| Наряду с повышением производительности и экономичности работы автомобилей важнейшей задачей конструкторов является обеспечение комфортабельности езды пассажиров и водителей. Комфортабельность зависит от многих факторов и, в частности, ют микроклимата в салоне или кабине. Комфортабельность характеризуют следующие величины: процентное содержание кислорода в воздухе; наличие пыли и отработавших газов; температура воздуха; теплоизлучение; влажность воздуха;
скорость и направление воздушных потоков. На микроклимат в салоне оказывают влияние дождь, снег, солнечное излучение и встречный поток воздуха при движении автомобиля. Нагревание, охлаждение и увлажнение воздуха в автомобиле приводят к изменению микроклимата, что, в свою очередь, в значительной степени влияет на физическое и психическое состояние находящихся в автомобиле людей.
Наибольшее влияние на микроклимат в салоне автомобиля может оказать система кондиционирования воздуха. Однако в большинстве случаев ограничиваются использованием системы вентиляции, которую часто объединяют с отопительным устройством и механизмами, предотвращающими запотевание и загрязнение стекол.
Вопросы вентиляции автомобилей в настоящее время разработаны еще недостаточно.
Например, до настоящего времени отсутствуют официальные нормы, определяющие параметры микроклимата в автомобиле, что заставляет использовать для сравнительной оценки соответствующие показатели, принятые для жилых помещений и железнодорожных вагонов (информация на момент написания книги). В то же время в России и за рубежом проведены серьезные исследования систем вентиляции автомобилей. Эти исследования позволили накопить значительное количество сведений о температурах и влажности воздуха, обеспечивающих достаточный комфорт.
Диаграмма температуры и влажности воздуха в салоне автомобиля приведена на рис. 124, где штриховкой выделена зона комфорта.
Рис. 124. Диаграмма температуры и влажности воздуха в салоне автомобиля:
h — относительная влажность (в %);
а — содержание воды (в г) на 1 кг сухого воздуха
Наиболее благоприятные условия для пассажиров в легкой одежде будут в зоне температур и влажностей, заштрихованной крестообразной, а допустимые — в зоне,
обозначенной обычной штриховкой.
В основу проектирования вентиляционных систем и организации внутренних воздушных потоков в автомобилях должны быть положены сведения о физиологической связи пассажиров с окружающей их воздушной средой. Жизнедеятельность человеческого организма сопровождается выделением значительного количества тепла.
Первая задача вентиляции — поддержание внутри автомобиля благоприятного для человека теплового режима. Повышение температуры в пассажирском помещении или в кабине автомобиля может явиться результатом действия солнечной энергии или проникновения тепловых потоков от работающего двигателя. Все виды поступления тепла в салон автомобиля особенно усиливаются в летний период времени.
Теплотехнический расчет кузова автомобиля позволяет определить количество тепла, воспринятого отдельными его частями в результате теплового воздействия солнечной энергии и наружного воздуха. Если обозначить действующую на поверхность кузова автомобиля солнечную энергию через J, а коэффициент поглощения тепла неостекленной частью кузова через рT, то полученное кузовом количество тепла q = JpT.
У современных автомобилей на внутренних поверхностях крыши и стенок имеются накладки из теплоизоляционных материалов, таких как войлок, теплоизоляционный картон,
пенопласт, асбест и т. п. Термическое сопротивление каждого такого слоя учитывают отдельно. Тепловосприятие наружной обшивки автомобиля можно уменьшить,
применяя теплоотражающую окраску.
Обозначив толщину (в м) отдельного слоя крыши или боковины δ и коэффициент теплопроводности материала слоя
λ, при коэффициентах теплоотдачи ак и тепловосприятия ав
получим сопротивление кузова автомобиля теплопередаче
Первый член правой части уравнения (74) представляет собой сопротивление теплоотдаче внешней поверхности крыши и боковин кузова автомобиля, второй — суммарное термическое сопротивление всех теплоизоляционных слоев, а третий — сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности стенок и потолка салона или кабины.
Количество тепла, поступающего в автомобиль через 1 м2 остекленной поверхности,
где τ1 — коэффициент теплопропускания стекол; τ2 — коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности стекла; τ3 — коэффициент, характеризующий затенение стекол переплетами; τ4 — коэффициент, учитывающий пропуск солнечной энергии при закрытых шторах.
При расчетах можно принимать Jmax (500-:-600) ккал/(м2∙ч),
а τ1τ2τ3τ4
= 0,335. Зашторивание окон снижает теплопоступление в салон на 40%, а теплоизоляция крыш и боковин при отсутствии стекол на скате крыши — на 25%.
Теплопоступление от двигателя зависит от его расположения, качества теплоизоляции и примерно равно 500 ккал/ч, тогда как выделяемое пассажирами тепло в зависимости от температуры окружающего воздуха может составлять для одного человека 75 — 125 ккал/ч. Необходимое для ассимиляции теплоизбытков Qcум количество воздуха (в м3/ч)
где сy — удельная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,24 ккал/(кгс∙°С); tB — tП —
допустимый перепад температур внутри и снаружи автомобиля, принимаемый равным 3
— 5°; для любого случая температура воздуха в салоне автомобиля не должна превышать 27° С.
Для ассимиляции теплоизбытков в кузове, имеющем теплоизоляцию, при зашторенных окнах требуется от 65 до 95 м3/ч свежего воздуха на одного пассажира, а для кузова без теплоизоляции и при незашторенных окнах эта величина возрастает до 85 — 135 м3/ч.
Вторая задача вентиляции внутренних помещений автомобиля — ввод такого количества свежего воздуха, которое обеспечивало бы допустимую концентрацию в нем вредных для здоровья человека газов (СО2, СО, паров бензина и др.). Следует учитывать, что с повышением температуры усливается и токсичность этих газов.
За сутки человек пропускает через свои легкие в среднем около 15 кг воздуха или 500 л/ч. В выдыхаемом человеком воздухе содержание углекислого газа увеличивается в 145 раз при соответствующем уменьшении содержания кислорода. Если считать, что в наружном воздухе содержание СO2 составляет 0,3 л/м3 (в отдельных случаях оно может повышаться до 0,5 л/м3), а человек в состоянии покоя выдыхает СO2 в среднем 23 л/ч, то при допустимой концентрации 1,25 л/м3
количество воздуха, необходимое для разбавления СO2,
составит
При обычных размерах кузовов легковых автомобилей на одного пассажира приходится 0,4—0,7 м3 воздуха, в кабине грузового автомобиля — 0,6—0,9 м3
и в автобусах при заполнении только сидячих мест — 0,7—1,2 м3. В этих условиях отсутствие вентиляции приводит к быстрому накоплению влаги,
углекислого газа и вредных компонентов отработавших газов. Поэтому даже при кратковременном пребывании человека в автомобиле минимальное количество свежего воздуха должно составлять 15 м3/ч или 0,25 м3/мин,
т. е. для легкового автомобиля при четырех пассажирах 1 м3/мин.
Однако в летнее время в зависимости от величины и формы салона потребность в свежем воздухе может возрасти до 5 и даже 10 м3/мин.
Организм человека способен к автоматической терморегуляции, выражающейся в увеличении теплоотдачи при испарении влаги через кожные поры, причем выделяемое человеком количество влаги зависит от температуры окружающего воздуха и состояния его организма. Рекомендуемая влажность воздуха находится в пределах 30—70%. Количество воздуха, необходимое для поддержания концентрации влаги на нужном уровне,
где GB — вес водяных паров, выделяемых одним пассажиром, в гс/ч; aвн—aн—разность влагосодержания внутреннего и наружного воздуха в г/кг.
При расчетах влаговыделение одного человека зимой принимают равным 43 г/ч, а летом 80 г/ч, хотя в отдельных районах России оно может достигать 128 г/ч и даже 280 г/ч. Наименьшее влагосодержание наружного воздуха зимой ан≈0,5 г/кг, а наибольшее ан≈(3,8-:-5,0) (Закавказье и Средняя Азия). Для областей умеренного пояса ан≈(1,7-:-2,4) г/кг.
Летом влагосодержание наружного воздуха повышается до ан≈(5,7-:-9,0)
г/кг, а в районах с влажным климатом до аH≈16 г/кг. Влагосодержание воздуха, выходящего из салона автобуса зимой, авн≈(5,3-:-7,9) г/кг, а летом авн≈(8,0-:-15,0)
г/кг, для районов Закавказья и Средней Азии авн≈19 г/кг. Расчеты показывают, что для ассимиляции влаговыделений одного пассажира необходимо от 14 до 24 м3/ч свежего воздуха.
Главной причиной снижения комфорта в автомобиле является поступление в салон тепла.
Количество воздуха, необходимое для ассимиляции теплоизбытков в летнее время,
вполне удовлетворяет требованиям ассимиляции вредных примесей и влаговыделений.
Поэтому вентиляционные системы рассчитывают на ассимиляцию теплоизбытков в летнее время и на допустимое количество влагоизбытков и углекислого газа в зимнее время. В зимних условиях возможна рециркуляция, т. е. полное или частичное использование воздуха из кузова в системе вентиляции.
Нормы вентиляции устанавливают в зависимости от типа автомобиля по кратности воздухообмена, рекомендуемой в пределах от 20 до 100 в час. Повышенные требования в этом отношении предъявляют к автомобилям, в которых пассажиры должны находиться в течение продолжительного времени, например к междугородным и туристским автобусам. Эти требования заметно снижаются в отношении вентиляции кабин грузовых автомобилей и салонов легковых автомобилей массового производства.
Для городских автобусов, часто перевозящих одновременно большое число пассажиров,
целесообразно иметь высокопроизводительную систему вентиляции, обеспечивающую равномерное распределение воздушных масс по всему объему салона при движении с малой скоростью и на стоянках.
В особую категорию следует выделить автомобили, эксплуатируемые в условиях жаркого климата, а также автомобили-самосвалы, работающие в карьерах, где запыленность воздуха значительно превосходит обычные нормы. В условиях интенсивного солнечного излучения вентиляция вообще становится проблематичной.
Наиболее эффективное воздействие охлаждающий воздух оказывает на пассажиров спереди, так как самые чувствительные к охлаждению области человеческого тела — грудь и шея. Поэтому воздушный поток, натекающий на пассажира спереди, вызывает у него ощущение охлаждения во всем организме.
Ощущение комфорта не нарушается, если соблюдать технические требования к вентиляции (СНО 25313—68), которые предусматривают равномерное распределение поступающего в салон воздуха по всему объему со скоростями не менее 0,2 м/с, но и не более 0,5 м/с зимой и 2,0 м/с летом, в зависимости от климатических условий.
Оптимально организованная система вентиляции должна создавать равномерное движение воздуха спереди назад в верхней части салона (где расположены лица пассажиров)
и возвращение воздушного потока к вытяжным проемам под сиденьями и в проходе с вентилированием зоны расположения ног пассажиров. Такая организация воздушных потоков может быть получена лишь при наличии принудительной или комбинированной систем вентиляции. Движение воздуха в верхней части салона сзади вперед недопустимо, так как оказывает на пассажиров очень неприятное воздействие.
Обязательным условием является надежное функционирование системы вентиляции автомобиля даже в условиях медленной езды по городу.
Автор: Е.В.
Михайловский |
Идёт загрузка...