1 前言

空调系统制冷量过小会导致驾驶室降温困难，影响舒适度，而制冷量过大则又会消耗过多的发动机功率，影响整车动力性；因此合理的空调制冷量设计至关重要。通常确定某车型的制冷量大小需要通过热负荷分析计算。驾驶室的热负荷来源主要有玻璃传热、车身结构传热、新风进气带来的热量、人体散发的热量以及驾驶室内电器件的散热，本文主要从这几个方面进行稳态计算。

2 热负荷理论计算

2.1 光照强度计算公式

设定地点为海口（北纬20°），车辆正中午时向南行驶，前脸正对太阳，故受太阳辐射的只有车前脸和车顶。取α =78°；前脸正对太阳β=0°。阳光的辐射包含直射辐射和散射辐射两部分，其计算如下：

（1）阳光在水平面上的直射辐射强度JS.Z

（1）

式中：I0为地面附近太阳直射辐射强度，单位W；I为太阳常数，单位W，太阳与地球之间年平均距离时，在地球的上边界处，垂直阳光表面上的太阳辐射强度，其值为1353W/m2；A为大气透明率（通常取）；m为大气透明系数；α为太阳高度角，单位°。

（2）阳光在竖直平面上的直射辐射强度JC.Z

（4）

式中：β为太阳辐射线在水平面上的投影与竖直面的法线的夹角。

（3）阳光在水平面散射辐射强度JS.S

散射辐射是阳光进入大气层之后，由于空气等的作用向天空各个方向反射、折射的散乱光线，主要以短波辐射为主

（5）

（4）阳光在竖直面散射辐射强度JC.S

2.2 传热系数计算公式

2.2.1无空气夹层传热系数计算公式

非中空玻璃可以看做是单层平板壁面，无空气夹层的车身可以看做是几层不同属性材料叠放在一起而组成的复合壁面；其传热系数可以按下式计算。

（7）

式中：αw为汽车车体外表面与室外空气的对流换热系数，单位W/ （m2.K）；αn为汽车车体内表面与室内空气的对流换热系数，单位W/ （m2.K）；Vw为汽车行驶速度，单位m/s；Vn为室内近壁面空气流速，单位m/s；δi为车身各部分结构材料厚度，单位m；λi为车身各部分材料导热系数，单位W/（m.K）。

2.2.2有空气层传热系数计算公式

有空气层的传热，空气层看做是自然对流（根据传热学，空气自然对流传热系数h的值为1-10W/（m2.K），本计算取空气自然对流传热系数为h=5W/（m2.K）。

有空气层的车身结构传热系数计算公式如下：

（10）

式中：h为空气自然对流传热系数，单位W/（m2.K）；λair为空气导热系数，单位W/ （m2.K）；δair为空气夹层厚度，单位m。

2.3 日照表面综合温度计算公式

被太阳照射的车身壁面温度通常高于环境温度，通常车身外表面温度称为日照表面综合温度，其计算公式如下：

（11）

式中：t0为车外环境温度，单位℃；ρ为车身表面吸收系数，（黑色0.89，白色或淡黄色，深绿或深红0.81-0.9）；Ii为各部分光照辐射（计算时需同时考虑太阳直射辐射和散射辐射）；Ki为各部分传热系数，单位W/ （m2.K）。

2.4 挡风玻璃及门窗玻璃传入驾驶室热负荷

2.4.1玻璃辐射热

通过玻璃辐射传入驾驶室的热负荷为：

（12）

式中：Sgh为玻璃的水平投影面积，单位m2；Sgv为玻璃的竖直投影面积，单位m2；η为阳光通过玻璃的透入系数，取η=0.84；C为玻璃修正系数，取C=1。

2.4.2玻璃环境传导热

由于驾驶室内温度低于外侧温度，温差使热量通过传导方式进入驾驶室内，通过玻璃传导进入驾驶室内的热量按式-13进行计算。

（13）

式中：Qg2为通过玻璃传入的热负荷，单位W；Kg为玻璃导热系数，单位W/（m2.K）；Sg为玻璃面积，单位m2；t为车内温度，单位℃。

前档玻璃，侧窗玻璃，天窗玻璃都会通过热传导向驾驶室内传递热量，且前档、侧窗和天窗的日照表面综合温度也不一样，各部分的传导热要分别进行计算。

2.4.3玻璃传热

通过玻璃传入驾驶室的热负荷为：

（14）

式中：Qg为通过玻璃传入的热负荷，单位W。

2.5 车身结构传入驾驶室热负荷