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。

1 空調(diào)選型步驟

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 空調(diào)選型注意事項

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]。

3 結(jié)束語

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。

[1]姚東松.方艙空調(diào)機的選用[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2008（14）：55-57.

[2]金文麗，周愛民.機動式軍用空調(diào)選型方法研究[J].電子機械工程，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)負荷計算方法研究[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:總裝備部軍標出版發(fā)行部，2006.

[6]GB/T10592-2008.高低溫試驗箱技術(shù)條件[S].北京:中國標準出版社，2008.

[7]GB/T7725-2004.房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國標準出版社，2004.

[8]靳曉麗.軍用空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子機械工程，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。