某扩展方舱空调热负荷计算.pdf

18 cademic Research 技术交流 A 某扩展方舱空调热负荷计算某扩展方舱空调热负荷计算 罗伯军，顾力智，秦 轶（上海海迅机电工程有限公司，上海 201111）摘摘 要：要：某扩展方舱需要在高温地区进行使用，针对恶劣的环境以及舱内较低的环境温度要求，从方舱蓄热量、太阳辐射热量和用电设备散热量等 3 个方面对扩展方舱空调热负荷进行精确计算，根据计算结果提出空调的制冷量要求，确保在恶劣环境下设备能正常工作，且保持较高的人员舒适度。本计算方法可为方舱类产品空调热负荷快速计算提供参考。关键词：关键词：高温；扩展方舱；空调；热负荷计算 中图分类号：中图分类号：U664.86 文献文献标志标志码：码：A DOI：10.16443/ki.31-1420.2023.03.006 Calculation of Air Conditioning Heat Load of Extended Shelter LUO Bojun,GU Lizhi,QIN Yi(Shanghai Haixun Electromechanical Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 201111,China)Abstract:A certain expansion shelter needs to be used in high-temperature areas.In response to harsh environments and lower environmental temperature requirements inside the shelter,accurate calculations of the air conditioning heat load of the expansion shelter are made from 3 aspects such as shelter heat storage,solar radiation heat,and electrical equipment heat dissipation.Based on the calculation results,the cooling capacity requirements of the air conditioning are proposed to ensure that the equipment can work normally in harsh environments and maintain high personnel comfort.This calculation method can provide reference for rapid calculation of air conditioning heat load of shelter products.Key words:high temperature;extended shelter;air conditioner;heat load calculation 0 引言引言 扩展方舱作为一种野外条件下为工作人员和电子设备提供适宜环境和安全防护的场所，舱内环境的好坏将对工作人员的心理及生理产生较大的影响，对某些设备的功能也有较大影响。在夏季高温和冬季低温时，舱内若没有空调机（制冷或者制热）工作，工作人员将无法作业，一些电子设备也会因高温失去功能或显示指标不精确，从而产生严重的后果1-2。野外环境复杂，气象条件差异很大。为了获得符合技术指标的舱内环境、满足人机工作的需要，必须对舱内空气进行调节。因此，空调已成为方舱的必备设备之一。针对高温地区使用的扩展方舱，从使用角度来看，扩展方舱配备的空调只需考虑制冷，故仅对扩展方舱进行热负荷计算3。作者简介：罗伯军（1987），男，工程师。研究方向：舰船特种装置。19 1 主要设计技术条件和指标主要设计技术条件和指标 1）扩展方舱外形尺寸（长宽高）：12 192 mm 2 438 mm 2 896 mm。2）扩展方舱舱内部尺寸（需要制冷的空间）扩展前（长 宽 高）：10 350 mm 2 260 mm 2 260 mm。扩展后增加单侧（长宽高）：4 700 mm 1 100 mm 1 850 mm。3）舱内工作人员数量不超过15名。4）温度要求：环境温度为60；舱内温度22。5）布置示意如图1所示。图 1 扩展方舱示意图（单位：mm）2 热负荷计算热负荷计算 扩展方舱内热负荷的来源有以下4个方面：1）外界通过扩展方舱壁板传入扩展方舱内的热量；2）工作人员散发的热量；3）太阳辐射热传入扩展方舱内的热量；4）舱内用电设备的散热量4。2.1 扩展方舱蓄热量扩展方舱蓄热量 Q1 扩展方舱蓄热量Q1简化计算为 Q1=KcpAt （1）式中：Kcp为扩展方舱壁的传热系数，W/(m2)，Kcp=1.5 W/(m2)（外包铝蒙皮内部为聚氨酯发泡层，按GJB 61092007中保温性保温等级取值）；A为扩展方舱内工作舱室的几何面积，m2，按扩展状态计算A132.6 m2；t为扩展方舱内外最大温差，。计算可得Q1=198.9t。2.2 人体散热量人体散热量 Q2 人体散热量Q2计算为 Q2=ng（2）式中：n为人数，取n=15人；g为单人散热量，g=120 W（按ISO 7547中人体静坐和休息取值）。计算可得：Q2=1 800 W。2.3 太阳辐射热量太阳辐射热量 Q3 太阳辐射进入舱内的热量为通过舱顶和向阳面舱壁传入舱内的热量。Q3=KFPT=KFP(TaT)（3）式中：Fp扩展方舱顶壁和最大向阳壁的面积之和，m2；T为太阳辐射下FP表面平均温度Ta与舱外环境温度T之差，Ta=T+20，则T=20。由此可计算得：Q3=2 262 W。2.4 扩展方舱内用电设备散热量扩展方舱内用电设备散热量 Q4 Q4=n1n2n3n4N （4）式中：Q4为所有内部电子设备或其他辅助电气设备的热损耗，W；n1为安装系数（设计功率与安装功率之比），n1=0.7；n2为负荷系数（小时平均功率与设计功率之比），n2=0.7；n3为同时使用系数，n3=0.5；n4为蓄热系数，n4=0.5；N为设计总功耗。安装在舱内的设备总功率为12 865 W，在计算过程中，考虑一定的冗余功率计算，取N=20 000 W。计算可得：Q4=2 450 W。20 cademic Research 技术交流 A 2.5 舱内空气和金属降温所需制冷量舱内空气和金属降温所需制冷量 Q 舱内空气、金属等降温所需制冷量：1niiiQmCt总（5）式中：mi为所制冷的各种材料质量，kg；Ci为所制冷的各种材料比热，kcal/(kg)；Q总为舱体内加热所需热量，W。查阅资料可知：空气C1=0.237 0 kcal/(kg)；铝C2=0.212 2 kcal/(kg)；钢C3=0.111 kcal/(kg)。1 kcal/h=1.163 W。经计算，舱内空气质量m193 kg；舱内需制冷钢质金属质量为1 350 kg；舱内铝质金属质量为750 kg。因 此，舱 体 内 加 热 所 需 热 量 Q总=(m1C1+m2C2+m3C3)t=331t。2.6 制冷量计算制冷量计算 根据以下公式求制冷总量：P0.240.24总QQtWWW（6）式中：t为制冷时间，s；Q为舱体内空气和金属降温所需制冷量，W；W为剩余制冷量，kW；W总为制冷总量，kW；WP为热负荷，kW。当温度从某高温降至某低温时，热负荷 Q热=Q1+Q2+Q3+Q4=6 512+198.9t。由于该降温过程是一个动态的降低过程，最初损失功率为0，最大损失功率为Q热，又因为功率损失与温度降低量成正比，所以该过程损失的平均功率为Wp=(0+Q)/2。因此，Wp=Q热/2=3 256+99.5t。通过以上计算公式，并对相关设计参数进行明确，可求得扩展方舱空调制冷总量如表2所示5。表 1 扩展方舱空调制冷总量计算表 工况条件 舱内温度/舱外温度/Q/W Q1/W Q2/W Q3/W Q4/W t/s W总/W 制冷工况 22 60 12 578.0 7 558.2 1 800.0 2 262.0 2 450.0 2 400.0 28 872.0 2.7 计算结果分析计算结果分析 根据扩展方舱空调制冷总量计算表可知，在40 min（GJB 219B2005）内将扩展方舱内的温度从60 降至22，需要的空调制冷量不小于28.872 kW，可取空调制冷量为30 kW。本扩展方舱配备的空调数量为2台，即单台空调制冷时的制冷量为15 kW。考虑高温制冷情况下的制冷余量，结合GJB 1913A2006军用方舱空调设备通用规范中空调设备额定制冷量优先选用系列，选用单台空调的额定制冷量为20 kW。综合扩展方舱的使用环境要求和空调工作模式，将舱内的温度从60 降到22，需2台空调设备同时制冷；当舱内温度达到22 之后，只需开启1台空调设备便能维持舱内温度，此时空调的工作模式为1用1备。若舱外温度不是很高或舱内温度较低时，只需开启1台空调设备就能将舱内温度降至22 以内。综上所述，选择额定制冷量为20 kW的2台空调便可满足扩展方舱对使用环境的要求。3 结论结论 扩展方舱空调制冷量必须通过理论计算，再结合实际的工作情况选择合适的厂家和产品，必要时在现有产品的基础上进行定制，以便满足实际的使用要求。本次扩展方舱空调热负荷的计算以及选型可为后续相关方舱在高温地区使用的空调热负荷计算提供一定的借鉴。参考文献：参考文献：1 ISO.船舶和海上技术-起居处所的空调和通风设计条件:ISO 7547:2022S.2022.2 国防科学技术工业委员会.军用方舱空调设备通用规范:GJB 1913A2006S.2006.3 中国人民解放军总装备部.军用方舱通用规范:GJB 61092007S.2007.4 中国人民解放军总装备部.军用通信车通用规范:GJB 219B2005S.2005.5 张玉健,顾丛汇,姚寿广.某渔船燃料 LNG 冷能利用方案的设计和优化J.船舶工程,2022,44(1):1-7.