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        軍用方艙空調(diào)選型注意事項(xiàng)

        2017-11-17 07:16:06魏勇亮胡興榮
        裝備制造技術(shù) 2017年9期
        關(guān)鍵詞:軍用方艙選型

        魏勇亮,胡興榮

        (上海航天電子技術(shù)研究所上海201109)

        軍用方艙空調(diào)選型注意事項(xiàng)

        魏勇亮,胡興榮

        (上海航天電子技術(shù)研究所上海201109)

        為了獲得符合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的車內(nèi)環(huán)境,滿足人機(jī)工作的需要,必須對(duì)方艙進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。介紹了在方案設(shè)計(jì)階段空調(diào)選型應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題,為空調(diào)在軍用方艙中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

        空調(diào);選型;軍用方艙

        方艙作為一種野外條件下為操作人員和電子設(shè)備提供適宜環(huán)境和安全防護(hù)的場(chǎng)所,艙內(nèi)環(huán)境的好壞對(duì)設(shè)備的正常工作以及操作人員的心理、生理會(huì)產(chǎn)生較大的影響[1]。

        由于野外環(huán)境復(fù)雜,氣象條件差異很大,為了獲得符合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的車內(nèi)環(huán)境,滿足人機(jī)工作的需要,必須對(duì)車內(nèi)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié),空調(diào)已成為方艙的必備系統(tǒng)之一。

        1 空調(diào)選型步驟

        方案設(shè)計(jì)階段,空調(diào)選型主要考慮以下幾個(gè)方面:

        (1)空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式;

        (2)方艙的冷熱負(fù)荷;

        (3)空調(diào)的使用環(huán)境;

        (4)空調(diào)的性能指標(biāo)。

        空調(diào)選型步驟一般為:確定空調(diào)結(jié)構(gòu)形式→方艙冷熱負(fù)荷計(jì)算→空調(diào)使用環(huán)境影響分析→空調(diào)性能指標(biāo)核算→確定空調(diào)型號(hào)。

        2 空調(diào)選型注意事項(xiàng)

        2.1 空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式

        方艙空調(diào)按照結(jié)構(gòu)形式,可分為整體式和分體式兩種。整體式包括窗式、外置式和頂置式;分體式包括落地式、壁掛式和分立式。方艙空調(diào)中較常見的是整體外置式、整體頂置式和分體壁掛式[2]。三種結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)缺點(diǎn),空調(diào)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求,結(jié)合方艙設(shè)備布局進(jìn)行選擇。

        1)整體外置式:裝在方艙外部,不占用艙內(nèi)空間,利用艙內(nèi)風(fēng)道把冷熱風(fēng)沿艙頂四周均勻排放,符合人機(jī)環(huán)境,噪聲大。

        2)整體頂置式:裝在方艙頂部,占用高度方向空間,噪聲大。

        3)分體壁掛式:包括室內(nèi)機(jī)和室外機(jī),兩者之間通過(guò)液管、電纜連接。噪聲小,占用艙內(nèi)空間,送風(fēng)范圍小。方艙有電磁屏蔽要求時(shí),需處理過(guò)線孔。

        2.2 方艙的冷熱負(fù)荷

        準(zhǔn)確計(jì)算方艙的冷熱負(fù)荷是空調(diào)選型合適的前提。夏季冷負(fù)荷計(jì)算主要考慮人員舒適性,冬季熱負(fù)荷計(jì)算主要考慮設(shè)備低溫啟動(dòng)要求。一般方艙夏季冷負(fù)荷可根據(jù)方艙尺寸預(yù)估,例如一個(gè)CAF40大板式方艙的冷負(fù)荷一般為8 159~9 602 W(按照方艙長(zhǎng)4 m,寬 2.2 m,高2.2 m,傳熱系數(shù) 2 W/m2·℃考慮)[3]。

        方艙的冷熱負(fù)荷計(jì)算可分為穩(wěn)定傳熱法和不穩(wěn)定傳熱法[4]。穩(wěn)定傳熱法是假定溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化,溫度分布規(guī)律按直線變化。不穩(wěn)定傳熱法考慮溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化以及熱量傳遞周期性波動(dòng)等因素。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)計(jì)算過(guò)程有詳細(xì)介紹,本文僅針對(duì)穩(wěn)定傳熱法介紹一些計(jì)算注意事項(xiàng)。

        2.2.1 夏季

        夏季晴天野外條件下,進(jìn)入方艙的熱量主要包括:

        (1)方艙內(nèi)外溫差引起的傳導(dǎo)熱;

        (2)艙體外表面吸收的太陽(yáng)輻射熱;

        (3)艙內(nèi)電子設(shè)備無(wú)用功轉(zhuǎn)換的熱量;

        (4)操作人員的散熱量;

        (5)操作人員補(bǔ)充艙外新鮮空氣帶入的熱量。

        建議在上述計(jì)算基礎(chǔ)上增加20%左右的富裕度,因?yàn)槌擞?jì)算中的不確定因素外,還需要注意:空調(diào)制冷量一般指額定工況下的制冷量,高溫工況下的制冷量會(huì)降低。根據(jù)GJB1913A-2006《軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》[5],空調(diào)在高溫工況下的制冷量要求為不小于額定工況制冷量的70%.

        2.2.2 冬季

        冬季方艙熱負(fù)荷計(jì)算需考慮:

        (1)方艙內(nèi)外溫差引起的傳導(dǎo)熱;

        (2)操作人員補(bǔ)充艙外新鮮空氣帶入的熱量;

        (3)各種設(shè)備預(yù)熱消耗的熱量。

        建議計(jì)算時(shí)對(duì)“各種設(shè)備預(yù)熱消耗的熱量”重點(diǎn)關(guān)注。空調(diào)低溫制熱性能的考核通常伴隨對(duì)制熱時(shí)間的考核,艙內(nèi)的設(shè)備量(特別是金屬件)直接影響制熱時(shí)間的長(zhǎng)短。計(jì)算艙內(nèi)加熱時(shí)間是一個(gè)瞬態(tài)溫升問(wèn)題。瞬態(tài)溫升的時(shí)間與加熱設(shè)備的功率、艙內(nèi)各部件的位置、質(zhì)量及艙內(nèi)空氣比熱存在如下關(guān)系:

        式中,P 為加熱設(shè)備功率(W);t為加熱時(shí)間(s);Cair為空氣比熱,(0~100℃)時(shí)取1 000 J/(kg·℃);Mair為艙內(nèi)空氣質(zhì)量(kg);ΔT為溫升(℃);Ci為設(shè)備比熱,鋁合金取880 J/(kg·℃),鋼取480 J/(kg·℃);Mi為艙內(nèi)設(shè)備質(zhì)量(kg).

        2.3 空調(diào)的使用環(huán)境

        軍用空調(diào)的使用環(huán)境溫度一般為-45~55℃.結(jié)構(gòu)上加固設(shè)計(jì),抗振、抗沖擊;能承受頻率為5 Hz~200 Hz~5 Hz,負(fù)荷為2.5 g的掃描振動(dòng)以及持續(xù)時(shí)間11 ms,峰值加速度15 g的沖擊;能在海拔4 550 m以下正常工作,能在經(jīng)受6 mm/min,持續(xù)時(shí)間60 min的降雨環(huán)境后正常工作。下面以高溫工作工況為例,介紹使用環(huán)境對(duì)空調(diào)選型的影響。

        2.3.1 環(huán)境試驗(yàn)工況的一致性

        根據(jù)GJB1913A-2006《軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》,空調(diào)在高溫工作工況下對(duì)空氣溫度的要求是:室外側(cè)55℃,室內(nèi)側(cè)40℃[5].當(dāng)空調(diào)隨方艙一起進(jìn)行高溫工作環(huán)境試驗(yàn)時(shí),整體放置于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi),空調(diào)的室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)溫度均為55℃.和空調(diào)單獨(dú)高溫工作相比,隨方艙一起進(jìn)行高溫工作時(shí)的工況更嚴(yán)酷。設(shè)計(jì)人員在空調(diào)選型時(shí),應(yīng)識(shí)別兩種工況的差異,考慮一定設(shè)計(jì)余量。

        2.3.2 環(huán)境試驗(yàn)室的影響

        根據(jù)GB/T10592-2008《高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》,環(huán)境試驗(yàn)箱的溫差為±2℃[6].系統(tǒng)高溫工作溫度

        式中,Gv為空氣的體流量(m3/h);Q為方艙夏季熱負(fù)荷(W);Tv為艙內(nèi)空氣平均溫度,Tv=(T1+T2)/2(℃);T1為艙內(nèi)空氣初始溫度(℃);T2為艙內(nèi)空氣目標(biāo)溫度(℃);Cp為特征溫度Tv時(shí)的空氣比熱,(J/(kg·℃));γc為特征溫度Tv時(shí)的空氣密度(kg/m3).

        2.4.3 漏氣量

        對(duì)于有大三防(核、生、化)要求的空調(diào),選型時(shí)需關(guān)注空調(diào)的漏氣量指標(biāo)。根據(jù)GJB1629-1993《軍事后勤裝備防核、生物、化學(xué)武器通用規(guī)范》,防護(hù)體在達(dá)到300 Pa超壓時(shí),漏氣量不大于4.21 m3/h[9].方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)及方艙的具體情況(門、窗、孔口的大小和數(shù)量)確定空調(diào)的漏氣量指標(biāo)??照{(diào)設(shè)計(jì)時(shí),風(fēng)道法蘭、水槽接縫、風(fēng)機(jī)連接處及蒸發(fā)器側(cè)板都需要采取相應(yīng)密封措施。為55℃,試驗(yàn)箱中局部溫度可能達(dá)到57℃.如果空調(diào)的設(shè)計(jì)余量不夠,高溫工作工況下可能觸發(fā)空調(diào)壓縮機(jī)的熱保護(hù),空調(diào)無(wú)法正常工作。此外,空調(diào)隨方艙一起進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí),需盡量避免環(huán)境試驗(yàn)室的出風(fēng)口靠近空調(diào)室外側(cè)的出風(fēng)口,這樣會(huì)引起空氣對(duì)流,影響空調(diào)散熱。

        2.4 空調(diào)的性能指標(biāo)

        空調(diào)的性能指標(biāo)除制冷/熱量外,還包括:制冷/熱消耗功率、風(fēng)量、漏氣量、風(fēng)壓、重量等??照{(diào)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)具體要求,對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行核算。

        2.4.1 制冷/熱消耗功率

        根據(jù)GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》,空調(diào)的制冷/熱消耗功率指空調(diào)在額定工況和規(guī)定條件下進(jìn)行制冷/熱運(yùn)行時(shí),所輸入的總功率[7]。空調(diào)的制冷消耗功率可查詢空調(diào)廠家的產(chǎn)品目錄,高溫下的制冷消耗功率大于常溫下的制冷消耗功率,采用電加熱的空調(diào)制熱消耗功率略高于制熱量。

        2.4.2 循環(huán)風(fēng)量

        空調(diào)的循環(huán)風(fēng)量指空調(diào)在通風(fēng)門和排風(fēng)門完全關(guān)閉,并在額定制冷運(yùn)行條件下,單位時(shí)間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域送入的風(fēng)量。對(duì)于整體外置式空調(diào),利用艙內(nèi)風(fēng)道把冷熱風(fēng)沿艙頂四周均勻排放,為艙內(nèi)提供合理的溫度場(chǎng)分布,滿足艙內(nèi)冷熱空氣與空調(diào)的熱交換??照{(diào)的風(fēng)量根據(jù)熱能守恒定律計(jì)算[8]。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        隨著方艙技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,軍用空調(diào)在方艙上的使用越來(lái)越普遍。選型合適將使產(chǎn)品產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

        [1]姚東松.方艙空調(diào)機(jī)的選用[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2008(14):55-57.

        [2]金文麗,周愛(ài)民.機(jī)動(dòng)式軍用空調(diào)選型方法研究[J].電子機(jī)械工程,2010(3):9-11.

        [3]合肥天鵝制冷科技有限公司.軍用空調(diào)優(yōu)選目錄[Z].

        [4]于戰(zhàn)果.軍用廂式車輛空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法研究[J].專用汽車,2001(2):6-10.

        [5]GJB1913A-2006.軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范[S].北京:總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部,2006.

        [6]GB/T10592-2008.高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

        [7]GB/T7725-2004.房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

        [8]靳曉麗.軍用空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程,2009(5):16-20.

        [9]GJB1629-1993.軍事后勤裝備防核、生物、化學(xué)武器通用規(guī)范[S].北京:總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部,1993.

        Attentions for Model Selection of Air Conditionerusing in Military Shelter

        WEI Yong-liang,HU Xing-rong
        (Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute,Shanghai 201109,China)

        Air-conditioning is necessary for military shelter in order to obtain the environment in line with the technical and tactical indicators,and also for man-machine engineering.Several key issues in model selection of air conditioner are introduced in this paper,which could be used as reference for air conditioner using in military shelter.

        air conditioner;model selection;military shelter

        TB657.2

        A

        1672-545X(2017)09-0080-02

        2017-06-04

        魏勇亮(1981-),男,碩士,安徽蕪湖人,工程師,研究方向:雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);胡興榮(1982-),男,本科,浙江諸暨人,工程師,研究方向:雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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