Расчет теплового баланса кузова

Расчет теплопритоков в вагон в летнее время производится для определения производительности системы охлаждения.

Теплопритоки в вагон летом поступают: через ограждения кузова, вследствие перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона; в результате инфильтрации воздуха; от солнечной радиации; тепловыделений пассажиров; работы установленного в вагоне оборудования; притока наружного воздуха, подаваемого в вагон вентиляцией.

Теплоприток через ограждения определяется по формуле:

, (4.1)

где t_н, t_в – температура воздуха соответственно снаружи и внутри вагона, ⁰С.

Теплоприток от инфильтрации воздуха находится в прямой зависимости от перепада между температурами воздуха внутри и снаружи вагона и от частоты открывания дверей. Поскольку теплоприток через ограждения Q₁ также пропорционален перепаду между температурами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтрации Q₂ определяют как некоторую часть Q₁ по формуле:

Q₂ = К^/Q₁, (4.2)

где К^/ – безразмерный числовой коэффициент.

Для летнего времени года, когда пассажиры довольно часто выходят из вагона на станциях в пути следования, принимают К^/ =0, 3.

Теплоприток от солнечной радиации через непрозрачные ограждения вычисляется по формуле:

_, (4.3)

где I – интенсивность солнечной радиации; А – коэффициент теплопоглощения облучаемой поверхности; К – коэффициент теплопередачи облучаемого ограждения; F – площадь ограждения.

Интенсивность солнечной радиации зависит от географической широты местности, времени года, часа дня и различна для горизонтальных (крыша) и вертикальных (стены и окна) поверхностей. Значения интенсивности солнечной радиации приведены в таблице 4.1.

Коэффициент теплопоглощения облучаемой поверхности зависит от рода материала, цвета и состояния поверхности. Величина коэффициента поглощения тепловых лучей приведена в таблице 4.2.

Расчетная формула теплопритока от солнечной радиации через окна имеет вид:

, (4.4)

где К_проп – коэффициент пропускания лучей окнами.

Таблица 4.1

Интенсивность солнечного облучения в июле

Таблица 4.2

Коэффициент поглощения солнечных лучей материалами

В расчет принимают только крышу, боковую стену и окна этой стены:

Q_{3 общ}= Q_{3 кр} + Q_{3 ст} + Q_{3 ок}.

Тепловыделения пассажиров определяются по формуле:

Q₄ = q × n, (4.5)

где q – суммарное (сухое и влажное) тепло, выделяемое одним пассажиром, Вт (табл. 4.3); n – количество пассажиров, зависящее от типа вагона.

Интенсивность отдачи ощутимого тепла зависит от температуры воздуха в помещении, таблица 4.3.

Тепловыделения работающего в вагоне оборудования равно суммарной мощности постоянно работающих электропотребителей. В вагоне постоянно работают электродвигатель вентиляционного агрегата вагона мощностью 1, 7 кВт и распределительный щит служебного купе мощностью около 0, 4 кВт. Тогда Q₅ составляет:

Таблица 4.3

Вид теплоотдачи	Количество отдаваемого тепла, Вт, при температуре окружающего воздуха, 0С

Q₅ = 1, 7 + 0, 4 = 2, 1 кВт = 2100 Вт.

Теплоприток от подаваемого в вагон наружного воздуха зависит от его количества и разности теплосодержаний наружного воздуха и воздуха внутри вагона и определяется по формуле:

Q₆ = G^л_н g^л_в (i_н – i_в), (4.6)

где G^л_н – объем подаваемого наружного воздуха летом, м³/с, g^л_в – плотность (объемная масса) воздуха летом, кг/м³, i_н – теплосодержание наружного воздуха, кДж/кг, i_в - теплосодержание воздуха в вагоне, кДж/кг.

Плотность воздуха принимается по таблице 4.4 в зависимости от температуры.

Таблица 4.4

t 0C			-10	-20	-30	-40	-50
T 0K
	1, 2	1, 29	1, 34	1, 39	1, 45	1, 51	1, 58

Теплосодержания воздуха i_н и i_в определяют по их температуре и относительной влажности с помощью i-d- диаграммы.

Количество тепла, которое надо отвести при образовании конденсата

, Вт (4.7)

Количество влаги, которое необходимо сконденсировать

, кг/ч (4.8)

где - влага, выделяемая пассажирами в вагоне; - влагоприток с вентиляционным воздухом; - влага, удаляемая из помещения вентилированием.

Через дефлекторы и путём инфильтрации удаляется воздух с параметрами пассажирского помещения. Количество удаляемой влаги из помещения вентилированием

, кг/ч (4.9)

где d_в - влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг.

Энтальпия пар и смеси воздуха, поступающего в вогдухоохладитель

, кДж/кг (4.10)

где t_c – температура смеси воздуха, ⁰С.

Энтальпия конденсата определяется для значения температуры, равной t_р.

Общее количество влаги, выделяемой пассажирами, равно

, кг/ч, (4.11)

где - масса влаги, выделяемой одним человеком, г/ч.

Интенсивность выделения водяного пара взрослого человека при спокойном состоянии зависит от температуры воздуха в помещении (таблица 4.5).

Таблица 4.5

Количество влаги, поступающей в вагон с наружным воздухом при вентиляции, равно

, кг/ч (4.12)

где V_н – количество наружного воздуха на одного пассажира, м³/ч; d_н, d_в – влагосодержание воздуха соответсвенно наружного и внутреннего, определяемое по диаграмме i-d, г/кг.

Общий теплоприток в вагон и, следовательно, потребная холодопроизводительность холодильной установки составляет:

. (4.13)

Температура подаваемого в пассажирское помещение вагона воздуха подсчитывается из условия компенсации всех теплопритоков, кроме теплопритока от самого поступающего в вагон наружного воздуха, так как этот теплоприток ликвидируется не в пассажирском помещении, а еще на пути в него при проходе через воздухоохладитель холодильной установки.

Тепловой баланс при этом составляет:

, (4.14)

где - сумма теплопритоков , Вт; - общее количество подаваемого в вагон воздуха, м³/с; Дж/кг∙ К – удельная теплоемкость воздуха; t_п – температура подаваемого в вагон воздух, ⁰С (температура подачи или температура воздуха, выходящего из воздухоохладителя).

Из формулы 4.8. находим

_. (4.15)

Расчет теплопотерь вагона в зимнее время осуществляется для определения производительности системы отопления. В зимнее время года тепло потери происходят:

- через ограждения вследствие перепад температур воздуха внутри и снаружи вагона;

- в результате инфильтрации;

- от подачи в вагон холодного наружного воздуха.

Теплопотери через ограждения определяются по формуле (4.1), в которой для получения положительного значения t_н и t_в меняют местами:

. (4.16)

Теплопотери от инфильтрации рассчитываются по формуле (4.2). Но учитывая, что зимой наружные двери вагонов открываются реже, чем летом, принимают коэффициент К^/ = 0, 25.

. (4.17)

Теплопотери от подаваемого в вагон наружного воздуха определяется по формуле:

_. (4.18)

где G^з_н – объем подаваемого наружного воздуха зимой, м³/с, g^з_в – плотность (объемная масса) воздуха зимой, кг/м³ (выбирается по табл. 4.4).

Общие теплопотери вагона составят:

(4.19)