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《汽车发动机试验室全室空调系统设计》
更新时间：2020-07-12 13:13:35
摘要：本文介绍了汽车发动机性能试验室全室空调系统的设计，该设计包括系统构成和控制方案、空调负荷计算和一些需要特别处理的问题。关键词...
摘要：本文介绍了汽车发动机性能试验室全室空调系统的设计，该设计包括系统构成和控制方案、空调负荷计算和一些需要特别处理的问题。
关键词：汽车发动机试验室、全室空调系统、系统设计
1.前言
近年来，随着我国汽车工业的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，汽车的产量和购车的人数不断增长，我国和全世界其他国家一样，都面临严峻的节能和环保形势，人们对于汽车性能的要求越来越高，作为汽车的心脏发动机更是首当其冲。国内外发动机生产厂家和科研院所为研发高水平、低污染、高效率的发动机做出了巨大的努力，建设高水平的发动机试验室是必要的措施之一。大气参数对发动机性能有重要的影响，为排除自然季节和气候变化对试验结果的干扰，确保试验结果的******性、同一性、可比性，并缩短开发周期，对试验环境大气和发动机燃烧空气的参数进行控制是必要的；很多生产厂家、科研院所的发动机试验室采用了全室空调和发动机进气空调系统。本设计主要是针对国内某混合动力发动机试验室产品性能测试的要求设计的全室空调系统，包括冷源、进气空调、循环风和控制四个子系统。2.工程概况
2.1
该发动机试验室内部尺寸为 12000×8000×4200，试验室上层为配电间和空调机房，下
层为电力测功机、油耗仪、油温和水温控制设备试验间。试验室平面中部安装 6400×4500
的发动机实验台座，台座边沿为金属格栅地坪，以利于地坪上下空气的流通。
2.2 本设计的汽车发动机试验室全室空调系统采用统一的冷源机组和控制系统，实现发动机进气参数控制和试验环境空气调节的双重任务，其系统组成和流程如图 1.所示。
2.3 设计参数如下表 1：
3.1 围护结构负荷Q1
（1）围护结构夏季空调负荷计算（取夏季极限温度 40℃，φ=80％） 墙体和屋面传热得热引起的冷负荷 Q=KF△t
其中：K 为墙体或屋面的传热系数，
F 为外表面积，
△t 为室内外传热温差
（2）围护结构冬季采暖负荷
取冬季控制室内温度 15℃,其余按***冷-17.3℃计算，由于试验过程中设备自身产热,室内控制在 20℃即可
3.2 室内散热Q2
根据需方提供的室内设备动力和照明情况，可得出室内动力散热总和。
3.3 新风负荷计算Q3
（1） 新风风量估算
a. 发动机满负荷******耗气量为W1；
的发动机实验台座，台座边沿为金属格栅地坪，以利于地坪上下空气的流通。
2.2 本设计的汽车发动机试验室全室空调系统采用统一的冷源机组和控制系统，实现发动机进气参数控制和试验环境空气调节的双重任务，其系统组成和流程如图 1.所示。
2.3 设计参数如下表 1：
| 项目 | 单位 | 冬季 | 夏季 | |
| 室内空调状态参数 |
干球温度 | ºC | 25±5 | |
| 相对湿度 | % | 65±20 | ||
| 进气空调状态参数 |
干球温度 | ºC | 25±2 | |
| 相对湿度 | % | （40～70）±5 | ||
| 室外计算参数 |
干球温度 | ºC | -17.3 | 40 |
| 相对湿度 | % | 50 | 80 | |
3. 空调负荷计算
3.1 围护结构负荷Q1
（1）围护结构夏季空调负荷计算（取夏季极限温度 40℃，φ=80％） 墙体和屋面传热得热引起的冷负荷 Q=KF△t
其中：K 为墙体或屋面的传热系数，
F 为外表面积，
△t 为室内外传热温差
（2）围护结构冬季采暖负荷
取冬季控制室内温度 15℃,其余按***冷-17.3℃计算，由于试验过程中设备自身产热,室内控制在 20℃即可
3.2 室内散热Q2
根据需方提供的室内设备动力和照明情况，可得出室内动力散热总和。
3.3 新风负荷计算Q3
（1） 新风风量估算
a. 发动机满负荷******耗气量为W1；
b. 考虑到室内发动机工作时不可避免产生对室内空气的污染，按行业规范取四次新风换气，得到换气量W2；
c. 取新风总量为W≥W1+ W2
（2） 新风负荷计算
a. 夏季制冷：按夏季***热天计算 从 40℃，φ=80％，新风处理至 25℃，相对湿度 65
％，取送风点为 23℃，φ=65％。则所需制冷量Q3=m⊿h。
b. 冬季加热负荷：按冬季***冷天 –17.3℃,相对湿度 50％,加热升温至 23℃, φ=40％， 则算得冬季所需的******加热量和加湿量。
3.4 发动机试验散热Q4
综合相关资料的数据，发动机输出功率约占燃料燃烧热值的 30%，试验时发动机散发在试验室内的热量约占燃料燃烧热的 15%（综合发动机水套散热、机油散热、排气散热和辐射散热四部分热量在室内散发的热量），即按发动机的输出功率计算，大约 50%的热量会散发在试验室内（Q4＝15%×发动机功率÷30%）。
3.5 总负荷见
考虑到外界工况和设备长期使用的能量衰减，总空调负荷:
Q﹥Q1+ Q2+ Q3+Q4
3.6 送风量的确定
根据空调负荷计算，试验室需求******空调负荷Q，其中由循环风从室内带走热量为Q1+ Q2+Q4, 考虑到室内换气次数远大于 20 次/h，根据行业规范，取送风温差为 2℃，房间风温度为 18℃，相对湿度为 90％，故带走该热量所需要的风量m= （Q1+ Q2+ Q3）÷⊿h
4.1 系统流程见图 2：
4.2 系统控制方案
(1)
进气空调机和循环风空调器所需冷源由 CW 系列螺杆冷水机组提供，总制冷量 Q；
(2) 正常试验时，根据室内送回风的温差自动调节循环风空调器风机电机的频率，确保与发动机散热的匹配精度；
(3) 进气空调机风机根据室内外的压差自动调频以合理控制进气量，确保发动机
c. 取新风总量为W≥W1+ W2
（2） 新风负荷计算
a. 夏季制冷：按夏季***热天计算 从 40℃，φ=80％，新风处理至 25℃，相对湿度 65
％，取送风点为 23℃，φ=65％。则所需制冷量Q3=m⊿h。
b. 冬季加热负荷：按冬季***冷天 –17.3℃,相对湿度 50％,加热升温至 23℃, φ=40％， 则算得冬季所需的******加热量和加湿量。
3.4 发动机试验散热Q4
综合相关资料的数据，发动机输出功率约占燃料燃烧热值的 30%，试验时发动机散发在试验室内的热量约占燃料燃烧热的 15%（综合发动机水套散热、机油散热、排气散热和辐射散热四部分热量在室内散发的热量），即按发动机的输出功率计算，大约 50%的热量会散发在试验室内（Q4＝15%×发动机功率÷30%）。
3.5 总负荷见
考虑到外界工况和设备长期使用的能量衰减，总空调负荷:
Q﹥Q1+ Q2+ Q3+Q4
3.6 送风量的确定
根据空调负荷计算，试验室需求******空调负荷Q，其中由循环风从室内带走热量为Q1+ Q2+Q4, 考虑到室内换气次数远大于 20 次/h，根据行业规范，取送风温差为 2℃，房间风温度为 18℃，相对湿度为 90％，故带走该热量所需要的风量m= （Q1+ Q2+ Q3）÷⊿h
4 系统流程和控制方案设计
4.1 系统流程见图 2：
4.2 系统控制方案
(1)
进气空调机和循环风空调器所需冷源由 CW 系列螺杆冷水机组提供，总制冷量 Q；(2) 正常试验时，根据室内送回风的温差自动调节循环风空调器风机电机的频率，确保与发动机散热的匹配精度；
(3) 进气空调机风机根据室内外的压差自动调频以合理控制进气量，确保发动机
(4) 进气空调及循环风空调器进水口均设计安装比例调节阀，以******响应发动机转速变化而带来的冷量需求的变化；
(5) 试验前及试验期间，CW 系列螺杆冷水机组将根据设定的出水温度实现自动无级能
调。
5. 其它设计要点
5.1 排烟管路设计
由于发动机排气温度******可达 800℃左右，高温尾气不能直接被排烟风机抽吸排放到室外，必须经过与常温空气混合冷却后再排至室外，故按图 3 所示设计排烟管路：
排烟风机所抽出空气由三部分组成：发动机尾气、部分室内空气、外界空气，在混合点A 处装一个压力传感器，用于控制外界空气进入风阀的开启度，确保尾气的正常排出并控制排烟温度不超过 150℃。
5.2 进气空调系统进气管路
为确保实验的******性，应将进气空调的供气管直接引至发动机吸气口，确保发动机正常工作时的吸气温度和湿度负荷相关标准的要求。为此在试验室顶部楼板上预留φ250 圆孔， 供新风管路的安装。为******进气管路与不同型式的发动机进气口有良好的适应性，本设计采用尼德曼活动臂管作为进气空调室
图 4. 尼德曼活动臂管
内部分的连接管路（图 4）。该活动臂管是管道和支撑一体的新产品，内含金属构架，可自行独立支撑，使风管安置在三维空间的任何位置而无须任何其它的辅助固定和支撑方式，在管道出气口配置专门的吸风罩，可以很好地适应发动机吸气口的形状。该设计成功解决了传统进气管道复杂的室内安装方式，大大节约了试验室室内空间，方便试验工作。