魏勇亮，胡興榮

（上海航天電子技術(shù)研究所上海201109）

軍用方艙空調(diào)選型注意事項(xiàng)

魏勇亮，胡興榮

（上海航天電子技術(shù)研究所上海201109）

為了獲得符合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的車內(nèi)環(huán)境，滿足人機(jī)工作的需要，必須對方艙進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。介紹了在方案設(shè)計(jì)階段空調(diào)選型應(yīng)考慮的幾個問題，為空調(diào)在軍用方艙中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

空調(diào)；選型；軍用方艙

方艙作為一種野外條件下為操作人員和電子設(shè)備提供適宜環(huán)境和安全防護(hù)的場所，艙內(nèi)環(huán)境的好壞對設(shè)備的正常工作以及操作人員的心理、生理會產(chǎn)生較大的影響[1]。

由于野外環(huán)境復(fù)雜，氣象條件差異很大，為了獲得符合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的車內(nèi)環(huán)境，滿足人機(jī)工作的需要，必須對車內(nèi)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，空調(diào)已成為方艙的必備系統(tǒng)之一。

1 空調(diào)選型步驟

方案設(shè)計(jì)階段，空調(diào)選型主要考慮以下幾個方面：

（1）空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式；

（2）方艙的冷熱負(fù)荷；

（3）空調(diào)的使用環(huán)境；

（4）空調(diào)的性能指標(biāo)。

空調(diào)選型步驟一般為：確定空調(diào)結(jié)構(gòu)形式→方艙冷熱負(fù)荷計(jì)算→空調(diào)使用環(huán)境影響分析→空調(diào)性能指標(biāo)核算→確定空調(diào)型號。

2 空調(diào)選型注意事項(xiàng)

2.1 空調(diào)的結(jié)構(gòu)形式

方艙空調(diào)按照結(jié)構(gòu)形式，可分為整體式和分體式兩種。整體式包括窗式、外置式和頂置式；分體式包括落地式、壁掛式和分立式。方艙空調(diào)中較常見的是整體外置式、整體頂置式和分體壁掛式[2]。三種結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，空調(diào)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求，結(jié)合方艙設(shè)備布局進(jìn)行選擇。

1）整體外置式：裝在方艙外部，不占用艙內(nèi)空間，利用艙內(nèi)風(fēng)道把冷熱風(fēng)沿艙頂四周均勻排放，符合人機(jī)環(huán)境，噪聲大。

2）整體頂置式：裝在方艙頂部，占用高度方向空間，噪聲大。

3）分體壁掛式：包括室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)，兩者之間通過液管、電纜連接。噪聲小，占用艙內(nèi)空間，送風(fēng)范圍小。方艙有電磁屏蔽要求時(shí)，需處理過線孔。

2.2 方艙的冷熱負(fù)荷

準(zhǔn)確計(jì)算方艙的冷熱負(fù)荷是空調(diào)選型合適的前提。夏季冷負(fù)荷計(jì)算主要考慮人員舒適性，冬季熱負(fù)荷計(jì)算主要考慮設(shè)備低溫啟動要求。一般方艙夏季冷負(fù)荷可根據(jù)方艙尺寸預(yù)估，例如一個CAF40大板式方艙的冷負(fù)荷一般為8 159～9 602 W（按照方艙長4 m，寬 2.2 m，高2.2 m，傳熱系數(shù) 2 W/m2·℃考慮）[3]。

方艙的冷熱負(fù)荷計(jì)算可分為穩(wěn)定傳熱法和不穩(wěn)定傳熱法[4]。穩(wěn)定傳熱法是假定溫度場不隨時(shí)間變化，溫度分布規(guī)律按直線變化。不穩(wěn)定傳熱法考慮溫度場隨時(shí)間的變化以及熱量傳遞周期性波動等因素。相關(guān)文獻(xiàn)對計(jì)算過程有詳細(xì)介紹，本文僅針對穩(wěn)定傳熱法介紹一些計(jì)算注意事項(xiàng)。

2.2.1 夏季

夏季晴天野外條件下，進(jìn)入方艙的熱量主要包括：

（1）方艙內(nèi)外溫差引起的傳導(dǎo)熱；

（2）艙體外表面吸收的太陽輻射熱；

（3）艙內(nèi)電子設(shè)備無用功轉(zhuǎn)換的熱量；

（4）操作人員的散熱量；

（5）操作人員補(bǔ)充艙外新鮮空氣帶入的熱量。

建議在上述計(jì)算基礎(chǔ)上增加20%左右的富裕度，因?yàn)槌擞?jì)算中的不確定因素外，還需要注意：空調(diào)制冷量一般指額定工況下的制冷量，高溫工況下的制冷量會降低。根據(jù)GJB1913A-2006《軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》[5]，空調(diào)在高溫工況下的制冷量要求為不小于額定工況制冷量的70%.

2.2.2 冬季

冬季方艙熱負(fù)荷計(jì)算需考慮：

（1）方艙內(nèi)外溫差引起的傳導(dǎo)熱；

（2）操作人員補(bǔ)充艙外新鮮空氣帶入的熱量；

（3）各種設(shè)備預(yù)熱消耗的熱量。

建議計(jì)算時(shí)對“各種設(shè)備預(yù)熱消耗的熱量”重點(diǎn)關(guān)注?？照{(diào)低溫制熱性能的考核通常伴隨對制熱時(shí)間的考核，艙內(nèi)的設(shè)備量（特別是金屬件）直接影響制熱時(shí)間的長短。計(jì)算艙內(nèi)加熱時(shí)間是一個瞬態(tài)溫升問題。瞬態(tài)溫升的時(shí)間與加熱設(shè)備的功率、艙內(nèi)各部件的位置、質(zhì)量及艙內(nèi)空氣比熱存在如下關(guān)系：

式中，P 為加熱設(shè)備功率（W）；t為加熱時(shí)間（s）；Cair為空氣比熱，（0～100℃）時(shí)取1 000 J/（kg·℃）；Mair為艙內(nèi)空氣質(zhì)量（kg）；ΔT為溫升（℃）；Ci為設(shè)備比熱，鋁合金取880 J/（kg·℃），鋼取480 J/（kg·℃）；Mi為艙內(nèi)設(shè)備質(zhì)量（kg）.

2.3 空調(diào)的使用環(huán)境

軍用空調(diào)的使用環(huán)境溫度一般為-45～55℃.結(jié)構(gòu)上加固設(shè)計(jì)，抗振、抗沖擊；能承受頻率為5 Hz～200 Hz～5 Hz，負(fù)荷為2.5 g的掃描振動以及持續(xù)時(shí)間11 ms，峰值加速度15 g的沖擊；能在海拔4 550 m以下正常工作，能在經(jīng)受6 mm/min，持續(xù)時(shí)間60 min的降雨環(huán)境后正常工作。下面以高溫工作工況為例，介紹使用環(huán)境對空調(diào)選型的影響。

2.3.1 環(huán)境試驗(yàn)工況的一致性

根據(jù)GJB1913A-2006《軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》，空調(diào)在高溫工作工況下對空氣溫度的要求是：室外側(cè)55℃，室內(nèi)側(cè)40℃[5].當(dāng)空調(diào)隨方艙一起進(jìn)行高溫工作環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，整體放置于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，空調(diào)的室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)溫度均為55℃.和空調(diào)單獨(dú)高溫工作相比，隨方艙一起進(jìn)行高溫工作時(shí)的工況更嚴(yán)酷。設(shè)計(jì)人員在空調(diào)選型時(shí)，應(yīng)識別兩種工況的差異，考慮一定設(shè)計(jì)余量。

2.3.2 環(huán)境試驗(yàn)室的影響

根據(jù)GB/T10592-2008《高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》，環(huán)境試驗(yàn)箱的溫差為±2℃[6].系統(tǒng)高溫工作溫度

式中，Gv為空氣的體流量（m3/h）；Q為方艙夏季熱負(fù)荷（W）；Tv為艙內(nèi)空氣平均溫度，Tv=（T1+T2）/2（℃）；T1為艙內(nèi)空氣初始溫度（℃）；T2為艙內(nèi)空氣目標(biāo)溫度（℃）;Cp為特征溫度Tv時(shí)的空氣比熱，（J/（kg·℃））；γc為特征溫度Tv時(shí)的空氣密度（kg/m3）.

2.4.3 漏氣量

對于有大三防（核、生、化）要求的空調(diào)，選型時(shí)需關(guān)注空調(diào)的漏氣量指標(biāo)。根據(jù)GJB1629-1993《軍事后勤裝備防核、生物、化學(xué)武器通用規(guī)范》，防護(hù)體在達(dá)到300 Pa超壓時(shí)，漏氣量不大于4.21 m3/h[9].方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)及方艙的具體情況（門、窗、孔口的大小和數(shù)量）確定空調(diào)的漏氣量指標(biāo)。空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)道法蘭、水槽接縫、風(fēng)機(jī)連接處及蒸發(fā)器側(cè)板都需要采取相應(yīng)密封措施。為55℃，試驗(yàn)箱中局部溫度可能達(dá)到57℃.如果空調(diào)的設(shè)計(jì)余量不夠，高溫工作工況下可能觸發(fā)空調(diào)壓縮機(jī)的熱保護(hù)，空調(diào)無法正常工作。此外，空調(diào)隨方艙一起進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，需盡量避免環(huán)境試驗(yàn)室的出風(fēng)口靠近空調(diào)室外側(cè)的出風(fēng)口，這樣會引起空氣對流，影響空調(diào)散熱。

2.4 空調(diào)的性能指標(biāo)

空調(diào)的性能指標(biāo)除制冷/熱量外，還包括：制冷/熱消耗功率、風(fēng)量、漏氣量、風(fēng)壓、重量等?？照{(diào)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)具體要求，對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行核算。

2.4.1 制冷/熱消耗功率

根據(jù)GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》，空調(diào)的制冷/熱消耗功率指空調(diào)在額定工況和規(guī)定條件下進(jìn)行制冷/熱運(yùn)行時(shí)，所輸入的總功率[7]?？照{(diào)的制冷消耗功率可查詢空調(diào)廠家的產(chǎn)品目錄，高溫下的制冷消耗功率大于常溫下的制冷消耗功率，采用電加熱的空調(diào)制熱消耗功率略高于制熱量。

2.4.2 循環(huán)風(fēng)量

空調(diào)的循環(huán)風(fēng)量指空調(diào)在通風(fēng)門和排風(fēng)門完全關(guān)閉，并在額定制冷運(yùn)行條件下，單位時(shí)間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域送入的風(fēng)量。對于整體外置式空調(diào)，利用艙內(nèi)風(fēng)道把冷熱風(fēng)沿艙頂四周均勻排放，為艙內(nèi)提供合理的溫度場分布，滿足艙內(nèi)冷熱空氣與空調(diào)的熱交換?？照{(diào)的風(fēng)量根據(jù)熱能守恒定律計(jì)算[8]。

3 結(jié)束語

隨著方艙技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，軍用空調(diào)在方艙上的使用越來越普遍。選型合適將使產(chǎn)品產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]姚東松.方艙空調(diào)機(jī)的選用[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2008（14）：55-57.

[2]金文麗，周愛民.機(jī)動式軍用空調(diào)選型方法研究[J].電子機(jī)械工程，2010（3）：9-11.

[3]合肥天鵝制冷科技有限公司.軍用空調(diào)優(yōu)選目錄[Z].

[4]于戰(zhàn)果.軍用廂式車輛空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法研究[J].專用汽車，2001（2）：6-10.

[5]GJB1913A-2006.軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范[S].北京:總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2006.

[6]GB/T10592-2008.高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[7]GB/T7725-2004.房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[8]靳曉麗.軍用空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2009（5）：16-20.

[9]GJB1629-1993.軍事后勤裝備防核、生物、化學(xué)武器通用規(guī)范[S].北京:總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，1993.

Attentions for Model Selection of Air Conditionerusing in Military Shelter

WEI Yong-liang，HU Xing-rong
（Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute，Shanghai 201109，China）

Air-conditioning is necessary for military shelter in order to obtain the environment in line with the technical and tactical indicators，and also for man-machine engineering.Several key issues in model selection of air conditioner are introduced in this paper，which could be used as reference for air conditioner using in military shelter.

air conditioner；model selection；military shelter

TB657.2

A

1672-545X（2017）09-0080-02

2017-06-04

魏勇亮（1981-），男，碩士，安徽蕪湖人，工程師，研究方向：雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；胡興榮（1982-），男，本科，浙江諸暨人，工程師，研究方向：雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。