夠比較真實地反映隔熱壁的傳熱狀況。隔熱壁的傳熱量的計算根據(jù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，可以根據(jù)下面的公式計算出通過隔熱壁的熱量Q?；蚴街蠶——每小時通過隔熱壁的熱量；

tH——隔熱壁一側(cè)的空氣溫度；在夏季為車外空氣的溫度；

tB——隔熱壁另一側(cè)的空氣溫度，在夏季為車內(nèi)空氣的溫度；F——隔熱壁的傳熱面積；

K——隔熱壁的傳熱系數(shù)，

R——隔熱壁的傳熱熱阻。方法二：

按不穩(wěn)定傳熱計算隔熱壁，比按穩(wěn)定傳熱計算隔熱壁更符合實際，而且按此選用的設(shè)備經(jīng)濟性更好，因為它考慮了隔熱結(jié)構(gòu)對波動熱作用的抵抗能力，但計算比較復(fù)雜。

在實際的應(yīng)用過程中，往往使用穩(wěn)定傳熱的方法對隔熱壁進(jìn)行分析和研究。

第二節(jié)車體隔熱壁傳熱性能的試驗方法一、常見的車體隔熱壁傳熱性能的試驗方法目前使用的車體隔熱壁傳熱性能的試驗方法為穩(wěn)定內(nèi)熱法。車內(nèi)加熱器功率N保溫試驗車庫試驗車輛穩(wěn)定外溫模擬穩(wěn)定車內(nèi)溫度模擬傳熱量Q二、我國空調(diào)客車的平均傳熱系數(shù)我國各種客車的K值一般是：

1．16～1．74W／(m2·K)?？照{(diào)客車的標(biāo)準(zhǔn)高一些，空調(diào)客車車體傳熱系數(shù)為0．921W／(m2·K)。雙層客車車體的平均傳熱系數(shù)K值與普通客車相比要高些，為1．4W／(m2·K)。三、地鐵客車車體的傳熱系數(shù)

由于地鐵客車門窗較多，隔熱壁較薄同時結(jié)構(gòu)特殊。日本對運行在隧道內(nèi)的近郊車和通勤車曾經(jīng)做過詳細(xì)的K值實驗和研究。日本各種車體的傳熱系數(shù)K值如下：

近郊車中的普通鋼車3．14W／(m2·K)

不銹鋼車2．91W／(m2·K)通勤車中的普通鋼車3．02W／(m2·K)鋁車3．13W／(m2·K)不銹鋼車3．25W／(m2·K)第三節(jié)太陽輻射熱的計算

車輛運行時經(jīng)常受到周期性變化的太陽輻射熱的作用，夏季太陽輻射對車輛的熱作用是影響車輛熱負(fù)荷的重要因素。

對于冷藏車，由于太陽輻射的熱作用而消耗的冷量占制冷裝置制冷量的l0％，而對于有大面積玻璃窗的空調(diào)客車，因太陽輻射而消耗的冷量更大了。

因此，研究太陽輻射對具有制冷設(shè)備的車輛的熱作用有著重要的意義。一、太陽輻射強度及其計算

太陽輻射能是太陽以電磁波的形式投射到地球表面上的能量，它由太陽光直接投射的直接輻射和通過大氣、云霧、灰塵等物質(zhì)由不同方向散射而達(dá)到地面的散射輻射兩部分組成。太陽輻射強度J

太陽輻射能的大小通常用太陽輻射強度J來量度，它表示單位面積的黑體表面置于太陽光下每小時吸收的熱量。

主要取決于被照射地點與太陽光線的夾角，即太陽高度角。1、太陽輻射強度(直射）JZ計算公式

1361—太陽常數(shù)(W/m2)；h—太陽高度角(0)P—大氣透明系數(shù)，在0.7一0.8范因內(nèi)變化。太陽高度角計算公式其中φ—當(dāng)?shù)鼐暥?0)；δ—太陽赤緯(0)，不同日期的太陽赤緯見表γ—從正午算起的時角（0）。由于地球繞地軸自轉(zhuǎn)150相當(dāng)于1h，γ=15τ，其中是從正午算起的當(dāng)?shù)貢r間τ。①車頂太陽直射輻射強度計算車輛的車頂是水平的太陽照射面，因此其表面的太陽直射輻射強度為：②側(cè)墻太陽直射輻射強度計算

車輛的側(cè)墻是垂直的太陽照射面，其太陽直射輻射強度：

x—墻面方位角，即墻面法線順時針方向偏離南向的角度。a—太陽方位角，可按下式來確定2、太陽輻射強度(散射)JS計算公式包括：水平表面的太陽散射強度側(cè)墻表面的太陽散射強度

①水平表面的太陽散射強度水平表面的太陽散射強度計算公式：②側(cè)墻表面的太陽散射強度側(cè)墻的散射輻射強度可近似地?。?、太陽輻射強度(地面反射)JR計算公式式中ρG

地面對太陽輻射的反射比，可取0.25。二、太陽輻射強度對車輛的作用包括：①車頂部分②側(cè)墻部分③地板部分①車頂表面的太陽輻射強度

水平直射水平散射②車輛側(cè)墻的太陽輻射強度

垂直直射垂直散射垂直反射③車輛地板的太陽輻射強度地面反射三、車輛吸收的太陽輻射熱量

當(dāng)太陽輻射能以電磁波的形式傳到隔熱壁外表面時，由于隔熱結(jié)構(gòu)不透明(車窗除外)，因此一部分被反射，另一部分被吸收。隔熱壁外表面吸收了一定的太陽輻射能后，會使自身的壁面溫度提高，因而引起車內(nèi)外溫差增大(夏季)，并使傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷增加。由于太陽輻射對車輛的熱作用，在隔熱壁外表面與外氣間的傳熱量可以分為兩部分：1、夏季隔熱壁外表面以對流換熱的形式

與外界空氣交換的熱量：車外溫度車外壁溫度對流換熱系數(shù)2、外表面從太陽輻射中所吸收的熱量

J—外表面的總輻射強度；

ρ—外表面的吸收系數(shù)，可以查表2-2。

F—車體外表面的面積隔熱壁外表面所得到的總熱量

太陽輻射的當(dāng)量溫度綜合外氣溫度

傳入車內(nèi)的熱量計算公式太陽輻射引起的當(dāng)量溫度與車內(nèi)溫差造成傳熱四、通過