掃路機空調系統改進

馮英達 溫玉霜 蘇忠浩

摘 要：掃路機作為清掃保潔設備，需要連續在道路上進行清掃保潔作業，為了隔音和降塵，駕駛室為封閉空間。為了提高駕駛員的舒適性，本文針對掃路機駕駛室空調系統的制冷性能進行了匹配計算。

關鍵詞：掃路機;空調系統

引言：

掃路機為一種自制底盤的小型清掃設備，主要應用于非機動車道、人行道、狹小巷道、廣場等場所，尺寸小巧，轉向靈活，多為鉸接式底盤。為了便于觀察，擴大視野，提高駕駛安全性，鉸接式掃路機的駕駛室環周視野一般超過270°，采用三面玻璃的超大視野設計。這樣也就導致掃路機在夏季、冬季隔熱性和保溫性不足，為了提高駕駛員的舒適性，空調的制冷與制熱性能顯得尤為重要。

1 現有空調系統問題分析

根據用戶使用體驗，進行調研，總結現款掃路機空調系統問題有以下幾點：

（1）空調制冷效果不明顯，出風口位置正對著小腿，導致小腿局部過冷，頭部體感較熱;（2）雨天駕駛室玻璃沒有除霧功能，導致視野受限，影響安全。

針對以上問題進行分析，得出結論如下：

（1）空調出風口設計位置實際體驗較差，同時風道密封性不好，導致冷效果損失較嚴重;（2）玻璃面積過大，陽光可以曬到駕駛員，因此需要核算空調制冷量，驗證選型是否滿足制冷需求;（3）掃路機存在雨天工作的需求，因此增加除霧功能。

2 空調系統改進方案

原空調系統的蒸發器位于座椅下方，進風口為座椅安裝板的頂部，出風口為座椅安裝板的前部，出風正對腿的位置。夏天天熱時，冷風吹到人體頭部相較于其它部位更能讓人感覺涼爽，因此將出風口改到駕駛室頂部，出風口風向可以調節。采用3+2出風口設計，3個出風口負責調節溫度，2個出風口用于吹向玻璃進行除霧。同時對空調各風道連接口增加海綿密封，減小損失。

3 空調系統匹配計算

為了驗證空調性能是否滿足駕駛室的實際需求，對空調系統需要進行匹配計算驗證。空調系統的匹配計算分為夏季制冷性能計算和冬季制熱性能計算，由于制熱性能用戶反饋良好，因此本文只針對制冷進行校核計算。

3.1空調系統校核

空調系統的總負荷包括玻璃的溫差傳熱和日射得熱、室內與室外產生的熱交換、車身傳熱量、人體的熱負荷、整車濕負荷，即Q = Q玻+Q新+ Q車身+ Q人+Q濕。

3.1.1 玻璃的溫差傳熱和日射得熱

Q玻=QG1+QG2=K玻A玻△t+（η+ραB/α）U×S

式中：QG1為由于車內外溫差而傳入的熱量;QG2為由于太陽輻射而傳熱的熱量;K玻為綜合傳熱系數，取值為6.4w/m2.℃;A玻為玻璃總面積3.44m2;Η為太陽輻射通過玻璃的透入系數，此處取0.56;Ρ為玻璃對太陽輻射熱的吸收系數，此處取0.34;αB為內表面放熱系數，一般取16.7 w/m2.℃;αH為車外空氣與日照表面的對流放熱系數，與車速有關;U為車窗的太陽輻射量;S為遮陽修正系數，此處取0.46。

U=A玻IG+（A玻-A玻）×IS

式中：A玻為玻璃陽面投影總面積，A玻=3.415 m2; IG 為車窗外表面的太陽輻射強度，取1000W/ m2;IS為車窗外表面的太陽散射輻射強度，取41.7W/ m2。

3.1.2 室內與室外產生的熱交換

式中：n為乘員人數，n=1;l0為新風量/人.小時，取值11m3/h.人（最小不小于10 m3/h.人）;ρ為空氣密度，取1.14kg/m3;h0為室外空氣的焓值;hi為車室內空氣的焓值。此工況下，車室內空氣的相對濕度為50%，車室外相對濕度為50%，由H-D圖可查。

3.1.3 車身傳熱量

車身傳熱量包括車頂、側面、底板三部分的熱負荷之和，Q車身=KF（tm-ti）。

式中：K為車身各部分的綜合傳熱系數，參考其它資料，取：K=4.8w/m2.℃;tm為車身表面的當量溫度，ti為車室內的空氣溫度。

式中：t0為室外溫度;IG ，IS為太陽的直射強度和散射強度;ε為表面吸收系數，它與車身的顏色有關，ε，現取車身表面顏色為黑色，故取ε=0.8;α為室外空氣的對流換熱系數：40.6 w/m2.℃。

3.1.4 人體的熱負荷

環境模擬試驗條件中乘坐人員為1人，參考相關資料，取司機的熱負荷Q司機=170W。

3.1.5 整車濕負荷

在空調系統的制冷的過程中，在降低車室內空氣的溫度的同時，一部分空氣中水蒸汽也被冷卻下來，形成冷卻水。

（1）在29℃的環境條件下，人體的散濕量約為d0=56g/h，故總散濕量為：D0 = nd0 = 56 g/h

（2）車室內總質量為：M =ρv =0.969（Kg）

在29℃，相對濕度為50%的環境條件下，其含濕量為d1=9.3g/Kg，h1=47.8kJ/kg，設蒸發器表面空氣溫度8℃，此處相對濕度為100%的濕空氣，在24℃環境時，相對濕度為36%，含濕量為d2=6.7 g/Kg，h2=41 kJ/kg。

假設風機在整車上的風量為L0=480m3/h，故由于人體散濕而產生的含濕量的增加為：Δd = D0×（V/ L0）÷M=0.1（g/Kg）。

由H-D圖可知，△H=0.3 kJ/kg，=45.6（W）

3.2空調系統選型

由計算可知，制冷量實際需求2184W，空調系統制冷量為3000W，滿足使用要求。原反饋的制冷量不足是由于密封性不佳以及風道布置不合理導致的。

4 試驗驗證

4.1試驗工況

時間：12：40-13：20;天氣：晴;溫度：35℃;風力：一級。

掃路機停止在調試場向陽處，上電后僅空調制冷工作，調節溫控開關使制冷功率達到最大，風速調到三擋，記錄空調制冷過程中的溫度及相對濕度隨時間的變化;

4.2試驗數據

5 結論

夏季太陽輻射強烈，在環境溫度為35℃左右時，掃路機駕駛室內最高溫度可達50℃以上。掃路機空調啟動制冷作業后，前5min內駕駛室可降溫約20℃，達到30℃左右，同時相對濕度有較大上升;工作15min以后駕駛室內的溫度和相對濕度趨于穩定，保持在27℃溫度和31%相對濕度的較為舒適的區間。總體來說，空調制冷作業性能良好，可達到較好的降溫加濕效果。

通過改進后的空調系統，制冷效果達到了預期，同時增加了除霧功能，滿足了用戶實際使用需求，提高了駕駛感受，增加了產品競爭力。

參考文獻：

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