BILANTUL TERMIC AL HABITACLULUI

n bilanul termic al habitaclului, fluxul de cldur al aerului aspirat, care este nclzit/ rcit, trebuie s in seama de o serie de moduri de transfer de cldur [19, 44].

Ecuaia de bilan termic trebuie s in seama de fluxul de cldur al radiaiei solare, ( radQ& ), fluxul de cldur emis de persoanele din habitaclu, ( pQ& ), fluxul de cldur transmis prin pereii habitaclului, ( TQ& ), precum i al aerului viciat, ( avQ& ) [57].

O imagine a unui bilan termic, al habitaclului unui autoturism este prezentat n figura 5.12 [96].

Expresia bilanului termic al habitaclului este:

0/ =+++ avTpMradRC QQQQQQ &m&m&&&& (5.13) din care rezult, fluxul de cldur al aerului aspirat, dat de relaia: ( )pMradavTRC QQQQQQ &&&&&& ++= / (5.14) unde:

RCQ /&

- fluxul de cldur al aerului aspirat care este nclzit/ rcit i poate avea semnul pozitiv (aport de cldura), respectiv negativ (necesar de cldur).

radQ&

-

fluxul de cldur datorat radiaiei solare;

MQ& - fluxul de cldur adus n habitaclu din spaiul motorului; pQ& - fluxul de cldur cedat de pasageri;

avQ& - fluxul de cldur al aerului viciat; TQ& - fluxul de cldur transmis prin pereii habitaclului.

5.2.3.1. Cldura cedat de persoane i degajrile de umiditate

Cldura cedat de pasageri se determin cu relaia:

tp qNQ =& [kcal/h], (5.15) unde:

N - numrul de pasageri; qt - cldura total degajat de o persoan, n [kcal/h pers] n funcie de efortul fizic depus i de temperatura

aerului interior.

Fig. 5.12 Bilanul termic al habitaclului

n nomograma de mai jos, cldura total se citete folosind curba plin corespunztoare unei anumite stri de efort 1, 2, 3 sau 4 [19].

Oamenii degaj umiditate prin procesele de respiraie i transpiraie. Degajarea de umiditate depinde n principal de felul activitii depuse i de temperatura aerului interior. Odat cu creterea temperaturii aerului degajat gradul de umiditate crete, mrindu-se cedarea de cldur a omului sub form latent. Cantitile orare de umiditate degajate de personele aflate n habitaclu se determin cu ajutorul diagramei din figura 5.13, folosite pentru calculul degajrilor de umiditate.

omgNm =0 [kg/h]; (5.16) unde:

N - numrul de persoane din habitaclu; gom - umiditatea degajat de o persoan timp de

o or, corespunztoare activitii depuse i temperaturii aerului interior.

5.2.3.2. Fluxul de cldur datorat radiaiei solare

Radiaia solar este un flux energetic care pornete de la soare uniform n toate direciile. Astfel Pmntul primete zilnic un flux important de energie solar care este absorbit sau reflectat n spaiu n timpul zilei.

Puterea radiaiei solare depinde de distana dintre Pmnt i Soare, de condiiile meteorologice i de difuzia atmosferic.

Radiaia global Igl, este egal cu suma radiaiei directe I, care ptrunde n atmosfer ajungnd direct pe suprafaa pmntului i a radiaiei difuze Id, care este absorbit de particule de praf sau molecule de gaz existente n atmosfer.

Astfel, se poate scrie fluxul global de radiaie solar Igl, care se transmite unei suprafee amplasate arbitrar, pe sol ca sum a celor dou componente:

I II dgl += cos [W/m2] sau [kcal/(m2 h)] (5.17) unde:

I

fluxul radiaiei solare directe (care a pstrat direcia razei solare); Id - fluxul de radiaie difuz - rezultatul difuziei, difraciei i refleciei atmosferice a razelor solare; - unghiul de inciden a razei pe suprafaa respectiv, fa de vertical;

Intensitatea radiaiei globale pe o suprafa concret este influenat de mai muli factori, i anume: factori care se regsesc n valoare unghiului (latitudine, longitudine, unghi orar, declinaie sezonier), precum i de factori meteorologici (transparena atmosferei, nebulozitatea, temperatura i umiditatea aerului inclui n valorile Id i I).

Fluxul de cldur datorat radiaiei solare prin suprafeele vitrate

Intensitatea radiaiei solare incidente pe suprafaa vitrat are trei componente principale, cum rezult din relaia urmtoare:

I I II ari ++= [kcal/(m2 h)] (5.18) unde:

Fig. 5.13. Cedare de cldur i umiditate a persoanelor Cldura total cedat de om; ----- Cldura latent cedat de om;

1- repaus; 2- lucru uor; 3- lucru fizic; 4- lucru fizic greu;

Fig. 5.14. Schema interaciunilor dintre energia solar i atmosfer, respectiv suprafaa terestr

Ii - intensitatea radiaiei solare ptrunse n interiorul habitaclului datorit transparenei elementului vitrat; Ir - intensitatea radiaiei reflectate n exterior; Ia - intensitatea radiaiei absorbite de elementul vitrat;

Pentru calculul fluxului de cldur prin suprafaa vitrat, intereseaz practic numai compnenta Ii, a crei valoare se poate exprima cu relaia:

I Ii = [kcal/(m2 h)] (5.19) unde:

- coeficient ce depinde de tipul i calitatea suprafeei vitrate de a reflecta i absorbi radiaia solar;

= 0,9 pentru geam simplu; = 0,62 0,8 - pentru geam termoabsorbant;

Fluxul de cdur transmis n habitaclu prin suprafeele vitrate depinde de: - efectul radiaiei directe incidente, proporional cu fluxul radiant qs. - efectul diferenei de temperatur dintre exteriorul i interiorul habitaclului; Atunci, fluxul de cldur datorat radiaiei solare prin suprafeele vitrate este dat de relaia:

ttkqSQ iesssrad )]([ += & [kcal/h] (5.20) unde:

Ss - suprafaa vitrat [m2] qs - fluxul radiant transmis instantaneu prin suprafaa nsorit a ferestrei (vezi anexa IV) [kcal/(m2

h)] ks - coeficientul de transfer de cldur al sticlei (vezi anexa III); [kcal/(m2 h K)] te - temperatura aerului exterior, pentru ora la care se calculeaz bilanul termic interior [C]; ti - temperatura interioar de calcul [C];

5.2.3.3. Fluxul de cldur transmis prin pereii habitaclului

Fluxul de cldur care se transmite prin pereii autovehiculului, depinde de radiaia solar i de diferena de temperatur dintre exterior i interior i astfel se poate scrie relaia:

( )radTiettT

QttkSQ && += [kcal/h] (5.21)

unde: St - suprafaa exterioar din tabl, a autovehiculului, expus radiaiei solare; [m2] kt - coeficientul de transfer de cldur prin perete (vezi anexa III); [kcal/(m2 h K)]

Fluxul de cldur primit de o suprafa radT

Q& , sub efectul radiaiei solare este dat de relaia [65]:

kSIASIAQc

tttTrad

==& [kcal/h] (5.22)

unde: A - coeficient de absorbie al radiaiei solare;

A = 0,4 suprafeele de culori deschise (alb sau crem deschis); A = 0,9 suprafee de culori nchise (maro nchis, kaki de tip militar); A = 0,98 culoarea neagr;

I - valoarea intensitii radiaiei solare pe suprafaa respectiv; mrimea acestei radiaii difer de latitudine i de poziia relativ a soarelui fa de suprafa; (vezi anexa V)

- coeficient ce exprim partea din radiaia solar absorbit de perete i transmis de cealalt parte a acestuia.

Se determin cu relaia: ck /= . c - coeficient de convecie;

Din relaiile 5.21 i 5.22 se obine fluxul de cldur prin pereii habitaclului:

+= ic

ettT tIA

tkSQ

& [kcal/h]

(5.23)

Se observ c datorit radiaiei solare, temperatura echivalent la suprafaa interioar a peretelui ts, difer de temperatura mediului exterior (te), i se determin cu relaia:

ec

s tIA

t +

=

[oC]

(5.24)

5.2.3.4. Fluxul de cldur al aerului viciat

Existena unui numr relativ de persoane ntr-un spaiu mic impune un aport continuu de aer proaspt. Astfel, fluxul de cldur prin schimb de aer, innd seama de diferena de temperatur va fi:

tcmQ paerav = && [kcal/h], (5.25)

aeraeraer Vm = && [kg/h] (5.26) unde:

aerm& - debitul masic de aer viciat;

aerV& - debitul volumic de aer viciat; [m3/h] cp - cldura specific a aerului [kcal/(kg oC)], cp = 1,0068 kJ/(kg oC);

aer - greutatea specific a aerului [kg/m3], aer = 1,299 kg/m3; t - diferena dintre temperatur exterioar i temperatura aerului viciat, t = te tev , unde;

a

iav t

tt

2

= (5.27)

unde: ti - temperatura aerului interior; [oC] ta - temperatura aerului la intrarea n habitaclu; [oC]

5.2.3.5. Fluxul de cldur provenit din compartimentul motor

Compartimentul motor este delimitat de habitaclu prin panoul central. Panoul central, este cptuit pe faa din compartimentul motor cu un strat de psl cu o grosime de 8 12 mm, placat la exterior cu o folie de aluminiu cu grosimea de 0,1 mm (fig. 5.14). Datele de calcul sunt:

t1panou = 85 95 oC, temperatura la suprafaa din compartimentul motor a panoului central; Spanou suprafaa panoului central; thabitaclu = 20 25 oC, temperatura din habitaclu;

Fluxul unitar q& , de cldur (pe 1 m) ce trece printr-un perete neomogen, cu fee paralele i fluxul total Q& , ce trece prin suprafaa S (m), a peretelui este:

=

=

++

=n

i i

idtt

dddttq

1

21

3

3

2

2

1

1

21

& [kcal/(hm)]

(5.28)

=

==n

i i

idttSqQ

1

21

&& [kcal/h] ;

(5.29)

unde: 21,tt - temperaturile pe cele dou fee ale panoului central; [

oC] 321 ,, ddd - grosimile straturilor succesive; [m

2]

321 ,, - conductibitile termice ale acestor straturi.

T [grd.C]

Compart. motor

T=85-95grdC

Folie Al

T1T2

T3 T4

HabitacluT=22-25 grd.C

Pasla

Tabla

d [mm]

Sectiune panou central

0

Figura 5.14.