Параметры микроклимата движущего транспортного средства

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

     Кафедра: Энергообеспечение  предприятий и энергосбережения

                                    Курс: Теоретические основы  теплотехники 
 

Курсовая  работа:

ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА

«Вагона». 
 

Работу  выполнил:

Студентка гр.21310

     Ульянова И.А.

     Работу  принял:

Устинов А.С 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Петрозаводск ,2010г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................3

1. Состояние  вопроса по системам кондиционирования  воздуха……....4

2.Технические  характеристики вагона........................................................6

3.Определиние расчетного коэффициента теплопередачи ограждений кузова..............................................................................................................8

4.Теплотехнический расчет вагона в летнее время............................   ...12

4.1.Теплопритоки  через ограждения........................................... .. .....13

4.2.Теплопритоки  от инфильтрации.............................................  ......13

4.3.Тепловыделения  пассажиров..................................................  ......14

4.4.Теплопритоки от освещения и электрооборудования........... . ....14

4.5.Теплопритоки от солнечной радиации................................... .......14

4.6.Суммарные теплопритоки....................................................... .......14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................... ... ..15

Список литературы.......................................................................................16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Основные  задачи транспорта – своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы.

     Установки кондиционирования воздуха, применяемые  на пассажирских вагонах имеют большую массу. Это связано с тем, что одна часть аппаратов расположена под рамой вагона, другая в потолочном пространстве, а это требует большого количества трубопроводов для соединения этих частей. Так же все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

     Для совершенствования установок кондиционирования  воздуха необходимо работать над  путями снижения массы, улучшения условий  ремонта и содержания, решать задачи по применению плавного регулирования и автоматического поддержания постоянной температуры воздуха в вагоне, улучшению герметичности системы. Дальнейшее развитие техники, получение необходимых температурно-влажностных условий в вагонах направлено на совершенствование конструкции холодильных машин, приборов отопления и повышение теплотехнических характеристик кузова вагона.

     В связи с электрификацией многих участков железных дорог созданы  условия для широкого применения электрического отопления пассажирских вагонов и централизованного электроснабжения установок кондиционирования воздуха и других электропотребителей. Это позволяет улучшить не только комфортные условия для пассажиров, но и уменьшить затраты человеческого труда на обслуживание оборудования вагонов.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СИСТЕМАМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

     В настоящее время все холодильные  установки в пассажирских вагонах  с кондиционированием воздуха, имеющие  подвагонную компоновку, обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

     Основные  недостатки:

• большие масса и габариты;
• значительный расход электроэнергии;
• недостаточная надежность и долговечность;
• трудность обеспечения полной герметизации системы из-за разбросанности агрегатов и длинных трубопроводов с большим количеством разъемов.

     Снижение  массы холодильных установок  можно осуществлять за счет интенсификации теплообмена и соответствующего уменьшения поверхности аппаратов, как наиболее тяжелой части холодильных  установок.

     Применение  плавного регулирования холодопроизводительности и автоматического поддержания стабильной температуры воздуха в вагоне можно осуществлять путем поочередного включения цилиндров компрессора. Такой способ регулирования, несомненно, прогрессивен, так как благодаря этому сводится к минимуму количество пусков и остановок компрессора и обеспечивается более устойчивая температура в вагоне. Примером установки с широким диапазоном регулирования является установка фирмы «Стоун» холодопроизводительностью – 31.4 кВт.

     Весьма  целесообразно изменять температуру воздуха по желанию пассажиров отдельно в каждом купе. В вагонах поездов «Рейнгольд» эксплуатируемых с 1962 г. в ФРГ, применены аппараты «Жетэйр» устанавливаемые в каждом купе. В них происходит вторичная тепловая обработка воздуха, поступившего из нагнетательного воздуховода, и пассажиры могут сами устанавливать в купе желаемую температуру.

     Улучшение технико-экономических показателей  вагонных холодильных установок  может быть достигнуто за счет повышения  частоты вращения коленчатого вала компрессора, например, до 3000 об/мин.

     Улучшение герметичности системы является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на надежность работы холодильной  установки.

     Первым  шагом по улучшению герметичности  системы было создание полугерметичных  компрессоров, смонтированных в одном корпусе с бесколлекторным электродвигателем переменного тока (например, компрессор ФУБС 15) Полностью же герметичную систему можно создать только при агрегатировании установки, т.е. применении автономного кондиционера с питанием переменным током.

     Автономный  кондиционер представляет собой единый агрегат отдельные части которого соединены с помощью сварки. Это позволяет ликвидировать один из основных недостатков подвагонных установок, имеющих фланцевые и резьбовые соединения.

     Агрегат удобен в обслуживании, легко монтируется на вагоне и при необходимости может быть быстро заменен другим не только на пунктах оборота поезда, но и во время его стоянок.

     Автономные  кондиционеры появились на транспорте около двадцати лет назад, но уже  сейчас находят широкое применение во многих странах.

     Кондиционеры, работающие в цикле  теплового насоса, весьма экономичны и целесообразны для применения на железнодорожном транспорте. Они могут обеспечить не только охлаждение воздуха, но и подогрев без применения специальных подогревателей путем реверсирования в холодильной системе направление потока хладагента в зависимости от наружных температурных условий.

     Применение  теплового насоса позволяет значительно  расширить возможности использования  установок кондиционирования воздуха. В южных направлениях с умеренным климатом, где температура воздуха бывает -5 градусов даже в зимнее время года, такая установка может обеспечить круглогодичное кондиционирование воздуха, не нуждаясь в дополнительном применении приборов системы отопления.

     При более холодном климате может  потребоваться добавочный подогрев воздуха приборами отопления. И  лишь при сильных морозах такая  установка оказывается экономически невыгодной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.ТЕХНИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАГОНА 

Таблица 1. Основные размеры автомобиля

В качестве изучаемого объекта я взяла купейный вагон 
марки 61-4179, в котором установлен кондиционер с холодопроизводительностью 29кВт, КЖ-25П. Элементы конструкции  вагона - это потолок, стены, пол, двери и окна. Все эти элементы выполнены из определенных материалов. Мы будем считать приблизительно, что все они имеют форму прямоугольника. Поэтому для каждого из элементов конструкции мы будем искать площадь как для прямоугольника.

  Где:

• a – ширина конструкции;
• b- Длина конструкции.

     Расчетная площадь теплопередающей поверхности  кузова определяется по формуле

где и соответственно, наружная и внутренняя площади поверхностей ограждения.

     Рассчитаем  площадь наружной поверхности

1) Площадь  пола: 

2) Площадь  боковых стен: 

3) Площадь  торцовых стен: 

4) Площадь  крыши:      

5) Площадь  больших окон:

, 

     где  длина окна ,

      ширина окна ;

      количество окон

     6) Площадь малых окон:

,

где ;  ;     

Рассчитаем  площадь внутренней поверхности

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

Тогда  ;

(без площади окон).

Общая площадь кузова вагона:  
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА  ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОГРАЖДЕНИЯ КУЗОВА 

     Определение приведенного коэффициента теплопередачи  будем вести по формуле:

 ,

где коэффициент теплопередачи.

Где коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки к наружному воздуху (или от наружного воздуха к поверхности стенки), Вт/(м²×К);

      коэффициент теплоотдачи от воздуха  к внутренней поверхности стенки (или наоборот), Вт/(м²×К). 

Таблица 2– Характеристики материалов теплоизолирующих поверхностей элементов ограждения кузова вагона /3, с. 86/

  Величина  α_н зависит от скорости и характера воздушного потока, обдувающего наружную поверхность. Чем больше скорость, тем больше масса воздуха, вступающего в теплообмен с поверхностью стен, и, значит, тем больше значение α_н. Характер потока - спокойный (ламинарный), при котором струи воздуха переменны, или с завихрениями (турбулентный) - зависит от угла его направления к обдуваемой поверхности, от характера самой поверхности и ее площади. При большом угле направления потока и при неровной (шероховатой и с выступающими частями) поверхности образуются завихрения, большая масса воздуха входит в соприкосновение с поверхностью и значение α_н  увеличивается. При ровной поверхности, чем больше ее площадь (точнее протяженность в направлении потока), тем спокойнее характер потока и тем меньше значение  α_н.

  Для вагонов направление потока воздуха  и обдуваемой поверхности или совпадает, или поток находится под небольшим углом к большей части поверхности - боковым стенам, крыше, полу. Конфигурация и характер поверхности пассажирских и изотермических вагонов, в основном ровные и примерно одинаковые, поэтому для определения значения α_н  можно пользоваться эмпирической формулой, в которой переменными величинами являются лишь скорость движения вагона и его длина:

  Где :

• U - скорость поезда, м/с;
• ℓ  -  длина кузова, м.

   Рассчитаем  величину  α_н  для различных скоростей в интервале от 0 до 75 км/ч и занесем результаты в таблицу 4. 

Таблица 3. Коэффициенты теплоотдачи

  Величина  α_в зависит от тех же показателей и параметров, что и величина α_н. Но скорости движения воздуха внутри потока от работы вентиляции значительно меньше скоростей атмосферного воздуха, а конвективные скорости в результате теплообмена между внутренними поверхностями и воздухом в вагоне значительно уменьшаются вследствие загроможденности. Поэтому величина  α_в  меньше величины α_н, даже в стоящем вагоне. По рекомендациям, значение α_в может быть принято равным: α_в =10 Вт/(м² ∙ К). 

Ограждение  крыши, мм:

1. Боковые и  торцовые стены, мм:

2. Пол, мм:

3. Окна, мм:

Рисунок 2.1¾Сечения теплопередающих поверхностей:

1¾ стальная обшива; 2¾ пластик; 3¾ пенополиуретан; 4¾ ДВП; 5¾ павинол; 6¾ мастика; 7¾мипора; 8¾ пленка; 9¾ фанера; 10¾ линолеум; 11¾ стекло; 12¾воздух. 

  Рассчитаем  коэффициенты теплопередачи при  различных скоростях с учетом площади элементов конструкции  автомобиля и занесем данные в  таблицу 4.

  Таблица 4. Коэффициенты теплопередачи при различных скоростях с учетом площади

     4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВАГОНА В ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ

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

     Общий теплоприток в вагон  определяется по следующей формуле :

где теплоприток в вагон поступающий через ограждение кузова в следствии перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона, кВт;

      теплоприток от инфильтрации воздуха, кВт;

      теплоприток от солнечной радиации, кВт;

      теплоприток от тепловыделения пассажиров, кВт;

      тепловыделение работающего  в вагоне оборудования, кВт;

      приток наружного воздуха, подаваемого  в вагон вентиляцией, кВт.

     Находим каждый вид теплопритоков:

     где

      наружная температура воздуха  летом (по заданию);

      температура воздуха в вагоне.

     Принимаем .

  Вычислим  разницу температур:  ∆t = t_н-t_в = 5ºС

  Определим теплопритоки через отдельные элементы. Для этого площадь данного элемента будем умножать на коэффициент теплопередачи для данного элемента при различных скоростях и на  ∆t. Расчет Q₁ , Вт при различных скоростях.

  Таблица 5. Значения теплопритоков при различных  скоростях

  Из  таблицы видно, что средний суммарный  теплоприток через ограждения равен: Q₁=12.827 кВт 
 

4.1.Теплопритоки  от инфильтрации.

  Теплопритоки  от инфильтрации воздуха находятся  в прямой зависимости от перепада температур между температурами воздуха внутри и снаружи и от частоты открывания дверей. Инфильтрация через небольшие не плотности ограждений не учитывается, так как при работающей системе вентиляции и образующимся при этом перепаде воздуха наружный воздух через эти не плотности внутрь не проходит. Поскольку теплоприток  через ограждения  Q₁ , также пропорциональны перепаду между температурами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтрации  Q₂  определяют как некоторую часть Q₁ , по формуле: 

  Q₂=K′∙Q₁

  Где K'- безразмерный числовой коэффициент. В нашем случае его принимают K' = 0,3

  Q₂ = K′∙Q₁ = 0, 3∙12.827 = 3.8 кВт,

  таким образом, теплопритоки от инфильтрации Q₂=3.8 кВт

4.2.Тепловыделения  пассажиров.

  Различными  исследователями установлено, что  теплоотдача за счет конвекции при комфортных условиях составляет 33-35% всей теплоотдачи. Количество теплоты, отдаваемое излучением, находится в пределе 42-44%. Теплоотдача испарением составляет 20-25% отдаваемой теплоты. При температуре воздуха ниже температуры кожи человека количество испаряемой влаги остается практически постоянным. При более высоких температурах влагоотдача возрастает. Потоотделение начинается при температуре выше 28-29 °С, а при температуре выше 34 °С теплоотдача испарением и потоотделением является практически единственным способом теплоотдачи организма. При температуре воздуха 38 ^оС и влажности 56% наступает предел естественной терморегуляции тела; при легкой одежде этот предел 38 °С и 43%, при обычной одежде 38 °С и 39%.

  Определяются  по формуле:

  Q₃=q₁∙n,

  где q_л - суммарное (сухое и влажное) тепло, выделяемое одним пассажиром, Вт; n - количество пассажиров, исходим от количества сидячих мест.

  Пассажиры находятся в помещении с малой  кубатурой. Это несколько ухудшает условия их пребывания и одновременно предъявляет повышенные требования к обеспечению состояния и состава воздуха в пассажирском помещении. Тепловой комфорт пассажиров зависит от правильного выбора параметров метеорологического состояния воздуха в помещении с учетом времени года и климатических условий местности, по которой будет курсировать транспортное средство. При этом имеется в виду, что пассажир находится в спокойном состоянии.