淺談大型鐵路養(yǎng)護機械司機室空調(diào)功率校核計算

胡偉

摘 要

隨著大型養(yǎng)路機械的發(fā)展，各項標準不斷完善。根據(jù)GB/T 25336-2018（鐵路大型養(yǎng)路機械 檢查與試驗方法）中7.12（制冷和取暖效果檢查）和GB/T 25337-2018（鐵路大型養(yǎng)路機械 通用技術(shù)條件）中6.8（司機室）的要求可知，司機室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機室內(nèi)溫度應(yīng)能調(diào)節(jié)至16℃～28℃。而空調(diào)的功率大小是影響司機室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的重要因素，因此根據(jù)司機室的大小不同，空調(diào)功率的選擇尤為重要。本文主要從滿足國家標準要求的臨界溫度計算司機室熱負荷來校核所選擇空調(diào)的功率是否符合要求。

關(guān)鍵詞

空調(diào);熱負荷;導(dǎo)熱熱阻;傳熱系數(shù)

中圖分類號： U216.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.031

0 引言

司機室的制冷和取暖效果已經(jīng)列入鐵路大型養(yǎng)路機械國標中，靠經(jīng)驗選取制冷和取暖設(shè)備（空調(diào)）已經(jīng)不能保證鐵路大型養(yǎng)路機械國標對司機室的制冷和取暖效果要求，文章通過分別計算司機室在制冷和制熱情況下司機室的總熱負荷，來判斷所選空調(diào)制冷和制熱功率是否滿足國標要求。

1 司機室情況說明

司機室外形如上圖所示：{1}司機室的表面積（除去門窗），其中一側(cè)側(cè)墻面積FCQ=2m2，前墻面積FQQ=3.8m2，后墻面積FHQ=3.4m2，頂棚面積FDR=4.8m2，地板面積FDB=3m2;{2}司機室車窗面積為Fcc=3m2，車門面積FCM=2.6m2;{3}骨架材質(zhì)為20鋼，面板材質(zhì)為SPCC，厚度2mm;{4}裝修使用1.5mm鋁板，墻體和頂棚裝修層厚40mm，填充KPB-3J隔熱棉，地板采用鋁蜂窩地板;{5}司機室乘員為2人，司機室布有電器柜、座椅、窗簾、滅火器，安全錘，衣帽鉤等部件;{6}司機室外表面平均噴涂厚度為0.2mm（包括膩子以及油漆）。

2 司機室空調(diào)制冷負荷計算

2.1 司機室空調(diào)制冷熱負荷分布

（1）司機室與外界熱傳遞的熱負荷。

（2）陽光輻射的熱負荷。

（3）人體散熱的熱負荷。

（4）設(shè)備散熱的熱負荷。

（5）新風帶入的熱負荷。

2.2 計算用數(shù)據(jù)

由機械手冊以及生產(chǎn)廠家實驗報告得到以下數(shù)據(jù)：

（1）20鋼以及SPCC材料的導(dǎo)熱率為：λ1=48W/m·K

（2）鋁材的導(dǎo)熱率為：λ2=238W/m·K

（3）空氣的導(dǎo)熱率為：λ3=0.027W/m·K

（4）KPB-3J隔熱棉的導(dǎo)熱率為：λ4=0.035W/m·K

（5）表面噴涂油漆厚度為0.2mm，導(dǎo)熱率λ5=0.23W/m·K

（6）鋁蜂窩地板的導(dǎo)熱率為：λ6=0.7W/m·K

（7）地板布的導(dǎo)熱率為：λ7=0.21W/m·K

（8）司機室內(nèi)表面換熱系數(shù)：αN=8W/（m2·K）

（9）取車速ω=80km/h，外表面換熱系數(shù)：αW=9+3.5ω0.66= 72W/（m2·K）

2.3 司機室與外界熱傳遞的熱負荷計算

2.3.1 司機室頂棚及墻體傳熱系數(shù)

由設(shè)計圖紙可知，司機室頂棚和墻體骨架使用材料為：20鋼，40mm×2mm方管。假設(shè)骨架排布如下圖均布，接下來分二種情況來計算司機室頂棚及墻體的傳熱系數(shù)。

第一種情況是骨架處，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

在該結(jié)構(gòu)內(nèi)骨架處可分為兩部分傳熱：第一傳熱路徑為：外部-油漆-面板-管壁-兩側(cè)管壁-鋁板-司機室內(nèi)。第二傳熱路徑為：外部-油漆-面板-管壁-空氣-管壁-鋁板-司機室內(nèi)。在穩(wěn)定傳熱的情況下，根據(jù)傅立葉定律。

2.5 人體散熱的熱負荷

查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，司機室內(nèi)溫度在24℃時，成年人的顯熱量為76.7W/人，潛熱量為39.5W/人。

由此可得在司機室內(nèi)部有3名人員時，人體散熱的產(chǎn)生的熱負荷為：

Q3=116.2×3=0.35kW

2.6 設(shè)備散熱的熱負荷

司機室內(nèi)電氣設(shè)備包括照明和其他用電設(shè)備。司控臺散熱功率約250W，照明及其他設(shè)備約300W，則設(shè)備散熱的總熱負荷：Q4=0.55kW

2.7 新風帶入的熱負荷

新鮮空氣量：每人30m3/h，空氣密度1.293kg/m3，則3人新風質(zhì)量流量M=116.37kg/h。

取室外溫度to=50℃，濕度為40%，Ho=133.3kJ/kg。

取室內(nèi)溫度ti=25℃，濕度為60%，Hi=55.6kJ/kg。

則新風帶入的熱負荷為：Q5=M×（Ho-Hi）/3600=2.51kW

由以上計算可得，室外環(huán)境溫度在50℃時，濕度為40%，室內(nèi)溫度ti=25℃，濕度為60%，空調(diào)制冷負荷計算如下：

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

司機室擬選用某空調(diào)，該空調(diào)額定制冷功率為6.9kW，制冷量6.9kW>6.499kW，因此該空調(diào)在高溫工作（≤50℃）不降功率的情況下，理論上能滿足司機室的制冷要求。

3 司機室空調(diào)制熱負荷校核

由于在外界寒冷司機室內(nèi)需要制熱的情況下，陽光和設(shè)備以及人體散熱都是促進司機室內(nèi)部環(huán)境溫度升高的有利因素，因此上面司機室制冷負荷的幾個分布中司機室構(gòu)架與外界熱傳遞和新風帶入的熱負荷這兩項屬于制熱負荷，其余幾項均可計為司機室內(nèi)所能提供的制熱的功率。

3.1 制熱負荷計算

3.1.1 司機室制熱負荷計算

3.1.3 總制熱負荷

P負=P1+P2=2.23+1.45=3.68kW

3.2 制熱功率計算

司機室內(nèi)能提供制熱功率的有：空調(diào)制熱功率（所選空調(diào)額定制熱功率為4.8kW）以及設(shè)備和人體散熱功率（在無陽光照射的情況下），因此制熱功率計算如下

P=P空+Q3+Q4=4.8+0.35+0.55=5.7kW

由于5.7kW>3.68kW，因此所選空調(diào)能滿足司機室在低溫度環(huán)境下（≥-5℃）的制熱要求。

4 總結(jié)

綜上所述，通過計算確定所選空調(diào)能滿足國標對司機室內(nèi)制冷、取暖設(shè)備的要求，可以使用。

后經(jīng)檢驗檢測，該司機室滿足GB/T 25336-2018（鐵路大型養(yǎng)路機械 ?檢查與試驗方法）中7.12（制冷和取暖效果檢查）和GB/T 25337-2018（鐵路大型養(yǎng)路機械 ?通用技術(shù)條件）中6.8（司機室）的要求，即司機室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機室內(nèi)溫度應(yīng)能調(diào)節(jié)至16℃～28℃。