Тепловой и воздушный баланс кузова

Источниками тепла при нагревании панелей пассажирского помещения могут быть: наружный воздух, солнечная инсоляция, тяговый электродвигатель, шины, тормоза, система отопления, я также сами пассажиры.

В летний период при температуре наружного воздуха 25-30⁰С можно условно принять тепловыделение одного человека 110 ккал в час, температуру внутренних панелей 40⁰С и более. Температура внутри пассажирского транспортного средства превышает температуру окружающего воздуха, так как складывается из температур следующих источников:

где Q_и – количества тепла от солнечной инсоляции;

Q_л – тепловыделение пассажиров;

Q_д – тепловыделение тягового электродвигателя и агрегатов и шасси.

В городских транспортных средствах в зависимости от термоизоляции Q_д=(10-25%)Q_a. В зависимости от площади остекления применения застекления или занавесок совершенства теплоизоляции крыши и боковых панелей Q_и=(30-50%)Q_a. Величина Q_л определяется числом пассажиров и поэтому изменяется в широких пределах. При номинальном наполнении троллейбуса Q_л=(20-45%)Q_a.

Тепловыделение следует относить к единице внутреннего объема кузова, с учетом вытеснения части воздуха объемом пассажиров. Условно принимается объем одного пассажира равным 0,0625 м³, тогда объем воздуха вытесненного 16 пассажирами равен 1 м³. При номинальной нагрузке объем вытеснения воздуха составляет около 10%, но при предельных нагрузках объем вытеснения воздуха может достигать 20 – 25%.

Количество тепла в ккал/ч поступающих в салон транспортного средства без дополнительной изоляции: крыша – 720; вертикальное остекленные стенки – 1650; пассажиры – 6000; агрегаты и узлы – 1480.

В транспортных средствах может быть дополнительная теплоизоляция, которая по крыше и агрегатам может снижать количества тепла до 30%. Большое значение имеет теплоизоляция. Приведем значения коэффициентов теплопроводности ккал/(кг·°С) некоторых теплоизоляционных материалов:

Пористая резина 0,065 – 0,085

Клееная фанера 0,12 – 0,15

Асбестовый картон 0,24

Полиуретан 0,04 – 0,043

Мипора 0,03

Стеклопластик 0,057

Термоизоляционный картон 0,05 – 0,07

Ремит 0,18 – 0,16

Сталь 0,45

Дюралюминий 0,209

Стекло 0,74

Солнечная инсоляция значительно влияет на нагрев воздуха салона и находится в прямой зависимости от сумм площадей остекления кузова.

Некоторые значения коэффициента Q_пр пропускания тепловой радиации стеклами:

Закаленное 5,8 мм – 73%

Триплекс 6,7 мм – 76%

Органически чистое 6,7 мм – 70%

Органическое зелено-дымчетое 4,6 мм – 58%

Органическое зеленого цвета 4,6 мм – 55%

Типа АИРЭСИН с примесью золота и цинка 5 м – 22%

Для охлаждения воздуха в салоне скорость подаваемого системой воздуха должна быть:

где количество тепла, подлежащее удалению из салона, ккал/ч;

- теплоемкость воздуха; в расчетах принимают 0,24ккал/(кг∙⁰С);

плотность воздуха; в расчетах принимают 1,2 кг/м³.

, ккал/ч.

, ккал/ч

Где F – площадь крыши, стенок окон;

k – коэффициент теплопередачи;

g – коэффициент, учитывающий теплоту от инсоляции.

Норма для Q_и зависит от температур t_н и t_в от расположения и направления поверхностей транспортного средства.

Расположение поверхностей	При tк= tн
-5
Горизонтально
Вертикально, поверхность направлена на:     Юг   Восток или запад   Юго-запад или юго-восток
			1,5
				1,5

Примечание:

Если поверхности направлены на северо-запад или на север то коэффициент Q_и принимается равным нулю. Тепловыделения Q_д включает агрегаты шасси, двигатель, в зависимости от расположения и теплоизоляции Q_д определяются индивидуально для изделий экспериментальных.

Для кузовов с малой теплоизоляцией расчетные значения количества воздуха на 1 человека для удаления лишнего тепла составляет 80 – 140 м³/ч и при хорошей теплоизоляции – 60 – 100 м³/ч.

Объем воздуха подаваемого в салон в течении 1 часа для поддержания нужного уровня углекислоты CO₂, определяется следующим соотношением:

Где V_в1 – объем углекислоты, выделяемый одним человеком за час, V_в1=0,02…0,023 м³;

V_в2 – предельно допустимое содержание углекислоты в 1 м³ наружного воздуха, V_в2=0,0012…0,0020 м³;

V_в3 – объем углекислоты, V_в3=0,0003…0,0005 м³.

Минимальное количество воздуха, необходимого для 1 человека для разбавления углекислого газа до предельно необходимой концентрации для городского пассажирского транспорта определяется следующим соотношением:

м³/ч.

Количество воздуха на одного человека для снижения влажности:

где G_вп – вес водяных паров, выделяемых человеком при температуре 15-40 ºС, G_вп=40-280 г/ч;

d₁ – влагосодержание наружного воздуха:

зимой d₁ = 0,5…5,0 г/кг.

летом d₁ = 6…16 г/кг.

d₂ – влагосодержание воздуха, выходящего из салона:

зимой d₁ = =5…7 г/кг;

летом d₁ = 8…19 г/кг.

плотность воздуха, кг/м³.

В связи с тем что компоненты в формуле взаимосвязаны, определения количества воздуха для конкретных условий

Летом: V_в= м³/ч

Значит для летнего времени расчет поступления воздуха в салон должен производится по теплоизбытку, а в зимнее – по влагоизбытку и избытку СО₂.

Вентиляция

Вентиляционная система салона классифицируется следующим образом:

1) естественная вентиляция (организационная и неорганизационная);

2) принудительная;

3) совмещение естественной и принудительной;

4) кондиционирование воздуха.

Естественная неорганизационная вентиляция осуществляется за счет открытых окон и специальных вентиляционных люков, расположенных на крыше. В зависимости от аэродинамического давления на поверхности движущегося транспортного средства часть оконных проемов и люков являются нагнетательными, а другая часть – вытяжными.

Организованная естественная вентиляция предусматривает наличие воздухозаборников расположенных в зоне давления выше атмосферного и рассчитанных на необходимое количество воздуха, а также наличие воздушных каналов, по которым воздух распределителя по салону.

По определению натурных испытаний поступление воздуха в салон происходит в лобовой части и по длине транспортного средства через люки средних окон, через люки передних, задних и боковых происходит вытяжка. Через люки на крыши происходит вытяжка в зависимости от подъема люка.

Количество подаваемого в салон воздуха при естественной вентиляции зависит от скорости движения транспортного средства. В городских транспортных средствах, у которых скорость движения не велика у них естественная вентиляция признается недостаточно полноценной. В этих случаях лучше вентиляция совмещенного типа.

Кондиционирование воздуха

Система кондиционирования воздуха представляет собой установку, автоматически поддерживающую в заданном объеме заданную температуру и влажность.

Система кондиционирования должна обеспечивать:

- охлаждение воздуха;

- удаление влаги из воздуха;

- поддержание температуры и влажности в нужных пределах;

- фильтрация воздуха;

- добавление к воздуху, циркулирующему в салоне, некоторой доли свежего воздуха;

- ионизацию;

- амортизацию.

Обеспечение выполнения системой кондиционирования всех указанных функций является сложной технической задачей, требующих наличие средств регулирования способных реагировать на непрерывно изменяющиеся условия вне, так и внутри салона.

Основным узлом системы кондиционирования является холодильный агрегат, который отводит тепло в окружающую среду.

Регулирование температуры в салоне должно осуществляться автоматически, в зависимости от температуры окружающего воздуха. В связи со сложностью в управлении кондиционирования для них осуществления с автоматическим регулированием применяют сложные устройства, что увеличивает их стоимость. Поэтому во многих случаях применяют вентиляторные системы, которые влажность и соотношение воздуха не регулируют. На привод компрессора требуется затрачивать мощность 10 – 15 л.с.

Современные установки для кондиционирования можно разделить по:

1. по принципу получения воздуха:

- фреоновые

- термоэлектрические

- воздушный и др.

2. по типу компрессора

- с поршнем

- с ротором

3. по приводу компрессора

- от основной системы

- от вспомогательной системы

4. по размещению агрегатов системы

- одноблочные

- двухблочные

- рассредоточенные

5. по монтажным признакам

- постоянная

- сезонная

6. по типу регулирования холодопроизводительности:

- изменение производит компрессор

- применение спускных линий во фрионную систему

- изменение подачи холодного воздуха

7. по применению

- на фреонах различных марок

Большинство используют фреон 12

8. по подачи охлажденного воздуха в салон

- полное; объемное

- частичное; локальное

Полное объемное кондиционирование дает наиболее лучшие результаты. Недостаток: большой вес устройства; большая мощность для компрессора. Чаще применяют частичное кондиционирование.

Во многих странах с соответствующим климатом установку кондиционирования ставят только летом, а на зиму снимают. В некоторых странах кондиционирования фактически в двух транспортных средствах.

Отопление

Суммарная теплопроизводительность систем отопления для троллейбусов и автобусов длиной от 9,5 до 12 м. составляет от 20000 до 60000 ккал/ч, перепад температуры может составить 50^о и более. Система отопления по источнику тепла классифицируется по следующим показателям:

· с использованием тепла от системы отопления и агрегатов;

· с использованием тепла от вентиляционных систем;

· совмещенные системы отопления с различными комбинациями, в том числе с использованием кондиционирования.

По способу нагрева воздуха салона система отопления делится на:

– калориферная, где нагретый воздух нагнетается в целом вентиляторами;

– системы с теплообменниками, нагревающими воздух салона за счет конвекции и теплоизлучения.

Для стандартного городского транспорта рекомендуется учитывать разность температур в салоне и кабине водителя, необходимость устранения отопления и замерзания ветровых окон и по возможности окон в салоне. Для обогрева рабочего места водителя и устранения запотевания при хранении транспортного средства на открытых площадках при подготовке к выезду на линию весь теплый воздух должен направится в кабину водителя и на ветровое стекло. Рабочее место водителя должно обогреваться воздухом с регулируемой температурой, причем должна создаваться тепловая завеса, поднимающая снизу и окружающая водителя со всех сторон. Необходимо учитывать, что наилучшая работоспособность водителя обеспечивается при температуре окружающего воздуха 18°С,а при температуре в 25°С работоспособность его снижается на 40%. Понижение температуры затрудняет работу водителя, а местное резкое охлаждение в зоне ног или поясницы может вызвать заболевания.

Скорость потока теплого воздуха, обдувающего стекла не менее 1 м/с. Для предохранения от обледенения окон, перепад температур наружного воздуха и воздуха внутри салона должен быть больше 15°С. Наиболее эффективным средством против обледенения является поддержания влажности воздуха на нижнем допустимом пределе, что допускается при калориферной или совмещенной системе отопления при интенсивном обмене воздуха, когда влаговыделение людей, сырой одежды пассажиров и пола салона выносится системой вентиляции наружу. Для исключения явления сырости пола, являющейся опасной, рекомендуется в конструкции пола утепление или подогрев. Для отопления салона и кабины применяются отопители различных марок. В городском транспорте при частом открывании дверей темп нарастания температуры резко снижается, а достижение температуры в пределах 10 - 15°С требует достаточной производительности отопительных установок. Для транспортных средств, работающих в условиях низких температур, принимается конструктивные решения по установке дополнительных отопителей. Интенсивность нагрева воздуха салона при заданных параметрах внешней среды является функцией производительности системы отопления, теплоустойчивости кузова и фильтрации воздуха. Кроме увеличения производительности отопительных установок для повышения интенсивности нагрева и температуры воздуха салона необходимо иметь достаточную теплоизоляцию кузова и его герметичность. Нефильтрация воздуха происходит в салоне, как правило, из-за недостаточной герметичности пола, дверей и других элементов кузова. Термоизоляция крыши имеет большое значение в летнее время. Большая площадь остекления и наличие каркаса затрудняет создание эффективной термоизоляции кузова. Интенсивность остывания воздуха салона при выключенной системе отопления и заданных параметров внешней среды является функцией теплоустойчивости кузова и нефильтрации воздуха в салоне. Принято допустимой интенсивности остывания воздуха салона в пределах положительных температур на остановке при закрытых дверях для городского транспорта 0,5°С/мин.