胡偉

摘 要

隨著大型養(yǎng)路機(jī)械的發(fā)展，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善。根據(jù)GB/T 25336-2018（鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械 檢查與試驗(yàn)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(jī)械 通用技術(shù)條件）中6.8（司機(jī)室）的要求可知，司機(jī)室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機(jī)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(jī)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的重要因素，因此根據(jù)司機(jī)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(biāo)準(zhǔn)要求的臨界溫度計(jì)算司機(jī)室熱負(fù)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(fù)荷;導(dǎo)熱熱阻;傳熱系數(shù)

中圖分類號： U216.6? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.031

0 引言

司機(jī)室的制冷和取暖效果已經(jīng)列入鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械國標(biāo)中，靠經(jīng)驗(yàn)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(jī)械國標(biāo)對司機(jī)室的制冷和取暖效果要求，文章通過分別計(jì)算司機(jī)室在制冷和制熱情況下司機(jī)室的總熱負(fù)荷，來判斷所選空調(diào)制冷和制熱功率是否滿足國標(biāo)要求。

1 司機(jī)室情況說明

司機(jī)室外形如上圖所示：{1}司機(jī)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(jī)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(jī)室乘員為2人，司機(jī)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(jī)室外表面平均噴涂厚度為0.2mm（包括膩?zhàn)右约坝推幔?/p>

2 司機(jī)室空調(diào)制冷負(fù)荷計(jì)算

2.1 司機(jī)室空調(diào)制冷熱負(fù)荷分布

（1）司機(jī)室與外界熱傳遞的熱負(fù)荷。

（2）陽光輻射的熱負(fù)荷。

（3）人體散熱的熱負(fù)荷。

（4）設(shè)備散熱的熱負(fù)荷。

（5）新風(fēng)帶入的熱負(fù)荷。

2.2 計(jì)算用數(shù)據(jù)

由機(jī)械手冊以及生產(chǎn)廠家實(shí)驗(yàn)報(bào)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(jī)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(jī)室與外界熱傳遞的熱負(fù)荷計(jì)算

2.3.1 司機(jī)室頂棚及墻體傳熱系數(shù)

由設(shè)計(jì)圖紙可知，司機(jī)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(jì)算司機(jī)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(jī)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(jī)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(fù)荷

查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，司機(jī)室內(nèi)溫度在24℃時(shí)，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(jī)室內(nèi)部有3名人員時(shí)，人體散熱的產(chǎn)生的熱負(fù)荷為：

Q3=116.2×3=0.35kW

2.6 設(shè)備散熱的熱負(fù)荷

司機(jī)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(fù)荷：Q4=0.55kW

2.7 新風(fēng)帶入的熱負(fù)荷

新鮮空氣量：每人30m3/h，空氣密度1.293kg/m3，則3人新風(fēng)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(fēng)帶入的熱負(fù)荷為：Q5=M×（Ho-Hi）/3600=2.51kW

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

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

司機(jī)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(jī)室的制冷要求。

3 司機(jī)室空調(diào)制熱負(fù)荷校核

由于在外界寒冷司機(jī)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(jìn)司機(jī)室內(nèi)部環(huán)境溫度升高的有利因素，因此上面司機(jī)室制冷負(fù)荷的幾個(gè)分布中司機(jī)室構(gòu)架與外界熱傳遞和新風(fēng)帶入的熱負(fù)荷這兩項(xiàng)屬于制熱負(fù)荷，其余幾項(xiàng)均可計(jì)為司機(jī)室內(nèi)所能提供的制熱的功率。

3.1 制熱負(fù)荷計(jì)算

3.1.1 司機(jī)室制熱負(fù)荷計(jì)算

3.1.3 總制熱負(fù)荷

P負(fù)=P1+P2=2.23+1.45=3.68kW

3.2 制熱功率計(jì)算

司機(jī)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(jì)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(jī)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(jì)算確定所選空調(diào)能滿足國標(biāo)對司機(jī)室內(nèi)制冷、取暖設(shè)備的要求，可以使用。

后經(jīng)檢驗(yàn)檢測，該司機(jī)室滿足GB/T 25336-2018（鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械 ?檢查與試驗(yàn)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(jī)械 ?通用技術(shù)條件）中6.8（司機(jī)室）的要求，即司機(jī)室在低溫-5℃以下及高溫35℃以上，司機(jī)室內(nèi)溫度應(yīng)能調(diào)節(jié)至16℃～28℃。