制冷專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(家用空調(diào))(論文+DWG圖紙),制冷,專業(yè),畢業(yè)設(shè)計(jì),家用空調(diào),論文,dwg,圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表 （中期教學(xué)檢查用） 學(xué)生姓名 專業(yè) 熱能與 動(dòng)力工程 班級(jí) 指導(dǎo)教師姓 名 課題名稱 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 個(gè)人作息時(shí) 間 上午 自8 時(shí) 至 12 時(shí) 下午 自 15 時(shí) 至 18 時(shí) 晚上 自 19 時(shí) 至 21 時(shí) 工作地點(diǎn) 上午 圖書(shū)館 下午 教學(xué)樓 晚上 機(jī)房 個(gè)人精力實(shí)際投入 日平均工作時(shí)數(shù) 9 周平均工作時(shí)數(shù) 45 迄今缺席天數(shù) 0 出勤 率% 100% 指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù) 3 每周指導(dǎo) 時(shí)間（小時(shí)） 6 備注 有問(wèn)題隨時(shí)可以找老師咨詢 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度 已完成的主要內(nèi)容 % 待完成的主要內(nèi)容 % 文獻(xiàn)綜述 英文翻譯 熱力計(jì)算 蒸發(fā)器、冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 開(kāi)題報(bào)告表、學(xué)生自查表 50% 配件選型 說(shuō)明書(shū) 圖紙 50% 存在問(wèn)題 1、不清楚空調(diào)器室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配。 2、管路設(shè)計(jì)不合理。 3、毛細(xì)管長(zhǎng)度計(jì)算不合適。 4、配件的選型不合適。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生開(kāi)題報(bào)告表 課題名稱 一拖二熱泵型空調(diào)器（KFR-20GW×2） 課題來(lái)源 系 選 課題類型 A 導(dǎo) 師 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 一、資料 GB/T7725-1996 房間空氣調(diào)節(jié)器 空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè) 制冷原理與設(shè)備 二、目的 （1）鍛煉學(xué)生的協(xié)調(diào)能力和聯(lián)合公關(guān)能力（2）綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)、外文翻譯和文獻(xiàn)檢索能力。（3）解決具體工程問(wèn)題的能力。（4）開(kāi)拓創(chuàng)新的能力 三、要求 1、 認(rèn)真進(jìn)行實(shí)習(xí)（調(diào)研）、完成實(shí)習(xí)（調(diào)研）報(bào)告。 2、 閱讀文獻(xiàn)寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述。 3、 按統(tǒng)一格式完成開(kāi)題報(bào)告。 4、 閱讀英文文獻(xiàn)，并譯成中文（不少于5000漢字）。 5、 設(shè)計(jì)計(jì)算至少有兩部分為上機(jī)計(jì)算 6、 規(guī)范繪制圖樣，上機(jī)繪圖不少于二張圖紙、一張零件圖。 7、 英中文對(duì)照摘要，中文不少于400字。 8、 按統(tǒng)一格式編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，不少于30000字。 9、 有全部設(shè)計(jì)的紙介質(zhì)文檔和電子文檔。 四、思路 根據(jù)房間空調(diào)器的名義工況，進(jìn)行熱力計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)工況下計(jì)算壓縮機(jī)的制冷量。進(jìn)行熱力計(jì)算，換熱的設(shè)計(jì)計(jì)算、壓縮機(jī)的選擇，節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇，風(fēng)機(jī)的選擇。然后，進(jìn)行畫(huà)圖：包括室、內(nèi)外機(jī)裝配圖，冷凝器部裝圖及零件設(shè)計(jì)圖樣。 五、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排 第一周：熟悉任務(wù)，學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論； 第二周：查資料，寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，外文翻譯； 第三～六周：推導(dǎo)相關(guān)公式，編寫(xiě)相關(guān)文件； 第七～十二周：完成程序的調(diào)試及設(shè)計(jì)過(guò)程； 第十三～十四周：完成說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)； 第十五～十七周：論文審核、修改； 第十八周：準(zhǔn)備答辯。 六、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素 準(zhǔn)備資料的詳細(xì)和個(gè)人的努力；同學(xué)們的通力合作以及指導(dǎo)老師的辛勤栽培；同時(shí)需要多次上機(jī)調(diào)試。 指導(dǎo)教師簽名： 日期：2007、3、5 課題類型：（1）A - 工程設(shè)計(jì)；B – 技術(shù)開(kāi)發(fā)；C – 軟件工程；D – 理論研究； （2）X – 真實(shí)課題；Y – 模擬課題；Z – 虛擬課題 （1）、（2）均要填，如 AY、BX 等。 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 文獻(xiàn)綜述 題 目 制冷裝置用電子膨脹閥 與熱力膨脹閥的比較 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時(shí)間 4 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 制冷裝置用電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較 摘要： 本文通過(guò)比較電子膨脹閥與熱力膨脹閥之間的差別，并從控制和節(jié)能的角度出發(fā)，分析了電子膨脹閥在中小型制冷系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。 關(guān)鍵字： 熱力膨脹閥；電子膨脹閥；節(jié)能；控制 Abstract: By comparing the difference between the electron expansion valve and the heating power expansion valve, and set out from the angle of the control and the economy energy, has analyzed the application feasibility of the electronic expansion valve in the middle and small scale refrigeration system. Key word: Thermodynamic expansion valve; Electronic expansion valve; Energy conservation; Control 1 前言 作為中小空調(diào)制冷的節(jié)流裝置—熱力膨脹閥具有滯后時(shí)間長(zhǎng)、調(diào)節(jié)范圍小等固有的缺點(diǎn)，已不能滿足要求。與此同時(shí)，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的電子膨脹閥以其特有的調(diào)節(jié)特性越來(lái)越得到了人們的青睞，從制冷系統(tǒng)的節(jié)能和機(jī)電一體化的角度出發(fā)，電子膨脹閥具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)在將來(lái)取代熱力膨脹閥而應(yīng)用于制冷系統(tǒng)。 2 熱力膨脹閥與電子膨脹閥的比較 2．1 電子膨脹閥 電子膨脹閥是20世紀(jì)80年代推出的一種先進(jìn)的膨脹閥，它按照預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量。因?qū)儆陔娮邮秸{(diào)節(jié)模式，故稱為電子膨脹閥。電子膨脹閥的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程需由它的硬件和軟件組合來(lái)完成。所謂硬件是指?jìng)鞲衅鳌㈦娔X等控制設(shè)備和電子膨脹閥本身；軟件是指它的控制算法。應(yīng)用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)見(jiàn)圖1所示。溫度傳感器感受到過(guò)熱度信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，之后經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入電腦等控制設(shè)備，控制設(shè)備就利用已經(jīng)輸入其中的控制算法對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，以得到輸出信號(hào)，此輸出信號(hào)通過(guò)脈沖的形式或經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后去控制電子膨脹閥。溫度傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。兩個(gè)測(cè)溫觸點(diǎn)分別布置于蒸發(fā)器的進(jìn)口和出口。由于蒸發(fā)器管壁的傳熱溫差較小，所以兩個(gè)測(cè)溫觸點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)蒸發(fā)器的過(guò)熱度。電子膨脹閥按其閥位能否連續(xù)變化分為雙位式和連續(xù)式兩類。雙位式只有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，其流量控制依靠改變每個(gè)控制周期內(nèi)閥開(kāi)關(guān)兩態(tài)的時(shí)間比PWM (Pulse Width Modulation)來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)控制周期約為6～8秒。這種控制方式需要解決由于頻繁開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的蒸發(fā)溫度及壓力的波動(dòng)，所以，目前使用較多的還是連續(xù)式電子膨脹閥。連續(xù)式電子膨脹閥按驅(qū)動(dòng)方式的不同可分為以下四種： 圖1 應(yīng)用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)圖 2．1．1 參考?jí)毫π碗娮优蛎涢y 其結(jié)構(gòu)與熱力膨脹閥相似，不同在于熱力膨脹閥介質(zhì)壓力變化由溫包感溫來(lái)實(shí)現(xiàn)，而參考?jí)毫π蛣t控制介質(zhì)中電加熱部件中電流大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2．1．2 熱電式電子膨脹閥 它利用電能產(chǎn)生的熱力驅(qū)動(dòng)，用雙金屬片等在不同電流下的熱變形的大小差異來(lái)推動(dòng)閥的動(dòng)作。早期電子膨脹閥使用此方法。這種驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)在于雙金屬片在加熱變形時(shí)存在一定的滯后，使整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度略差。 2．1．3 電磁式電子膨脹閥 結(jié)構(gòu)如圖2。由控制設(shè)備來(lái)的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)化為電壓或電流，施加在膨脹閥的電磁線圈上。由磁性材料制成的閥桿5受磁力的作用產(chǎn)生位移，帶動(dòng)閥針上下運(yùn)動(dòng)，從而使制冷劑的流量發(fā)生變化。制冷劑的流量與施加在電磁線圈上的電壓或電流成比例。圖3為其流量特性。電磁式電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)速度快。但在制冷機(jī)工作時(shí)，需要一直向它提供控制電壓。 1一柱塞 2一線圈 3一閥座 4一入口 5一閥桿 6一閥針 7一彈簧 8一出口 圖2 電磁式電子膨脹閥 圖3 電磁式電子膨脹閥的流量特性 2．1．4 電動(dòng)式電子膨脹閥 電動(dòng)式電子膨脹閥的閥針由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。它又可分為直動(dòng)型和減速型： (1)直動(dòng)型：結(jié)構(gòu)如圖4。 直動(dòng)型電子膨脹閥的驅(qū)動(dòng)部分可以是脈沖電機(jī)，但現(xiàn)在比較成熟的是步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)子靠電磁線圈間產(chǎn)生的磁力轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)輸入不同的脈沖可經(jīng)導(dǎo)向螺紋作用把轉(zhuǎn)矩變換成閥針的直線運(yùn)動(dòng)，開(kāi)度與輸入脈沖成正比，其流量特性見(jiàn)圖5。 1一轉(zhuǎn)子 2一線圈 3一入口 4一閥桿 5一閥針 6一出口 圖4 電動(dòng)式電子膨脹閥(直動(dòng)型) 0 圖5 直動(dòng)型電動(dòng)式電子膨脹閥的流量特性 (2)減速型：結(jié)構(gòu)如圖6。減速型比直動(dòng)型多了一個(gè)減速齒輪組，作用是放大電磁力矩以獲得較大的輸出力矩，增大減速型膨脹閥的容量，滿足不同流量范圍的調(diào)節(jié)需要。其流量特性見(jiàn)圖7。 1一轉(zhuǎn)子；2一線圈；3一閥桿；4一閥針 5一出口；6一減速齒輪組；7一入口； 圖6 電動(dòng)式電子膨脹閥(減速型) 圖7 減速型電動(dòng)式電子膨脹閥的流量特性 電子膨脹閥由于采用了微機(jī)等控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，相比熱力膨脹閥具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)[1][2] 2．2 熱力膨脹閥 熱力膨脹閥的工作原理是通過(guò)感受蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣過(guò)熱度的大小，來(lái)調(diào)節(jié)制冷劑的流量，以維持恒定的過(guò)熱度，在控制原理上屬于比例調(diào)節(jié)器。雖然熱力膨脹閥可以自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷劑的流量，但是它的缺點(diǎn)也是很顯著的： (1)調(diào)節(jié)范圍有限。因?yàn)榕c閥針連接的膜片的變形量有限，使得閥針的運(yùn)動(dòng)位移較小，故流量調(diào)節(jié)范圍小。這對(duì)于負(fù)荷變化較大的冷藏庫(kù)或者采用變頻壓縮機(jī)的系統(tǒng)，熱力膨脹閥便無(wú)法滿足要求。 (2)對(duì)過(guò)熱度響應(yīng)的延遲時(shí)間長(zhǎng)，特別是容積延遲。蒸發(fā)器出口處的過(guò)熱蒸汽先把熱量傳給感溫包外殼，感溫包外殼本身就具有較大的熱惰性，造成了一定的容積延遲。之后，感溫包外殼把熱量傳給感溫介質(zhì)，這又產(chǎn)生了進(jìn)一步的延遲。延遲的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致熱力膨脹閥交替地開(kāi)大或關(guān)小，即產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。當(dāng)膨脹閥開(kāi)得過(guò)大時(shí)，蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏低，吸氣壓力上升；當(dāng)閥開(kāi)得過(guò)小時(shí)，蒸發(fā)器供液不足，吸氣壓力降低。這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性都會(huì)產(chǎn)生不利影響。 (3)調(diào)節(jié)精度低。熱力膨脹閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片由于加工精度和安裝等因素，會(huì)產(chǎn)生的變形及影響變形靈敏度，故難以達(dá)到較高的調(diào)節(jié)精度。 2．3 電子膨脹閥與熱力膨脹閥的優(yōu)缺點(diǎn)比較 (1)電子膨脹閥的過(guò)熱度在凍結(jié)時(shí)為5℃～1O℃ 在低溫冷藏庫(kù)時(shí)為 4℃～ 8℃。熱力膨脹閥過(guò)熱度，在凍結(jié)時(shí)為25℃～4O℃，在低溫冷藏庫(kù)時(shí)為l5℃～3o℃ 。因而，電子膨脹閥提高了壓縮機(jī)冷凍能力，充分發(fā)揮了蒸發(fā)器的作用。 (2)電子膨脹閥可以控制閥的能力10～100% ，所以適應(yīng)很寬的負(fù)荷范圍。對(duì)于冷凍，冷藏裝置， 冷凍汽車(chē)， 冷凍運(yùn)輸船極為適用。 (3)電子膨脹閥適用于10℃～ 一7O℃的溫度范圍。因此，非常適用于像多種目的運(yùn)輸船，由于貨物種類不同，需要采用不同的冷藏溫度。 (4)熱力膨脹閥， 不能使過(guò)熱度減少。與此相反， 電子膨脹閥適應(yīng)各式各樣裝置，可以保持最小的過(guò)熱度，從而使蒸發(fā)溫度和室溫之間的溫差減小。而且使蒸發(fā)器表面的結(jié)霜也減少， 所以對(duì)于增大冷凍能力(降低室溫)和防止冷藏庫(kù)中的食品干耗是最適合的[14]。 (5)熱力膨脹閥，在調(diào)節(jié)閥的能力或過(guò)熱度時(shí)，要在室內(nèi)的低溫下進(jìn)行。與此相比，電子膨脹閥由于是電子控制的，必須調(diào)節(jié)閥對(duì)(設(shè)定過(guò)熱度等)，在常溫的控制室內(nèi)即可很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，所以對(duì)于多目的冷凍運(yùn)輸船等場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)省人省力是最合適的[10]。 (6)熱力膨脹閥，不能自由地設(shè)定過(guò)熱度。與此對(duì)比， 電子膨脹閥可以選擇(2℃～18℃ )設(shè)定過(guò)熱度，適應(yīng)各式各樣的裝置自由地設(shè)定過(guò)熱度。對(duì)于一切冷凍、空調(diào)裝置，在最佳狀況下運(yùn)行的可能性起到節(jié)約能源的作用[15]。 (7)熱力膨脹閥，為了防止壓縮機(jī)的過(guò)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，要設(shè)定其最高運(yùn)行壓力，其壓力是固定的。與此對(duì)比， 電子膨脹閥在0．3MPa以上可以任意選擇，所以不僅可以防止過(guò)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)， 而且對(duì)于冷凍設(shè)施不超過(guò)電力負(fù)荷。 (8) 熱力膨脹閥， 是否進(jìn)行著適當(dāng)?shù)目刂茻o(wú)法顯示出來(lái)。與此相反， 電子膨脹閥可以通過(guò)指示燈來(lái)顯示動(dòng)作情況，從而進(jìn)行監(jiān)視，可以提高運(yùn)行的可靠性[13]。 (9)傳統(tǒng)的熱力膨脹閥，必需根據(jù)周?chē)鷾囟鹊淖兓h(huán)境條件， 來(lái)調(diào)節(jié)合適的閥工作能力。與此對(duì)比，電子膨脹閥適應(yīng)性極大，可以適合很寬的高壓和低壓的條件變化。因而，對(duì)于晝夜溫度變化顯著，熱帶和高緯度地區(qū)或在南半球和北半球航行的船舶冷凍和空調(diào)裝置極為適用[11]。 3 電子膨脹閥的應(yīng)用現(xiàn)狀 目前，電子膨脹閥已在家用空調(diào)、汽車(chē)空調(diào)、熱泵及船舶制冷裝置中有了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外也有許多學(xué)者建立起實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)電子膨脹閥的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 Choi J M和Kim Y C在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)采用電子膨脹閥的變頻一拖多家用空調(diào)的運(yùn)行性能和能量調(diào)節(jié)作出了分析；并且提出，利用變頻壓縮機(jī)的變頻特性和電子膨脹閥的調(diào)節(jié)特性，將室內(nèi)機(jī)的過(guò)熱度維持在4℃為最佳 [16]。還指出，采用電子膨脹閥的變頻熱泵系統(tǒng)在性能上要比采用毛細(xì)管的系統(tǒng)好得多[17]。Yamaji等人指出采用電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)在冷卻時(shí)間上要比熱力膨脹閥少得多[18]。Aprea C和Mastrullo R建立了一套半封閉式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，分別采用熱力膨脹閥和電子膨脹閥作為節(jié)流裝置，制冷劑采用R22和R407C。通過(guò)在不同工況下的實(shí)驗(yàn)得到：穩(wěn)態(tài)時(shí)采用電子膨脹閥和熱力膨脹閥的系統(tǒng)性能相似，而變工況時(shí)，電子膨脹閥的系統(tǒng)性能要明顯優(yōu)于熱力膨脹閥的[19]。 通過(guò)做應(yīng)用電子膨脹閥的轎車(chē)空調(diào)器的蒸發(fā)器的幾種融霜實(shí)驗(yàn)，分析比較提出一種理想的融霜方法，即在融霜過(guò)程中迅速加大閥的開(kāi)度，同時(shí)將蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)風(fēng)量開(kāi)至最大。這種方法可在1．5 min時(shí)間實(shí)現(xiàn)完全融霜[3]。其基本原理是通過(guò)電子膨脹閥可大幅度地提高制冷劑的流量，利用高溫制冷劑氣體的顯熱來(lái)融霜。 文獻(xiàn)[4]利用電子膨脹閥建立了一個(gè)低溫實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)食品凍結(jié)實(shí)驗(yàn)比較了電子膨脹閥和熱力膨脹閥的特性。指出：電子膨脹閥控制得到的過(guò)熱度不但數(shù)值小于熱力膨脹閥的，而且波動(dòng)很小。由此可見(jiàn)，電子膨脹閥以其優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能，已在中、小型制冷系統(tǒng)中取得了一些應(yīng)用， 同時(shí)為其在冷藏庫(kù)及工業(yè)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較熱力膨脹閥和電子膨脹閥對(duì)分液性能的影響。結(jié)果表明：在電子膨脹閥控制下，蒸發(fā)器各回路之間的溫度差相對(duì)較小，制冷劑分配更為均勻，還可以保持較小的蒸發(fā)器傳熱溫差。因此制冷裝置若想在制冷循環(huán)層次上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，使用電子膨脹閥是一個(gè)最好的選擇[5]。 利用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥后，系統(tǒng)性能測(cè)試與能效分析計(jì)算結(jié)果證明：在相同的制冷和制熱工況下，系統(tǒng)的制冷和制熱能力得到了提高，表現(xiàn)在制冷量和制熱量的增加上，系統(tǒng)的能效比也得到了相應(yīng)的提高，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。用電子膨脹閥時(shí)，節(jié)流過(guò)程的損失要比用熱力膨脹閥時(shí)小，節(jié)流過(guò)程中的損失是由于粘性流體流動(dòng)過(guò)程中因摩擦阻力引起的不可逆節(jié)流，電子膨脹閥的調(diào)節(jié)靈敏度比熱力膨脹閥高，所以損失要低[6]。 電子膨脹閥相對(duì)于其它閥的控制效果好。熱力膨脹閥由于自身屬于純機(jī)械控制，類似于比例調(diào)節(jié)控制，因而系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性差，容易出項(xiàng)振蕩。而電子膨脹閥由于智能性高，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的算法，因此構(gòu)成的控制系統(tǒng)的控制效果會(huì)比熱力膨脹閥有較大的提高[7]。 電子膨脹閥適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展要求。隨著微機(jī)控制技術(shù)的崛起，機(jī)電一體化已成為制冷系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。電子膨脹閥照比熱力膨脹閥已由原來(lái)的機(jī)械式控制向電腦式控制發(fā)展，充分體現(xiàn)了機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)。目前在家用空調(diào)領(lǐng)域，電子膨脹閥和變頻壓縮機(jī)組成的系統(tǒng)已取得了很好的效果，其原理就是將電子膨脹閥大范圍的流量調(diào)節(jié)特性與變頻壓縮機(jī)的變頻特性結(jié)合起來(lái)[9] 電子膨脹閥對(duì)提高變頻壓縮機(jī)的能量效率、實(shí)現(xiàn)智能控制、實(shí)現(xiàn)溫度的快速調(diào)節(jié)、提高系統(tǒng)的季節(jié)能效比等有十分重要的意義。對(duì)于較大功率的變頻空調(diào)，必須采用電子膨脹閥作為節(jié)流元件，否則將達(dá)不到變頻運(yùn)行目的。此外，電子膨脹閥還可以實(shí)現(xiàn)不間斷供熱的快速除霜、冷凝器過(guò)熱度、壓縮機(jī)的排溫控制等一系列新功能[8]。 4 電子膨脹閥在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用展望 電子膨脹閥以其信號(hào)傳遞快、調(diào)節(jié)反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)范圍寬等良好的調(diào)節(jié)性能，以及對(duì)變負(fù)荷工況的快適應(yīng)性得到越來(lái)越多的關(guān)注，現(xiàn)在已在家用空調(diào)器、商業(yè)冷柜、陳列柜得到一定的應(yīng)用。 (1)由于電子膨脹閥對(duì)過(guò)熱度的控制是由微機(jī)內(nèi)預(yù)先編制好的程序決定的，因此電子膨脹閥對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)靈敏、滯后??；且調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)精度高。傳統(tǒng)的熱力膨脹閥的控制范圍窄，所以一25℃ 的冷藏庫(kù)不能原封不動(dòng)地當(dāng)作0℃的冷藏庫(kù)來(lái)使用。電子膨脹閥具有很寬的控制能力，所以，即使在這種場(chǎng)合也可以充分適用。從這一角度來(lái)講，電子膨脹閥具有熱力膨脹閥所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。 (2)電子膨脹閥的適用溫度低。對(duì)于熱力膨脹閥，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，其感溫包內(nèi)部的感溫介質(zhì)的壓力變化大大減小，嚴(yán)重影響了調(diào)節(jié)性能。而對(duì)于電子膨脹閥，其感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們?cè)诘蜏叵峦瑯幽軠?zhǔn)確反應(yīng)出過(guò)熱度的變化。 (3)電子膨脹閥可起到節(jié)能的作用。傳統(tǒng)熱力膨脹閥，由于冷卻介質(zhì)的過(guò)熱大，所以蒸發(fā)器80～90% 的能量用于冷卻，而其余能用于過(guò)熱。另外，在冬季，高壓過(guò)低的場(chǎng)合，閥的前后壓力差減小，所以不能發(fā)揮正常的能力，不經(jīng)濟(jì)，必須把高壓維持在一定壓力以上。電子膨脹閥的過(guò)熱度小，可以正確地調(diào)整，具有優(yōu)良的跟蹤性，所以蒸發(fā)器可以大部分利用于冷卻， 即使高壓變低， 由于控制范圍廣，也可以正常發(fā)揮能力。為此節(jié)約了壓縮機(jī)的電力消耗，大約節(jié)能1O% 以上。據(jù)報(bào)道：新建成的一艘冷藏貨船由于采用電子膨脹閥(步進(jìn)電機(jī)型)，降低了冷凝溫度，節(jié)能達(dá)48％ ；超市陳列柜安裝改進(jìn)的電磁閥型電子膨脹閥后，陳列柜的電耗減少了30％【12]。 5 結(jié)束語(yǔ) 電子膨脹閥的出現(xiàn)將引起制冷控制系統(tǒng)革命性的變化，其所具有的優(yōu)越性必將使其取代熱力膨脹閥。電子膨脹閥的引人為制冷系統(tǒng)的各種節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供了條件，制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正的整體控制，制冷系統(tǒng)的機(jī)電一體化程度將大大提高。它作為一種新型的控制元件，早已突破了節(jié)流機(jī)構(gòu)的概念，它是制冷系統(tǒng)智能化的重要環(huán)節(jié)．也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化得以真正實(shí)現(xiàn)的重要手段和保證，已經(jīng)被應(yīng)用在越來(lái)越多的領(lǐng)域中。作為一種新型節(jié)流裝置，電子膨脹閥必將隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展而日趨成熟，并將在制冷與空調(diào)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) [1] 吳業(yè)正．制冷原理及設(shè)備(第二版)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，1997 [2] 陳忠忍．制冷裝置自動(dòng)化[M]．北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996 [3] 仲華，劉維華等．轎車(chē)空調(diào)蒸發(fā)器除霜實(shí)驗(yàn)研究[J]．流體機(jī)械，2001，29(1)：44 46 [4] 陳兒同，王芳等．多功能低溫試驗(yàn)臺(tái)的研制與實(shí)驗(yàn)方法[J]．上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(3)：272—276 [5] 崔 勇，孫宗鑫. 熱力膨脹閥與電子膨脹閥對(duì)分液性能影響的比較[J]. 制冷，2003,22(2)：39-43 [6] 王文斌，孫如軍.風(fēng)冷熱泵機(jī)組節(jié)流裝置的改進(jìn)及其系統(tǒng)的火用分析[J] ．制冷與空調(diào)，2006，3：9-11 [7] 陳佑華 ，陳芝久.制冷裝置中膨脹閥的對(duì)比研究[J] ．制冷學(xué)報(bào)，2003，3：10-15 [8] 志 瀛．電子膨脹閥的新發(fā)展及應(yīng)用[J] ．制冷設(shè)備，2005，11 [9] 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Kaynakli . E. Pulat . M. Kilic 摘要: 大多數(shù)汽車(chē)有暖氣通風(fēng)和空調(diào)裝置來(lái)控制車(chē)輛內(nèi)部的熱環(huán)境。但是在炎熱或者寒冷的冬季里，從汽車(chē)啟動(dòng)到行駛穩(wěn)定很難達(dá)到并且保持熱舒適度，在這些過(guò)渡階段，人類有體溫調(diào)節(jié)程序領(lǐng)悟并促使冷暖系統(tǒng)改進(jìn)和改良。這一項(xiàng)研究呈現(xiàn)出在汽車(chē)內(nèi)部環(huán)境和人類身體之間的熱交換作用的模型。模型基于人類身體的熱平衡等式.和定義出漢率和皮膚表面平均溫度的經(jīng)驗(yàn)公式相結(jié)合，這種模擬已被短暫的情況下使用運(yùn)行。汽車(chē)內(nèi)部熱化和冷卻過(guò)程對(duì)熱舒適度的影響已經(jīng)被研究。結(jié)果跟現(xiàn)在的測(cè)量和文獻(xiàn)資料中可獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。它表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型的協(xié)議結(jié)合非常好。 符號(hào)目錄 A 表面區(qū)域,m2 熱傳導(dǎo)率，W 特性熱,J/(kg K) 織物層的外部半徑 CSIG 寒冷信號(hào) R 熱或蒸發(fā)阻力，(m2 K)/W 或者 (m2 KPa)/W 修正常數(shù) S 儲(chǔ)蓄熱，W 傳熱系數(shù),W / (m2 K) t 時(shí)間,s (除非在數(shù)分鐘內(nèi)指定) 片段系數(shù) 溫度， 空氣或織物層數(shù) 熱感覺(jué) 傳導(dǎo)的傳熱系數(shù),W/ (m K) 空氣流速，m/s 熱負(fù)荷, W / m2 皮膚濕度 身體塊,kg 濕氣比，kg H2O/kg dry air 每單位區(qū)域塊流程率；kg / (s m) 外部工作完成速率，W 熱量制造的新陳代謝率；W WSIG 溫暖信號(hào) nl 分層的數(shù)量 厚度，mm 水蒸氣壓力；KPa 希臘符號(hào) 皮膚層塊與身體總塊的比率 滲透效率 下標(biāo)數(shù)字 a 空氣 ex 呼氣 al 空氣層 f 織物 b 身體 int 外部衣物表面和固體的 界面（例如座位或靠背） bl 血液 max 最大值 cd 傳導(dǎo) n 中間的 cl 衣服 rex 呼吸 cr 核心 rd 輻射 cv 對(duì)流 s 飽和的 dif 散布 sk 皮膚 e 易受到對(duì)流和輻射的環(huán)境 sw 汗液 ev 蒸發(fā) t 總數(shù) 1介紹 一輛汽車(chē)的司機(jī)和乘客的舒適感部分取決于車(chē)輛內(nèi)部空氣的質(zhì)量和溫度，三個(gè)相關(guān)的系統(tǒng)被用于提供所需求的空氣溫度和質(zhì)量。這些是通風(fēng)系統(tǒng)，暖氣通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。一輛車(chē)的暖氣通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的作用是為它的乘坐者提供完全的熱舒適。因此，非常必要去了解人身體的熱量方面的情況，以便設(shè)計(jì)一個(gè)的效的HVAC系統(tǒng)。 為了估計(jì)熱舒適水平，環(huán)境熱量方面的準(zhǔn)確信息是必需的。環(huán)境熱量能概略地被汽車(chē)內(nèi)部的空氣溫度、速度和濕度表現(xiàn)。在交互作用中，熱量和傳質(zhì)一起發(fā)生。完成人類舒適的模型包括能量平衡液體和材料熱力性能相等，熱量和傳質(zhì)特性，一輛汽車(chē)的乘客坐的車(chē)廂在冬季中被通過(guò)冷卻劑------空氣的熱交換器的循環(huán)熱引擎冷卻加熱以使車(chē)廂的空氣暖和。加熱系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成與空氣流通系統(tǒng)一同操作，以便能提供所需的溫度。 隨著引擎大小的改進(jìn)變小，從燃料的經(jīng)濟(jì)方面和車(chē)輛加熱系統(tǒng)的可利用熱量相應(yīng)地減少方面考慮，從考慮市場(chǎng)情況出發(fā)為確保乘客的熱舒適感，甚至在極端的情況下，有一種發(fā)展更有效的系統(tǒng)的興趣為達(dá)到并保持乘客的熱舒適感是很困難的。一些輔助的加熱或冷卻裝置或許極大地減少了需要達(dá)到熱舒適的時(shí)間，但是這個(gè)裝置的能量需求是很大的。 在嚴(yán)熱的季節(jié)，空調(diào)被應(yīng)用。當(dāng)提起空調(diào)裝置時(shí)。腦海里第一個(gè)想法是冷卻和清爽的空氣。事實(shí)上汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)不僅冷卻空氣而且清潔、除溫使空氣流通以使乘客健康舒服，這些程序同加熱和通風(fēng)系統(tǒng)一起運(yùn)行。 人類的熱舒適感早被認(rèn)為是先前的研究課題，有許多被證明和編成法典的可利用的數(shù)據(jù)[3]。在文獻(xiàn)中，大多數(shù)研究考慮熱量狀況幾乎一致完整地覆蓋乘客的整個(gè)身體。在乘客身體被很不均勻和短暫覆蓋的狀況下比較少的注意出現(xiàn)在指向在同一汽車(chē)內(nèi)的熱舒適。 Yigit[18]計(jì)算了每一個(gè)身體部分的熱損失和穿五件不同套裝時(shí)整個(gè)身體的熱損失。然而身體各個(gè)部位的熱損失沒(méi)有被考慮，衣物阻擴(kuò)抗對(duì)臺(tái)戲熱舒適的影響也沒(méi)有被估計(jì)。 Mccullough et al[13，14]出版了絕緣價(jià)值，典型的衣服套裝蒸發(fā)與熱力模型對(duì)比。這些參數(shù)也被用于測(cè)量使用熱力裝置加濕的部分織物。一個(gè)計(jì)算機(jī)模型被開(kāi)了出來(lái)用于估計(jì)熱傳遞中干燥和蒸發(fā)空氣的阻力。Olesen et al.[15]研究了五套具有相同全部熱力絕緣的不同衣服套裝，但是對(duì)16個(gè)靜止不動(dòng)的實(shí)驗(yàn)主題實(shí)驗(yàn)是知身體的上部分到下部分排列，他們的實(shí)驗(yàn)研究將會(huì)給測(cè)量衣服套裝的熱阻不均勻提供一個(gè)方法，并且檢查它是如何影響使當(dāng)?shù)責(zé)崃坎环€(wěn)定。 Tanebe et al.[16]，用一個(gè)模型調(diào)查了人體幾個(gè)部分有感覺(jué)的潛伏的熱損失。對(duì)于身體上每一個(gè)考慮過(guò)的部分，總的熱傳遞系數(shù)和熱阻力被出現(xiàn)。既使他們的研究是在封閉的環(huán)境中進(jìn)行，它沒(méi)有提供任何熱舒適的結(jié)果。Kaynakli et al.[11]報(bào)告一頇研究說(shuō)人類身體被分成16個(gè)部分，在每一個(gè)16個(gè)身體部位和環(huán)境之間熱交互的計(jì)算機(jī)模型被開(kāi)發(fā)出來(lái)。隨著模型的使用，坐著和站著時(shí)身體的各個(gè)部分和整個(gè)身體的皮膚濕潤(rùn)情況和潛在（蒸汗蒸發(fā)，擴(kuò)散）和有感覺(jué)的（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射）的熱量損失被計(jì)算出來(lái)。Kaynakli et al. [12]呈現(xiàn)人體和環(huán)境間和質(zhì)量傳遞的數(shù)學(xué)模型。在他們的研究中，人們?cè)诓蛔兊那闆r下獲得滿足感所需的環(huán)境的個(gè)人狀況和總計(jì)的有感覺(jué)的和潛在的熱損失，皮膚溫度、出漢、預(yù)測(cè)的平均贊成率（PMV）和預(yù)測(cè)的不滿意百分比（PPD）的價(jià)值經(jīng)由模型被計(jì)算出來(lái) 。 Chakroun和Al-Fahed[7]研究了一輛在科威特夏季數(shù)個(gè)月內(nèi)停在太陽(yáng)下的一輛汽車(chē)的溫度變化和熱舒適性。他們也認(rèn)為在汽車(chē)內(nèi)部用不同的內(nèi)部材料混合物對(duì)溫度有影響。Burch et al.[4]報(bào)告了在嚴(yán)寒冬季升溫時(shí)期的駕駛狀況下的一系列關(guān)于乘客熱舒適性的試驗(yàn)結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)安裝在座位和靠背上的小功率電力加熱設(shè)備極大地減少升溫時(shí)間可以綜合通過(guò)在空氣管道中安裝電加熱器實(shí)現(xiàn)，雖然與這種方法有關(guān)的能量需求是很大的，除了他們的實(shí)驗(yàn)研究之后。他們將關(guān)于這個(gè)課題的一項(xiàng)分析研究發(fā)表在Burch et al.[5]。 汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)加熱和降溫期間需要一些時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定的狀況。在這些時(shí)期，乘車(chē)者身體熱量分布十分不均。乘客感覺(jué)局部寒冷歸究于與一個(gè)最初的涼座位或于車(chē)輪接觸與環(huán)境不均勻的輻射熱傳遞，局部太陽(yáng)照射和空氣調(diào)速器的位置，儀表板控制的設(shè)定所決定的不均勻的空氣速率有關(guān)。因此為了達(dá)到保持汽車(chē)內(nèi)乘客的熱舒適性的技術(shù)發(fā)展中產(chǎn)生了很大興趣。 這項(xiàng)研究呈現(xiàn)一個(gè)人類與汽車(chē)內(nèi)環(huán)境之間熱交互的模型。因此部分分析認(rèn)為局部不舒服是由在一個(gè)相對(duì)狹小空間內(nèi)。衣服隔熱不均勻造成的。比如汽車(chē)車(chē)廂內(nèi)?，F(xiàn)在的模型是基于被分成16部分的人體的熱力平衡相等結(jié)合Gagge et al.’s[10]和Olesen et al.’s[15]的方法，所有身體部分被看作是二同心圓筒，需要背后數(shù)據(jù)比如身體部分的表面積，它們質(zhì)量從現(xiàn)有文獻(xiàn)中提取，這樣，除了gagge et al.’s[10] 的模型，盡量通過(guò)計(jì)算身體各個(gè)部分的熱交換和皮膚溫度，出漢率來(lái)定義局部不舒適性。在短暫的情況下模擬被運(yùn)行應(yīng)用。汽車(chē)內(nèi)部加熱和降溫過(guò)程對(duì)舒適性的影響已經(jīng)被證明。實(shí)驗(yàn)也指導(dǎo)了冷卻周期，直到汽車(chē)達(dá)到熱舒適性，溫度和溫度才發(fā)生改變。司機(jī)和乘客被這些變化極達(dá)地影響，為證明現(xiàn)在的模型，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)做了比較。 2 數(shù)字模型 從乘客上面流過(guò)的環(huán)境空氣的速度從小空間熱舒適性觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗泻艽蟮募訜岷徒禍啬芰Γ缭谄?chē)車(chē)廂內(nèi)，在司機(jī)和乘客上方流動(dòng)的空氣進(jìn)入衣服開(kāi)衩口對(duì)于任何乘客身體沒(méi)有相同作用。雖然對(duì)于典型戶內(nèi)狀況取代平均速度是好的近似值，但以汽車(chē)內(nèi)部看來(lái)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的錯(cuò)誤。坐著的乘客身體上方局部空氣流速被Burch et al.[5] （表1）經(jīng)實(shí)驗(yàn)列出。在這項(xiàng)研究中，測(cè)定乘客身體各部分熱損失的因素基于這些速度值。 在這項(xiàng)研究中用的模型是基于Olesen et al.[15]中描述的方法。在這項(xiàng)研究中為了證明冬天和夏天條件下，環(huán)境熱量對(duì)于乘客坐者尤其是司機(jī)詳細(xì)的影響，考慮身體上衣服和當(dāng)?shù)乜諝饬魉俚挠绊懭梭w被分成16部分。在表2中，表面積和他們身體表面積的各小部分都已給出。 用身體各部分儲(chǔ)存的能量來(lái)計(jì)算當(dāng)時(shí)，溫度變化許多這些身體部分大量的身體部分和他們身體的保各個(gè)小部分見(jiàn)表3。 將人體視作一個(gè)整體，從熱舒適性觀點(diǎn)看平均皮膚溫度是個(gè)不主意，但是四肢例如：手、腳和臉或者裸露和身體部分的溫度可能增加或減少不必要的數(shù)值。通過(guò)使用發(fā)展了的模型，影響熱舒適性的每一個(gè)身體部分的有感覺(jué)的和潛能在熱損失的參數(shù)變化的時(shí)間率，皮膚溫度和皮膚出汗率可能被研究。 2．1人類身體的熱力和生理學(xué)模型 兩包廂間過(guò)渡性熱量平衡模型被Gagge et al.[10]發(fā)明，將身體描述成兩個(gè)同心圓筒，里面的圓筒代表身體核心（骨骼、肌肉、內(nèi)臟）另外一個(gè)圓筒代表皮膚層。這個(gè)模型考慮到核心和皮膚部分即時(shí)的熱量?jī)?chǔ)存，假定這些部分的溫度隨時(shí)間變化。這個(gè)熱力模型用一對(duì)熱力平衡等式來(lái)描述，其中一個(gè)適用于任何部分[3]： 式子中，代表熱力產(chǎn)生的新陳代謝率，代表機(jī)械工作的熟練程度，呼吸的熱損失率，熱量從體內(nèi)到皮膚的傳輸率，, , 從皮膚層到環(huán)境分別以傳導(dǎo)對(duì)流和輻射方式的熱損失率，和表示在體內(nèi)和皮膚層儲(chǔ)存的能量在為些部分引起的瞬時(shí)溫度改變。這些效果可用下列等式表示： 代表身體部分質(zhì)量，代表身體特有熱量。和出現(xiàn)在等式2中代表對(duì)流和輻射和熱傳遞，可用下列關(guān)系計(jì)算： 式中，是暴露到環(huán)境中的身體部分的外表面積總面積除去與座位接觸的面積，靠背面積等等）代表穿衣服的身體部分與裸露的身體部分表面區(qū)域的比率包括平均輻射和周?chē)諝鉁囟热缦滤荆? 熱輻射傳熱系數(shù)取值4.7n/(m2.k)是因?yàn)樗糜趦?nèi)部狀況足夠精確[3]身體各部分的對(duì)流熱傳遞數(shù)在de Dear et al.[8]中取值。由于皮膚總的潛熱損失來(lái)自蒸發(fā), 表示為： 式中, 是蒸發(fā)比率, 是皮膚溫度的飽和水蒸汽分壓力, 是環(huán)境空氣的水蒸汽分壓力, 是衣物的浸透高效率,LR是蒸發(fā)熱傳遞與對(duì)對(duì)流熱傳遞系數(shù)的比的路易斯系數(shù).McCullough et al.[14]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通常室內(nèi)衣物浸透系數(shù)平均值=0.34 總皮膚的潮濕度(),包括常規(guī)出汗引起的和通過(guò)皮膚擴(kuò)散的濕度,均由下列式子給出. 最大的蒸發(fā)潛能,當(dāng)皮膚表面完全浸濕(=1)時(shí), 出現(xiàn). 在一輛汽車(chē)中身體表面的重要部分(15—20%)是由座位,靠背和方向盤(pán)接觸的,這部分不是認(rèn)為以對(duì)流、輻射方式散失熱量.由于皮膚熱傳導(dǎo)的熱損失由下式給出： 在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)模型中,身體中心和皮膚間的熱交換由通過(guò)直接接觸和皮膚血液流動(dòng)發(fā)生的。身體的平均熱電導(dǎo)常量被假定為=5.28W/(m2 k)從身體中心到皮膚的熱流動(dòng)如下式： 血液的特定熱，是4.187J/(kg k)呼吸熱損失大約是總熱損的10%,呼吸熱損失大約是總熱損的10%。由于呼吸的熱損失如下式： 式中是吸入空氣的流動(dòng)率, 和分別是出氣溫度和周?chē)諝鉁囟?。和分別是呼氣和周?chē)諝獾臐駳獗?蒸發(fā)的熱量是2.43×106J/kg. 皮膚塊與總身體塊的比率()被當(dāng)作身體核心的下述功能與皮膚中血液流動(dòng)的比的模型: 每單位皮膚面積內(nèi)核心到皮膚的血液流動(dòng)被表示成: 每單位皮膚區(qū)域的出汗率被估計(jì)為: 人體平均溫度能通過(guò)皮膚到核心的重要平均溫度預(yù)測(cè): 身體中間溫度能用同樣方法通過(guò)皮膚到核心的中間溫度計(jì)算. 身體被分成16個(gè)統(tǒng)一穿衣物的部分.每個(gè)部分的總熱阻和總蒸發(fā)熱阻如下各項(xiàng). 假定通過(guò)空氣層和衣物層的熱傳遞是以傳導(dǎo)和輻射方式發(fā)現(xiàn),在這種情況下空氣層的熱阻如下式: 式中,Xa是空氣層厚度, Hrd和k的數(shù)值是Hrd=4.9(㎡k)和k=0.024W/(mk)[14]蒸發(fā)熱阻也能寫(xiě)成相似的等式.空氣層的蒸發(fā)熱阻如下式: 式中a和b是常數(shù).a和b的數(shù)值分別是0.0334(㎡kpa)/W和15mm[14]裸露在環(huán)境中的外表面處理的有一點(diǎn)不同.外層的熱阻為: 外層的蒸發(fā)熱阻通過(guò)對(duì)流的熱傳遞系數(shù)和路易斯關(guān)系決定: 2.2 熱感覺(jué)的預(yù)測(cè) 上述等式描述了人體環(huán)境和溫度調(diào)節(jié)裝置間的熱交換.身體E熱能量熱負(fù)荷的組合,影響在身體與環(huán)境間熱量交換中的人熱舒適性.如果身體的熱負(fù)荷(L)幾乎是零,中間狀況或熱舒適性就達(dá)到了.運(yùn)動(dòng).衣服和四個(gè)環(huán)境系數(shù)(氣溫,平均發(fā)光溫度,空氣流速和濕度)的組合都影響熱舒適性.應(yīng)用最廣泛的熱舒適參數(shù)是熱感覺(jué)(TS),數(shù)值在式27中給出 式中,Ab是身體的總表面積,表4 給出了TS的比值. 2.3 假定和起始狀況 裸露的身體表面積取為Ab=1.75/㎡,體重是80千克,核心和皮膚的初始溫度值分別取為36.8℃和33.7℃ 夏季衣物隔熱率,冬季衣物隔熱率,夏季衣物的衣服面積因素,冬季衣物的衣服面積因數(shù)和活動(dòng)的新陳代謝率分別取為:0.5clo,1.5clo,fcl=1.1,fa=1.15和75W/㎡.[5,6] 身體上的局部空氣速度在表1中給出,加熱和冷卻過(guò)程的平均空氣溫度(Ta)見(jiàn)圖1和圖2,加熱階段相關(guān)的溫度取0.35[5],冷卻階段見(jiàn)圖3,平均輻射溫度在加熱階段取為在冷卻階段取為 在加熱階段與身體(Tint)接觸的物體的表面溫度(t從起動(dòng)開(kāi)始的以分鐘計(jì)的時(shí)間)如下式 座位: 與座位接觸的穿衣物的身體面積:0.07㎡. 靠背: 與靠背接觸的穿衣物的身體面積:0.07㎡. 方向盤(pán): 與方向盤(pán)接觸的穿衣物的身體面積:0.01㎡. 在冷卻階段,發(fā)現(xiàn)身體有接觸物體的表面溫度(Tint)與運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（t是以分鐘計(jì)）的結(jié)果一樣（表5）。 3 結(jié)果與討論 為了證明加熱和冷卻過(guò)程對(duì)汽車(chē)內(nèi)部狀況的影響，數(shù)學(xué)模型部分中的等式運(yùn)用Delphi6系統(tǒng)語(yǔ)言來(lái)指導(dǎo)計(jì)算機(jī)媒體。在加熱階段，需要靠背和方向盤(pán)表面溫度都取自Burch et al.[5]，在他們的實(shí)驗(yàn)研究中，內(nèi)部空氣已經(jīng)被從-20℃加熱到20℃，如圖1所示。 冷卻過(guò)程所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在1991年裝有一個(gè)2000-cc引擎的豐田汽車(chē)被測(cè)量。汽車(chē)停在日光下，觀察到車(chē)內(nèi)氣溫上升到64℃，周?chē)h(huán)境溫度大的是30℃。稍后，標(biāo)準(zhǔn)的冷卻程序隨空調(diào)器的啟動(dòng)而開(kāi)啟。在這個(gè)過(guò)程中，車(chē)內(nèi)溫度，相關(guān)的溫度，座位，靠背和方向盤(pán)表面溫度被測(cè)量。測(cè)量的參數(shù)見(jiàn)圖2和圖3。因?yàn)樵谄?chē)內(nèi)溫度升到64℃時(shí)相關(guān)的濕度從50﹪減少到11﹪，所以在冷卻階段相關(guān)濕度從11﹪開(kāi)始。 在升溫過(guò)程中從身體到環(huán)境的熱損失在圖4中相比較地給出。因?yàn)锽urch et at.[5]的模型和現(xiàn)在的模型存在一些原則上不同（例如：在Burch的模型中身體被分成4個(gè)部分，但在我們的模型中身體被分成16個(gè)部分），故一些差別在開(kāi)始階段出現(xiàn)。除去這些相對(duì)小的時(shí)間間隔，結(jié)果間達(dá)成的一致也在可接受的范圍內(nèi)。由于與物體表面接觸的身體各部分的面積小于其它身體表面積，故座位、靠背和方向盤(pán)的傳導(dǎo)熱損失與總的對(duì)流和輻射熱損失相比相當(dāng)?shù)汀Ｔ谏郎剡^(guò)程的開(kāi)始階段，因?yàn)槠?chē)內(nèi)溫度和內(nèi)部表面溫度相當(dāng)?shù)停瑐鲗?dǎo)、對(duì)流和輻射的熱損失很高。甚至這些總的熱損失比熱力過(guò)程中的新陳代謝高。因?yàn)檫@個(gè)原因，身體核心和皮膚溫度有一點(diǎn)減小。但是皮膚溫度的減小要比核心溫度減小的多。顯然這些熱損失的快速減小歸究與汽車(chē)內(nèi)溫度的升高。在這個(gè)過(guò)程中，身體試圖保持最小限度的呼吸和蒸發(fā)熱損失以便平衡熱損失。 升溫階段相對(duì)比的變化的Ts值見(jiàn)圖5，通過(guò)圖5的驗(yàn)證，與Burch et at.[5]有一個(gè)好的相吻合處。 這些計(jì)算在和分析研究中運(yùn)行。在他們的實(shí)驗(yàn)中，Ts的數(shù)值由參考數(shù)據(jù)獲得，平均熱舒適性和參考數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差通過(guò)時(shí)間計(jì)算。現(xiàn)在研究計(jì)算結(jié)果在Ts±16范圍內(nèi)，的值取0.62。最初，從身體到環(huán)境的時(shí)間熱力損失由于汽車(chē)內(nèi)的低溫度緣故一直很高。因此，由于內(nèi)部溫度和外表面溫度升高，熱舒適性得到改善。 指出汽車(chē)車(chē)廂升溫階段環(huán)境狀況對(duì)人舒適的影響的一個(gè)參數(shù)是身體表面平均溫度和它隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖6。在最初幾分鐘內(nèi)，由于車(chē)內(nèi)和物體內(nèi)部都很低的溫度，平均皮膚溫度立即下降。隨著車(chē)內(nèi)溫度隨時(shí)間而升高，在它的值降低到一個(gè)最小值32℃后平均皮膚溫度開(kāi)始升高。雖然平均表面溫度對(duì)人類舒適狀況是一個(gè)好的信息，但也必須注意人體的局部不識(shí)。和固體表面接觸的身體背部、大腳和手的溫度在圖7中給出。內(nèi)部溫度對(duì)背部背部和腳的溫度影響不大，故它們的變化不重要。但是手面的溫度減小到17.5℃可以被估計(jì)為一個(gè)相當(dāng)?shù)偷臏囟取Ｔ谖墨I(xiàn)中，提到當(dāng)手面溫度達(dá)到20℃時(shí)引起認(rèn)為不舒服的寒冷，達(dá)到15℃就極其寒冷[3]。 在冷卻過(guò)程中身體上的熱傳遞見(jiàn)圖8。由于在開(kāi)始車(chē)內(nèi)溫度和表面內(nèi)部溫度很高，有感覺(jué)的熱流動(dòng)（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射）從環(huán)境到人體發(fā)生。這種情況導(dǎo)致從身體內(nèi)部到皮膚溫度的升高。為繼續(xù)維持身體重要功能和另外確保舒適的狀況，從環(huán)境對(duì)身體的熱量和熱力過(guò)程的新陳代謝熱量必須被排放到環(huán)境中。因此，身體增加了出汗的次數(shù)，很快身體的很大部分被汗覆蓋。這樣，蒸發(fā)熱損失的增加見(jiàn)圖8。然而呼吸熱損失不受環(huán)境狀況的影響，它保持在大約10W。 Chakroun和 Al-Fashed′s[7]的研究中，冷卻階段的熱舒適性的變化分別在圖9中給出。在Chakroun和 Al-Fashed′s[7]的書(shū)中，詳細(xì)的環(huán)境狀況沒(méi)有給出，所以我們的模型無(wú)法直接應(yīng)用于他們的測(cè)量狀況。因此，這一個(gè)圖只是一個(gè)性質(zhì)上的比較。在他們的研究中，可以肯定停在太陽(yáng)下的汽車(chē)內(nèi)部溫度達(dá)到大約65℃。然后，冷卻程序通過(guò)操作A/C開(kāi)關(guān)研究調(diào)查。但是在相當(dāng)熱的氣候中進(jìn)行而環(huán)境溫度是45℃。然而在我們的實(shí)驗(yàn)中它是30℃。太陽(yáng)的輻射也比我們的情景下強(qiáng)。由于這個(gè)原因，汽車(chē)內(nèi)描述的溫度是不同的，所決定的Ts值也不一樣。在最早的幾分鐘內(nèi)，由于車(chē)內(nèi)高溫，熱量通過(guò)傳導(dǎo)，對(duì)流和輻射從環(huán)境傳到人體。因此，由于身體有一個(gè)明顯的熱負(fù)荷，Ts有一個(gè)很高的初始值。然后，熱負(fù)荷隨車(chē)內(nèi)溫度減小而減小，表面溫度和舒適狀況得到改善。 冷卻過(guò)程中身體、腳和手面平均溫度的變動(dòng)見(jiàn)圖10。但是，直接與空氣接觸的手的溫度的升高比其它部分大。隨著車(chē)內(nèi)冷卻時(shí)間變化，這個(gè)溫度升高度下降。手部最易受到環(huán)境狀況的影響，所以溫度的明顯減小呈現(xiàn)在手上。相似的情形對(duì)頭部來(lái)說(shuō)也很有效。既然鞋子是重要的隔熱元素，腳沒(méi)從內(nèi)部溫度變化受到影響。由于這一原因，在冷卻過(guò)程最后最高的溫度出現(xiàn)在腳部。身體的平均表面溫度在手和腳的溫度間改變。 改變舒適感的一個(gè)重要參數(shù)是皮膚濕度，它隨著時(shí)間的變化見(jiàn)圖11。在冷卻過(guò)程的初始階段，由于車(chē)內(nèi)溫度高，出汗率增加，以便增加身體的熱損失。因此皮膚的濕度增加。由于鞋子緣故，最快的增加發(fā)生在腳部。由于頭部沒(méi)有衣物阻止出汗的蒸發(fā)，手臂不與方向盤(pán)接觸，皮膚濕度在這些身體部分中最低，然而平均身體表面濕度在頭部和腳部濕度中間升高到最大值0.6。 4 結(jié)論 在這項(xiàng)研究中，介紹了內(nèi)部環(huán)境狀況對(duì)人類生理學(xué)和加熱和冷卻過(guò)程對(duì)舒適性的影響。表示體溫控制裝置的基本熱交換等式和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系被用于人體與環(huán)境間的熱質(zhì)傳遞。在這些過(guò)程中，考慮到車(chē)內(nèi)溫度和相關(guān)濕度和與身體接觸的物體表面的溫度，熱傳遞的變化，身體部分表面溫度和濕度和Ts數(shù)值都給了出來(lái)。 在升溫階段的最初幾分鐘，由于車(chē)內(nèi)和表面的低溫，從身體到環(huán)境的熱損失很大。在這個(gè)時(shí)期，蒸發(fā)熱損失通過(guò)體溫調(diào)節(jié)裝置保持在最小值。身體的平均皮膚溫度降到32℃，與方向盤(pán)接觸的手溫也降到一個(gè)很低的值17.5℃。由于從身體到環(huán)境的熱損失變得很重要，Ts值從-4.5開(kāi)始，然后隨內(nèi)部溫度升高，它開(kāi)始得到改善。 在冷卻階段的最初幾分鐘，和升溫階段相反，由于車(chē)內(nèi)和表面高溫，感覺(jué)熱交換從環(huán)境到身體間發(fā)生，由于這個(gè)原因，Ts值從一個(gè)相當(dāng)高的值8開(kāi)始，然后隨內(nèi)部溫度升高而下降。為了平衡身體與環(huán)境間的熱交換，出汗過(guò)程增加，所以潛在熱損失增加。考慮到升溫和冷卻階段的呼吸熱損失都不受環(huán)境狀況的影響，隨著出汗過(guò)程增加，身體皮膚濕度增加，由于衣服熱絕緣度高，身體表面的皮膚濕度很高，相反，裸露的身體表面（例如頭和手）很低。同理，這些裸露的表面也是受環(huán)境狀況影響最快的部分。 除此之外，也提到了只有一名司機(jī)在車(chē)內(nèi)的停著的汽車(chē)的測(cè)量結(jié)果。汽車(chē)內(nèi)無(wú)人或汽車(chē)內(nèi)有乘客都可能影響測(cè)量結(jié)果。 參考文獻(xiàn) [1] Althouse A (1979) Modern refrigerations and air conditioning,The Goodheart Willcox Company, USA [2] 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