扫路机空调系统改进

冯英达 温玉霜 苏忠浩

摘 要：扫路机作为清扫保洁设备，需要连续在道路上进行清扫保洁作业，为了隔音和降尘，驾驶室为封闭空间。为了提高驾驶员的舒适性，本文针对扫路机驾驶室空调系统的制冷性能進行了匹配计算。

关键词：扫路机;空调系统

引言：

扫路机为一种自制底盘的小型清扫设备，主要应用于非机动车道、人行道、狭小巷道、广场等场所，尺寸小巧，转向灵活，多为铰接式底盘。为了便于观察，扩大视野，提高驾驶安全性，铰接式扫路机的驾驶室环周视野一般超过270°，采用三面玻璃的超大视野设计。这样也就导致扫路机在夏季、冬季隔热性和保温性不足，为了提高驾驶员的舒适性，空调的制冷与制热性能显得尤为重要。

1 现有空调系统问题分析

根据用户使用体验，进行调研，总结现款扫路机空调系统问题有以下几点：

（1）空调制冷效果不明显，出风口位置正对着小腿，导致小腿局部过冷，头部体感较热;（2）雨天驾驶室玻璃没有除雾功能，导致视野受限，影响安全。

针对以上问题进行分析，得出结论如下：

（1）空调出风口设计位置实际体验较差，同时风道密封性不好，导致冷效果损失较严重;（2）玻璃面积过大，阳光可以晒到驾驶员，因此需要核算空调制冷量，验证选型是否满足制冷需求;（3）扫路机存在雨天工作的需求，因此增加除雾功能。

2 空调系统改进方案

原空调系统的蒸发器位于座椅下方，进风口为座椅安装板的顶部，出风口为座椅安装板的前部，出风正对腿的位置。夏天天热时，冷风吹到人体头部相较于其它部位更能让人感觉凉爽，因此将出风口改到驾驶室顶部，出风口风向可以调节。采用3+2出风口设计，3个出风口负责调节温度，2个出风口用于吹向玻璃进行除雾。同时对空调各风道连接口增加海绵密封，减小损失。

3 空调系统匹配计算

为了验证空调性能是否满足驾驶室的实际需求，对空调系统需要进行匹配计算验证。空调系统的匹配计算分为夏季制冷性能计算和冬季制热性能计算，由于制热性能用户反馈良好，因此本文只针对制冷进行校核计算。

3.1空调系统校核

空调系统的总负荷包括玻璃的温差传热和日射得热、室内与室外产生的热交换、车身传热量、人体的热负荷、整车湿负荷，即Q = Q玻+Q新+ Q车身+ Q人+Q湿。

3.1.1 玻璃的温差传热和日射得热

Q玻=QG1+QG2=K玻A玻△t+（η+ραB/α）U×S

式中：QG1为由于车内外温差而传入的热量;QG2为由于太阳辐射而传热的热量;K玻为综合传热系数，取值为6.4w/m2.℃;A玻为玻璃总面积3.44m2;Η为太阳辐射通过玻璃的透入系数，此处取0.56;Ρ为玻璃对太阳辐射热的吸收系数，此处取0.34;αB为内表面放热系数，一般取16.7 w/m2.℃;αH为车外空气与日照表面的对流放热系数，与车速有关;U为车窗的太阳辐射量;S为遮阳修正系数，此处取0.46。

U=A玻IG+（A玻-A玻）×IS

式中：A玻为玻璃阳面投影总面积，A玻=3.415 m2; IG 为车窗外表面的太阳辐射强度，取1000W/ m2;IS为车窗外表面的太阳散射辐射强度，取41.7W/ m2。

3.1.2 室内与室外产生的热交换

式中：n为乘员人数，n=1;l0为新风量/人.小时，取值11m3/h.人（最小不小于10 m3/h.人）;ρ为空气密度，取1.14kg/m3;h0为室外空气的焓值;hi为车室内空气的焓值。此工况下，车室内空气的相对湿度为50%，车室外相对湿度为50%，由H-D图可查。

3.1.3 车身传热量

车身传热量包括车顶、侧面、底板三部分的热负荷之和，Q车身=KF（tm-ti）。

式中：K为车身各部分的综合传热系数，参考其它资料，取：K=4.8w/m2.℃;tm为车身表面的当量温度，ti为车室内的空气温度。

式中：t0为室外温度;IG ，IS为太阳的直射强度和散射强度;ε为表面吸收系数，它与车身的颜色有关，ε，现取车身表面颜色为黑色，故取ε=0.8;α为室外空气的对流换热系数：40.6 w/m2.℃。

3.1.4 人体的热负荷

环境模拟试验条件中乘坐人员为1人，参考相关资料，取司机的热负荷Q司机=170W。

3.1.5 整车湿负荷

在空调系统的制冷的过程中，在降低车室内空气的温度的同时，一部分空气中水蒸汽也被冷却下来，形成冷却水。

（1）在29℃的环境条件下，人体的散湿量约为d0=56g/h，故总散湿量为：D0 = nd0 = 56 g/h

（2）车室内总质量为：M =ρv =0.969（Kg）

在29℃，相对湿度为50%的环境条件下，其含湿量为d1=9.3g/Kg，h1=47.8kJ/kg，设蒸发器表面空气温度8℃，此处相对湿度为100%的湿空气，在24℃环境时，相对湿度为36%，含湿量为d2=6.7 g/Kg，h2=41 kJ/kg。

假设风机在整车上的风量为L0=480m3/h，故由于人体散湿而产生的含湿量的增加为：Δd = D0×（V/ L0）÷M=0.1（g/Kg）。

由H-D图可知，△H=0.3 kJ/kg，=45.6（W）

3.2空调系统选型

由计算可知，制冷量实际需求2184W，空调系统制冷量为3000W，满足使用要求。原反馈的制冷量不足是由于密封性不佳以及风道布置不合理导致的。

4 试验验证

4.1试验工况

时间：12：40-13：20;天气：晴;温度：35℃;风力：一级。

扫路机停止在调试场向阳处，上电后仅空调制冷工作，调节温控开关使制冷功率达到最大，风速调到三挡，记录空调制冷过程中的温度及相对湿度随时间的变化;

4.2试验数据

5 结论

夏季太阳辐射强烈，在环境温度为35℃左右时，扫路机驾驶室内最高温度可达50℃以上。扫路机空调启动制冷作业后，前5min内驾驶室可降温约20℃，达到30℃左右，同时相对湿度有较大上升;工作15min以后驾驶室内的温度和相对湿度趋于稳定，保持在27℃温度和31%相对湿度的较为舒适的区间。总体来说，空调制冷作业性能良好，可达到较好的降温加湿效果。

通过改进后的空调系统，制冷效果达到了预期，同时增加了除雾功能，满足了用户实际使用需求，提高了驾驶感受，增加了产品竞争力。

参考文献：

[1]常新龙.工程车辆空调系统匹配设计. 建筑工程技术与设计，2017，（18）.

[2]余延斌. 某重型叉车空调系统匹配设计分析. 内燃机与配件，2020， （18） .

[3]李维，何丹，肖飒，梁爽等. 非公路自卸车空调系统匹配设计. 无线互联科技，2017， （6）.

（徐州徐工环境技术有限公司，江苏 徐州 221001）