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
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)指標的車內(nèi)環(huán)境,滿足人機工作的需要,必須對方艙進行空氣調(diào)節(jié)。介紹了在方案設(shè)計階段空調(diào)選型應(yīng)考慮的幾個問題,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)境和安全防護的場所,艙內(nèi)環(huán)境的好壞對設(shè)備的正常工作以及操作人員的心理、生理會產(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)指標的車內(nèi)環(huán)境,滿足人機工作的需要,必須對車內(nèi)進行空氣調(diào)節(jié),空調(diào)已成為方艙的必備系統(tǒng)之一。
方案設(shè)計階段,空調(diào)選型主要考慮以下幾個方面:
(1)空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式;
(2)方艙的冷熱負荷;
(3)空調(diào)的使用環(huán)境;
(4)空調(diào)的性能指標。
空調(diào)選型步驟一般為:確定空調(diào)結(jié)構(gòu)形式→方艙冷熱負荷計算→空調(diào)使用環(huán)境影響分析→空調(diào)性能指標核算→確定空調(diào)型號。
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,空調(diào)選型時,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求,結(jié)合方艙設(shè)備布局進行選擇。
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)機和室外機,兩者之間通過液管、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,需處理過線孔。
2.2 方艙的冷熱負荷
準確計算方艙的冷熱負荷是空調(diào)選型合適的前提。夏季冷負荷計算主要考慮人員舒適性,冬季熱負荷計算主要考慮設(shè)備低溫啟動要求。一般方艙夏季冷負荷可根據(jù)方艙尺寸預(yù)估,例如一個CAF40大板式方艙的冷負荷一般為8 159~9 602 W(按照方艙長4 m,寬 2.2 m,高2.2 m,傳熱系數(shù) 2 W/m2·℃考慮)[3]。
方艙的冷熱負荷計算可分為穩(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不隨時間變化,溫度分布規(guī)律按直線變化。不穩(wěn)定傳熱法考慮溫度場隨時間的變化以及熱量傳遞周期性波動等因素。相關(guān)文獻對計算過程有詳細介紹,本文僅針對穩(wěn)定傳熱法介紹一些計算注意事項。
2.2.1 夏季
夏季晴天野外條件下,進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輻射熱;
(3)艙內(nèi)電子設(shè)備無用功轉(zhuǎn)換的熱量;
(4)操作人員的散熱量;
(5)操作人員補充艙外新鮮空氣帶入的熱量。
建議在上述計算基礎(chǔ)上增加20%左右的富裕度,因為除了計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
冬季方艙熱負荷計算需考慮:
(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。
建議計算時對“各種設(shè)備預(yù)熱消耗的熱量”重點關(guān)注。空調(diào)低溫制熱性能的考核通常伴隨對制熱時間的考核,艙內(nèi)的設(shè)備量(特別是金屬件)直接影響制熱時間的長短。計算艙內(nèi)加熱時間是一個瞬態(tài)溫升問題。瞬態(tài)溫升的時間與加熱設(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為加熱時間(s);Cair為空氣比熱,(0~100℃)時取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,抗振、抗沖擊;能承受頻率為5 Hz~200 Hz~5 Hz,負荷為2.5 g的掃描振動以及持續(xù)時間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)境對空調(diào)選型的影響。
2.3.1 環(huán)境試驗工況的一致性
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)隨方艙一起進行高溫工作環(huán)境試驗時,整體放置于環(huán)境試驗箱內(nèi),空調(diào)的室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)溫度均為55℃.和空調(diào)單獨高溫工作相比,隨方艙一起進行高溫工作時的工況更嚴酷。設(shè)計人員在空調(diào)選型時,應(yīng)識別兩種工況的差異,考慮一定設(shè)計余量。
2.3.2 環(huán)境試驗室的影響
根據(jù)GB/T10592-2008《高低溫試驗箱技術(shù)條件》,環(huán)境試驗箱的溫差為±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)空氣目標溫度(℃);Cp為特征溫度Tv時的空氣比熱,(J/(kg·℃));γc為特征溫度Tv時的空氣密度(kg/m3).
2.4.3 漏氣量
對于有大三防(核、生、化)要求的空調(diào),選型時需關(guān)注空調(diào)的漏氣量指標。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》,防護體在達到300 Pa超壓時,漏氣量不大于4.21 m3/h[9].方案設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)指標及方艙的具體情況(門、窗、孔口的大小和數(shù)量)確定空調(diào)的漏氣量指標??照{(diào)設(shè)計時,風(fēng)道法蘭、水槽接縫、風(fēng)機連接處及蒸發(fā)器側(cè)板都需要采取相應(yīng)密封措施。為55℃,試驗箱中局部溫度可能達到57℃.如果空調(diào)的設(shè)計余量不夠,高溫工作工況下可能觸發(fā)空調(diào)壓縮機的熱保護,空調(diào)無法正常工作。此外,空調(diào)隨方艙一起進行環(huán)境試驗時,需盡量避免環(huán)境試驗室的出風(fēng)口靠近空調(diào)室外側(cè)的出風(fēng)口,這樣會引起空氣對流,影響空調(diào)散熱。
2.4 空調(diào)的性能指標
空調(diào)的性能指標除制冷/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。空調(diào)選型時,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)具體要求,對相關(guān)指標進行核算。
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)定條件下進行制冷/熱運行時,所輸入的總功率[7]??照{(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,并在額定制冷運行條件下,單位時間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域送入的風(fēng)量。對于整體外置式空調(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)提供合理的溫度場分布,滿足艙內(nèi)冷熱空氣與空調(diào)的熱交換。空調(diào)的風(fēng)量根據(jù)熱能守恒定律計算[8]。
隨著方艙技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要,軍用空調(diào)在方艙上的使用越來越普遍。選型合適將使產(chǎn)品產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
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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:雷達結(jié)構(gòu)設(shè)計;胡興榮(1982-),男,本科,浙江諸暨人,工程師,研究方向:雷達結(jié)構(gòu)設(shè)計。