TMS BOOK · ACADEMY 讲义

大空间多区送风与整车热舒适

大纲的完整展开版——讲师授课蓝本 / 学员自学材料

P2-02 大空间多区送风与整车热舒适

课程代码 P2-02 · 板块 P 商用车 / 客车 / 特种车专题 / 客车 / 大巴 时长 约 3.5 小时(6 讲 + 1 次气流诊断算例) 适合对象 客车系统 / 舒适性工程师;HVAC 气流组织设计工程师(进阶选修) 前置 A4-02 PMV-PPD 与局部热舒适;A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标;P2-01 客车顶置空调系统设计(风道与出风口布置) 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义,是 P2-02 课题范围的完整展开版


按任务导航

你手上的事 直接看 还要配
收到「前排冷死、后排闷热」的投诉,第一步做什么 第 4 讲 4.2:先把这一句话拆成三个互相独立的假设(风量不够 / 短路 / 滞留),三个假设的处置方向互相冲突 第 4 讲 4.7(三假设各自的判据表与最少测点数)
给一辆 12 米车划送风分区 第 2 讲 2.2~2.4:先按「谁跟谁的负荷会一起变」划,⛔ 不按车长等分 第 2 讲 2.6(名义分区数 ≠ 可独立控的分区数,先测串扰)
判「分区独立温控」值不值这个钱 第 2 讲 2.5:把它拆成三档能力(同温同风量 / 同温异风量 / 异温异风量),逐档标出硬件增量与能拿到的舒适改善 第 6 讲 6.3(同一笔钱花在客流感知上的收益对比)
各出风口风量不均,该改什么 第 2 讲 2.7~2.9:先用 V̇_i = 3600·C_d·A_i·√(2Δp_i/ρ_air) 逐口算出当前分配,再判是拉平 Δp_i 还是分级配 A_i P2-01 客车顶置空调系统设计 第 7 讲(长风道五类静压变化机制与静压复得)
写一份客车热舒适验收表 第 3 讲 3.6:四项指标(PMV/PPD、DR、PD_v、ΔT_x)+ 每项的测点高度与位置口径 第 3 讲 3.2(PMV 在客车的四处适用前提破产,超域点标「不适用」而不是硬算)
站席乘客怎么评价 第 3 讲 3.5:代谢率与服装热阻双修正,中性气温比坐姿低约 3 K(教学估算) 第 5 讲 5.5(站姿呼吸区高度与坐姿差 0.5 m,浓度判读随之变)
把「后排闷」从形容词变成数 第 5 讲 5.2~5.4:局部平均空气龄 τ_p 与局部换气指标 ε_p = τ_n/τ_p,用 CO₂ 衰减法实测反算 第 5 讲 5.6(⛔ 温度达标 ≠ 空气新鲜,两本账的最恶劣位置常常不在同一处)
门区要不要加送风口 第 5 讲 5.7:先判这一口是把污染吹散还是把站台污染卷进乘员区,判据是站台形式与门洞流向 第 4 讲 4.6(门区瞬态冲击的量级与它衰减掉需要多久)
上一套客流感知按需送风 第 6 讲 6.2~6.4:先算节能上限,再按排班加权算实际收益,最后定降级超时 第 6 讲 6.5(感知漏检的代价可以算出来,它直接定死降级超时上限)

⛔ 本课不覆盖——两栏,每样带去向:

栏一 · 不讲哪些题目:PMV-PPD 模型本身的推导、六输入的取值与不确定度 → A4-02 热舒适评价模型:PMV-PPD 与局部热舒适;DR / PD_v / 辐射不对称 / 地板温度四项局部判据的公式来历与适用域 → A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标;热假人与人体分区模型 → A4-05 热假人(thermal manikin)测量与人体分区模型;乘用车座舱的分区微气候策略、串扰矩阵与 t_eq 软传感器 → A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略;双区/四区自动空调的控制逻辑与状态机实现 → C6-01 双区/四区自动空调控制逻辑;顶置机组本体(选型、承载、防水、驱动架构)与长风道压降的通用处理 → P2-01 客车顶置空调系统设计;大空间负荷表的五项拆账与空气品质两本账的口径 → C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计;过滤等级、HEPA/活性炭选型与 AQS 传感 → C4-01 空气过滤:PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感;内外循环风门与新风控制的执行侧 → C2-09 内外循环风门与新风控制;乘员舱 CFD 的建模方法、网格与标量场求解 → J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD/J2-02 机舱热管理与前端模块 CFD;客车电池包与采暖水路 → P2-03 电动客车大电量电池热管理/P2-05 客车采暖水路架构与多暖风机组水力平衡。

栏二 · ⛔ 真正不给的数:① 标准条款的限值、等级号与试验参数——车辆热环境评价、热舒适基础标准、客车空调装置技术条件、客舱空气质量这几类,本课未逐字核对现行版正文 ⇒ 只写「它管什么、去哪儿查」,⛔ 不给限值、不给等级号、不给条款号,版次以现行目录为准 → 各标准现行版正文 + 整车厂技术条件;② 本平台的验收阈值——ΔT_x(前后温差)、ΔT_v(垂直温差)、DR 与 ε_p 的合格线本课⛔ 不给,本课给的是这些量怎么定义、在哪测、怎么算 → 整车厂技术条件与项目 SSTS;③ 平台相关量——本线路的 ACH_inf、本车的串扰矩阵、本车的 τ_p 分布、本批格栅的 C_d,全部须实测 → 本课在每处给出「拿到它的路」;④ 教学假设值——凡带数的算例,输入一律标注「教学假设值,⛔ 不对应任何平台、⛔ 不得取用」。


引言:同样一台空调,装在轿车上是「均匀送风」,装在 12 米车上就变成了「分配问题」

先算一个数,它会把这门课的靶子立在一个很多人没想到的位置上。

一辆 12 米城市公交,客舱净容积取 V_cabin = 50 m³,顶置机组总送风量取 V̇_sup = 7 960 m³/h(⚠ 这两个都是教学假设值,取法承接 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 3 讲由限高反推风量的那条链,⛔ 不对应任何平台)。它的名义时间常数——把整舱空气换一遍名义上要多久——是

τ_n = V_cabin / V̇_sup = 50 / 7 960 × 3600 ≈ 22.6 s

再算一辆 B 级轿车:客舱净容积约 3.0 m³,鼓风机中高档送风量约 400 m³/h(同样是教学假设值),

τ_n = 3.0 / 400 × 3600 = 27.0 s

两者几乎一样。大巴的舱容是轿车的 17 倍,送风量也是 20 倍,除下来名义换气快慢落在同一档。⇒ 「大空间难做」这句话,如果指的是「总风量不够、换气太慢」,它是错的。总量早就配够了——P2-01 客车顶置空调系统设计 已经把总量怎么定讲透了,那一步在本课开始之前就已经完成。

那么难在哪儿?难在那 22.6 秒是一个名义值,它假设「送进来的每一立方米空气都平等地参与了整舱的更新」。轿车里这个假设大致成立,因为从任何一个出风口到任何一个乘员的直线距离都在 1 米量级,射流还没来得及分层就已经掺混完了。12 米车上它整条都不成立:车顶风道最远端的出风口离机组十几米,最后一排乘员离最近的出风口可能还有 2 米,中间隔着行李架、立柱与两排靠背;后排角落那一小团空气,可能在整个行程里都没有被更新过一次。同一个 22.6 秒的名义值下面,前段的实际更新可能是 3 分钟一次、后段是 6 分钟一次——而这两个数在任何一张送风量表格上都看不到。

这就是本课的全部内容:总量已经给够了,本课处理的是分配。而「分配」在客车上有三条互相独立的轴,每一条都有自己的判据、自己的测法、自己的失效形态:

  • 风量怎么分到各出风口(第 2 讲)——这是流体网络问题,可算;
  • 热感受在车厢里怎么分布(第 3 讲)——这是舒适评价问题,指标是别人给的,本课负责把它们用对地方;
  • 空气的「新鲜度」怎么分布(第 5 讲)——这是通风有效性问题,它和前两条都不是一回事,而且最容易被漏掉。

第一根钉子:名义分区数 ⛔ 不等于可独立控制的分区数。图纸上把车厢画成前中后三个区、给每个区配一个风门,得到的是「三个名义分区」。但送进前区的风会有一部分沿着车顶顺流到中区、冷空气会沿着过道下沉往后淌、后门开一次就把后区连着中区一起洗一遍。⇒ 你调前区,中区跟着动;你把中区的风关小,冷量从前区补进来。真正能独立控的区有几个,是量出来的,不是画出来的——量法是给一个区一个阶跃扰动,看邻区跟着动多少(串扰矩阵,第 2 讲 2.6)。这一条在乘用车上由 A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略 讲透,本课要说的是它在客车尺度上方向不变、量级完全不同:乘用车的串扰主要发生在相邻座位之间(几十厘米),客车的串扰是沿车长的纵向对流(十几米),驱动它的不是射流卷吸而是浮升与门洞压差,⇒ 对策也完全不同。

第二根钉子:温度达标 ≠ 舒适达标 ≠ 空气新鲜,三本账、三套测点、三个判据。而且——这是最容易吃亏的地方——三本账各自的最恶劣位置常常不在同一处。温度最高的点可能在后风窗附近(太阳辐射),吹风感最差的点在前排靠出风口的座位(射流未衰减),空气最不新鲜的点在后排轮包与角落(滞留区)。只按其中一本账布测点,另外两本账的最恶劣位置一个都测不到,而报告上会显示「全部合格」。⇒ 全课凡写下一个「合格」,正文必须紧跟一句「按哪本账、在哪个高度、哪个位置测的」。

本课最容易被读反的一句是这个:「后排闷热,说明后排风量不够——把车顶风道后段加粗、把风机转速提上去、后区再加两个出风口,就能解决。」

读者据此会做的那个具体动作,一句话:提高风机转速并在后区增加出风口面积。它在工程上极其自然——投诉是「后面不凉」,那就往后面多送风。

为什么它常常无效,而且会把一类投诉换成另一类。三层:

① 提转速会把每一个 Δp_i 按同一比例抬高,各口流量按 √Δp 同比例上升,前后不均的比例一点没变,只是绝对量都大了——近端本来就多,现在多得更多。这一层 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 7 讲已经讲透(还带上静压复得这个方向相反的机制),本课不重复,只把结论接过来用。

② 「闷」这个词至少对应两种完全不同的物理状态:一种是温度高(该区得热多或冷量到不了),一种是空气不新鲜(该区空气龄长,CO₂ 与气味累积)。两者的读者体验很像,处置方向却相反——前者要更多冷量,后者要更多新鲜空气的到达,而在内循环工况下,往后排送再多的循环风也不会让空气变新鲜一点,只会把已经用过的空气搅得更匀。第 5 讲会给出把这两者分开的实测判据。

③ 加大后区送风会同时把 DR 抬上去。后排出风口离乘员头颈的距离本来就比前排近(后段风道低、行李架下沿离头顶更近),提高该口流速直接进入吹风感的敏感区。⇒ 一个季度之后,「后排闷」的投诉少了,「后排吹脖子」的投诉起来了。这是热舒适工程里最经典的一种「把投诉换个名字」,第 3 讲 3.3 会把这个权衡量化。

⇒ 由这两根钉子与这条反钉子,直接得到本课的第一条可执行动作:拿到任何一份「客车舒适性不达标」的问题描述,先不要动风道。先问三句——它是温度问题、吹风问题,还是空气龄问题?它的最恶劣位置在哪个高度?现在这个分区,有没有量过它到底能不能独立控?这三句答不上来,改风道就是碰运气。

数的口径也先交代。本课的物性基准与 P2-01 客车顶置空调系统设计 完全一致:全课统一取 ρ_air = 1.2 kg/m³、c_p,air = 1.005 kJ/(kg·K),基准为 20 ℃、101.325 kPa 干空气。平台相关量一律给典型区间 + 常见值锚点 + 免责句 + 拿到它的路四件;有几个量本课明确不给通用数并说明理由(串扰矩阵、本车 τ_p 分布、本线路 ACH_inf、各项指标的验收限值),给的是拿到它的方法。教学算例里的车厢尺寸、测点温度、浓度、开孔面积一律标注教学假设值,⛔ 不对应任何平台。

全课六讲这样走:第 1 讲把客车与乘用车的三个量级差立死,对比四种气流组织形式,并把全课记法与跨课口径桥一次说清;第 2 讲讲分区怎么划、分几个、靠什么手段分,把 V̇_i 的逐口计算与 ζ 的耦合陷阱讲透;第 3 讲讲热舒适四项指标在客车场景的正确用法,包括 PMV 的四处破产与站席修正;第 4 讲讲短路气流、滞留区、门区冲击三类缺陷的识别与定位,给出测点网格与 CFD 的分工;第 5 讲把「闷」升级成可测可算量——局部平均空气龄与局部换气指标,并处理呼吸区高度与开门的双面效应;第 6 讲讲客流感知按需送风的收益上限、排班加权的实际收益与降级路径。


第 1 讲 三个量级差、四种气流组织形式,与全课记法

乘用车座舱的热舒适经验能不能搬到客车上?答案不是「能」或「不能」,而是「哪几条能、哪几条在什么量级上失效」。这一讲把差异量化成三条,然后把四种气流组织形式摆开对比,最后把全课要用的符号与跨课口径一次钉死——后面五讲的推导里不再打断。

1.1 差异一:纵深。送风路径长了一个量级,而掺混时间没有跟着长

先把几何摆出来(⚠ 全部为教学假设值,⛔ 不对应任何车型):

量 B 级轿车 12 米城市公交 倍数
客舱纵向长度 约 2.2 m(前排到后排头枕) 约 10.5 m(司机位到后排靠背) 4.8×
客舱净容积 V_cabin 约 3.0 m³ 约 50 m³ 17×
出风口数量 i 4~6 20~40(车顶纵向风道两侧连续布置) 6×
最远乘员到最近出风口的直线距离 约 0.4 m 约 1.2~2.0 m 3~5×
名义时间常数 τ_n = V_cabin/V̇_sup 约 27 s 约 23 s ≈ 1×

最后两行是本讲第一个要读出来的东西:名义时间常数几乎相同,而空间尺度差了一个量级。⇒ 「换气快慢」这个总量指标在两类车上没有区别,区别全部落在空间分布上。这也解释了为什么客车上「加大总风量」这个动作的收益远低于直觉——你在改一个本来就不是瓶颈的量。

算例 1-1(名义时间常数与实际到达时间的分裂,教学假设值)

续上表那台 12 米公交:V_cabin = 50 m³、V̇_sup = 7 960 m³/h。

第一步,名义时间常数:

τ_n = V_cabin / V̇_sup = 50 m³ ÷ 7 960 m³/h = 6.28 × 10⁻³ h = 22.6 s

第二步,把它换成「名义换气次数」:

ACH_n = 1 / τ_n = 1 / 6.28×10⁻³ h = 159 次/h

⚠ 这个数看着大得离谱,是因为它算的是送风循环(含回风),⛔ 不是新风换气。新风侧另算:承接 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 2 讲那台车的 CO₂ 反算结果 V̇_fresh = 1 700 m³/h(教学假设值),

ACH_fresh = V̇_fresh / V_cabin = 1 700 / 50 = 34 次/h

这两个数必须分开记,⛔ 全课不许混用。159 次/h 说的是「舱内空气被搅动的频次」,34 次/h 说的是「舱内空气被新空气置换的频次」。前者高不代表后者高——第 5 讲整讲都在处理这个分裂。

第三步,把它与实测对比。第 5 讲算例 5-1 会用示踪气体衰减法量出这台车后段的局部平均空气龄 τ_p = 5.46 min = 328 s。而按新风口径算的名义时间常数是

τ_n,fresh = V_cabin / (V̇_fresh + V̇_inf) = 50 / 1 920 × 3600 = 93.8 s

(V̇_inf = 220 m³/h 是开门渗透的等效体积流量,算例 4-3 会给出它的来路。)

⇒ 后段实测 328 s,名义 93.8 s,比值 3.5。换句话说,后段那一团空气拿到的更新速率只有名义值的 29%。这个 29% 就是这门课要处理的东西,而它在总风量、机组制冷量、名义换气次数这三个数上一个都看不见。

这个算例说明什么:客车热舒适的问题不在「配得够不够」,在「送不送得到」。⇒ 评审一份客车空调方案时,看到制冷量与总风量达标,你才刚看完前置课的内容,本课的问题一个都还没开始问。

图1 一辆 12 米城市公交的纵向剖面示意图,车头在左、车尾在右,画出车顶轮廓、地板线、前中后三处车门、司机位、座椅区与站席区。图上用三组不同的标注线分别标出本课的三个量级差:第一组「纵深」用一条贯穿车厢的双向水平箭头,从司机位标到后排靠背,标注「纵向送风路径约 10.5 m,是 B 级轿车的约 4.8 倍(教学假设值)」,箭头旁另画一条短得多的对照箭头标「B 级轿车约 2.2 m」;第二组「乘员密度不均」用两块不同填充的区域表示,前门与中门之间的过道区填充较密并标「站席区,代谢率约 1.4 met、单位地板面积人数高」,两侧与后部座椅区填充较疏并标「坐席区,代谢率约 1.0 met」,两块区域之间画一条虚线标「同一套送风覆盖两种代谢状态」;第三组「门洞扰动」在前中后三处车门位置各画一个双向垂直箭头贯穿门洞,上半箭头向外标「热空气外流」、下半箭头向内标「冷空气内灌」,并在门洞旁标注「每次停站的双向重力交换,⛔ 不是单向进气」。车顶沿纵向画一条风道轮廓,其上等间距画出多个向下的小箭头表示出风口,箭头长度从车头向车尾逐渐变短,旁注「等孔径不分级时的典型分配形态:近端多、远端少」。图面右下角一行免责文字写「本图为定性示意,车身比例、区域划分与箭头长度均不代表任何车型的实测值,⛔ 不得据图读取任何尺寸、风量或人数」。
图1 三个量级差在车厢里的落点。要读出三件事:纵深差把「送风路径」从米级拉到十米级,而掺混所需的时间并没有跟着变长,⇒ 远端空气来不及被更新;站席区与坐席区在同一套送风下面对的是两种代谢状态,⇒ 用一个 PMV 目标覆盖全车必然有一半人不满意;门洞是双向重力交换通道而不是单向进气口,⇒ 它同时是温度事件点和空气品质事件点。本图为定性示意,⛔ 不得据图读取任何尺寸、风量或人数。

1.2 差异二:乘员密度不均。站席区与坐席区在同一套送风下面对两种代谢状态

乘用车上每个乘员都坐着,代谢率大致相同、服装热阻大致相同、呼吸区高度大致相同——PMV 的六个输入里有三个是「人」的输入,它们在乘用车上可以用一组值覆盖全车。客车上这三个输入在同一辆车里同时存在两组:

输入 坐席乘客 站席乘客 差异来源
代谢率 M 约 1.0 met(静坐) 约 1.2~1.4 met(站立、随车摇晃时需持续用力维持平衡) 站立本身耗能,加上抓扶手保持平衡
服装热阻 I_cl 短途乘客常不脱外套,但坐姿下座椅本身贡献附加热阻 站立无座椅附加热阻,但活动使衣下空气层被搅动 ⇒ 有效热阻下降 姿态与座椅
呼吸区高度 约 1.1 m(坐姿) 约 1.6 m(站姿) 姿态
暴露于射流的部位 头顶、肩部(顶送时) 头面部(站姿头顶离出风口更近) 高度

⚠ met 与 clo 的具体取值口径、以及它们怎么进 PMV,归 A4-02 热舒适评价模型:PMV-PPD 与局部热舒适,本课⛔ 不重讲;本课只用它们的差值做量级估算。上表的 met 值是行业典型区间(静坐约 1.0、站立轻活动约 1.2~1.4),⚠ 典型值,⛔ 不是验收依据,你的项目须按实际工况取用 → 拿到它的路:A4-02 热舒适评价模型:PMV-PPD 与局部热舒适(代谢率的取值口径与不确定度归它),以及本项目自己对「站立乘车」这一活动的实测或工程判断。⚠ ⛔ 本课不给「按职业/按活动查表取 met」这条路——那类表的现行版正文本课未核,⛔ 不据它下结论。

这张表里最有工程后果的是最后两行,而它们常常被漏掉:

  • 呼吸区高度差 0.5 m。所有的浓度判读、所有的「空气质量合格」结论,如果没有写明测点高度,对站席乘客就是无效的(第 5 讲 5.5 给出量级);
  • 暴露部位不同。顶送风格局下,站席乘客的头面部离出风口可能只有 0.5~0.8 m,而坐席乘客的头顶离出风口有 1.2~1.5 m。⇒ 同一个出风口速度,站席乘客承受的局部风速可能是坐席乘客的两倍以上,而 DR 对风速是超线性的(第 3 讲 3.3)。

算例 1-2(站席带来的额外显热负荷,教学假设值)

⚠ 全部输入为教学假设值,⛔ 不对应任何平台。取人体表面积 A_du = 1.8 m²(成年人 Du Bois 面积的常用锚点),1 met = 58.2 W/m²。

坐姿(1.0 met):单人总产热 = 1.0 × 58.2 × 1.8 = 104.8 W 站姿(1.4 met):单人总产热 = 1.4 × 58.2 × 1.8 = 146.7 W 单人差额 = 41.9 W

承接 P2-01 客车顶置空调系统设计 那台车的口径:n_pax,design = 52 人(核定载客 80 人 × 设计载客率 0.65)。设其中座位数 28 座全部坐满、其余 24 人站立:

ΔQ_standee = 24 × 41.9 W = 1 006 W ≈ 1.0 kW

对比 P2-01 客车顶置空调系统设计 算例给出的乘员显潜热合计 7.3 kW(按 52 人、坐姿口径),站席修正把它抬高约 14%。

这个算例说明什么:① 1 kW 在一台 24 kW 量级的机组上不足以改变机型档位,⇒ 站席修正主要不是负荷问题;② 但它是舒适问题——这 1 kW 集中发生在过道那条窄带上,而过道恰好是座椅遮挡最少、气流最容易穿过的地方,⇒ 站席乘客既产热更多、又更暴露于射流,两头都被推向不适;③ ⇒ 正确的处置不是「按站席修正把机组选大一档」,是把过道带单独列为一个评价区(第 3 讲 3.5)。

⚠ 易错 1-A:把站席修正当成负荷修正,选大一档机组就算处理过了。 错的形态:负荷表里加一行「站席修正 +1.0 kW」,机组从 24 kW 选到 28 kW,评审通过,验收时过道站席乘客仍然投诉热。 为什么会错:站席的问题在空间分布而不在总量。多出来的 1 kW 冷量按现有风道分配,仍然是近端多远端少,⛔ 不会自动流到过道站席区;而站席乘客的不适有一半来自暴露部位(头面部离出风口近),那一半跟制冷量完全无关。 怎么当场发现:问一句「这 1 kW 冷量,是通过哪几个出风口、送到哪个高度带的?」答不上来,这行修正就只是一个让负荷表更保守的数字。

⚠ 易错 1-B:用座位数算乘员负荷。 错的形态:负荷表里乘员项按 28 座算,实际满载 80 人。 为什么会错:城市公交的核定载客含站席,常是座位数的 2~3 倍,⇒ 乘员显潜热项被系统性低估一半以上。 怎么当场发现:这条 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 2 讲已经立死为红线,本课直接沿用——乘员输入只用 n_pax,design = 核定载客人数(含站席)× 设计载客率,⛔ 禁止用座位数。当场翻到负荷表,看乘员那一行的输入量是不是 n_pax,design。

1.3 差异三:门洞。它是双向通道,不是进气口,而且开合频次决定了一切

乘用车行驶中门是关着的,门洞对热环境的影响只有静态密封漏气。城市公交每 1~3 分钟开一次门,每次 15~30 秒,门洞净面积 1.5~3 m²(双扇门,⚠ 行业典型区间,⛔ 不是验收依据,须按本车门洞图纸取用)。

⚠ 最容易读错的一条:门洞不是一个进气口。它是一个双向重力交换通道——内外温差造成沿高度分布的压差,中和面以下外气内灌、以上内气外流(冬季反向)。⇒ 它的交换量不取决于「车内是正压还是负压」,即使车内外静压完全相等,只要有温差,交换照样发生,而且量级不小(算例 4-3 会算)。这一条 C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 第 2 讲 2.9 已经讲透门洞流动的形态,本课接过来用,⛔ 不重复推导。

门洞对本课的三条后果:

  1. 温度——每次开门把一团外气直接灌进门区乘员脚踝高度,形成周期性的局部冲击(第 4 讲 4.6);
  2. 气流组织——这团气流会沿地板向车尾淌(夏季冷气外流、热气内灌时反之),它是纵向串扰的一个主要驱动源,⇒ 分区的独立性在停站瞬间大幅下降(第 2 讲 2.6);
  3. 空气品质——它同时是最强的一次瞬时换气(补新风、稀释 CO₂)和最强的一次污染注入(站台尾气、扬尘、路侧颗粒物)。这一条是双面的,方向由站台形式决定(第 5 讲 5.7)。

⚠ 口径提醒:把开门渗透折成等效换气次数这个动作,本课沿用 P2-01 客车顶置空调系统设计 的符号写作 ACH_inf(1/h)。C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 把同一个量写作 n_ACH,两者是同一个东西、同一套口径,⛔ 只是符号不同,读那门课时不要以为是另一个量。而 C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 第 3 讲那条硬红线本课完全沿用并再强调一次:⛔ 这个能量等效的换气次数不得代进空气品质账的稳态浓度式当稀释项——理由(能量可加、浓度不可加;品质账要判的是进站前那一刻的峰值)见那门课,本课在第 5 讲会遇到它的一个新变形(把它代进空气龄反算),届时再点破。

1.4 四种气流组织形式:不是「哪种好」,是「各自把风送到哪个高度带」

客车上真正在用的气流组织形式有四类。对比它们的正确方式不是排优劣,是问同一个问题:这股风从哪儿出来、经过哪个高度带、最后从哪儿回去?因为热舒适的所有指标都挂在「高度带」上——DR 挂在暴露部位的高度,PD_v 挂在头脚两个高度,浓度判读挂在呼吸区高度。

形式 出风位置 主要覆盖的高度带 回风位置 结构性优点 结构性代价
顶送(车顶纵向风道两侧下送) 行李架下沿或车顶两侧,沿车长连续布置 从头顶向下,先到站席头面部、再到坐席头肩 车顶中央或侧壁上部回风格栅 与顶置机组天然匹配,风道短;覆盖全车长 冷气下沉与射流方向同向 ⇒ 容易形成上冷下热的反向分层;站席头面部首当其冲 ⇒ DR 风险最高
侧送(侧壁行李架下方水平送) 侧壁行李架下方,水平或斜向车内 头肩高度带水平贯穿 侧壁下部或地板附近 射流水平贴附内饰面,衰减距离长 ⇒ 到达对侧前速度已降;上送下回有利于把污染物带走 需要侧壁风道空间;两侧射流在过道上方相撞,撞点位置对风量不均极敏感
座椅下送风 / 地板送风 座椅底部或地板风道 从脚踝向上 车顶回风 与浮升同向 ⇒ 置换通风形态,新鲜空气优先到达呼吸区,通风有效性高;脚部不冷 风道占地板空间、易积尘与污水;夏季送冷风时脚部过冷;地板风道清洁与防腐是硬约束
门区/局部辅助送风 门洞上方或立柱 门区局部 就近 直接对抗门洞冲击;可做成停站触发 ⚠ 方向判据必须先做:这一口是把门口污染吹散还是把它卷进乘员区,取决于射流方向与门洞流向的夹角(第 5 讲 5.7)
图2 四种气流组织形式的横断面对照图,画成 2×2 排列的四个客车横断面简图,每个断面画出车顶、两侧壁、地板、过道与两侧各一排座椅,座椅上画一个坐姿人形、过道上画一个站姿人形,并在断面右侧标出三条水平虚线代表三个高度带:脚踝约 0.1 m、坐姿呼吸区约 1.1 m、站姿呼吸区约 1.6 m。左上格标题「顶送」,在车顶两侧各画一个向下的粗箭头,箭头穿过站姿人形头部再到坐姿人形头肩,车顶中央画一个向上的回风箭头,格内注「先到站姿头面部 ⇒ DR 风险最高;冷气下沉与射流同向 ⇒ 易上冷下热」。右上格标题「侧送」,在两侧壁行李架高度各画一个水平指向过道的箭头,两箭头在过道上方相遇形成一个向上再向下的分叉,侧壁下部画回风箭头,格内注「射流贴附内饰面衰减距离长;两侧撞点位置对风量不均极敏感」。左下格标题「座椅下送风/地板送风」,在座椅底部与地板画多个向上的箭头,箭头依次经过脚踝、坐姿呼吸区、站姿呼吸区后到车顶回风口,格内注「与浮升同向 ⇒ 置换通风形态,新鲜空气优先到达呼吸区;夏季脚部易过冷」。右下格标题「门区局部辅助送风」,在断面左侧门洞上方画一个斜向下的箭头,门洞处画一个双向的重力交换箭头,两个箭头之间画一个问号符号,格内注「⚠ 方向判据必须先做:吹散还是卷入,取决于射流与门洞流向的夹角」。四格共用一条图注带写「四种形式的差别不是优劣,是各自覆盖哪个高度带 ⇒ 决定了哪一项舒适指标先出问题」。图面底部一行免责文字写「本图为定性示意,断面比例、箭头长度与高度带位置不代表任何车型,⛔ 不得据图读取任何尺寸或风速」。
图2 四种气流组织形式的正确对比方式是「它覆盖哪个高度带」,⛔ 不是排优劣。要读出:顶送先打到站姿头面部 ⇒ 站席的吹风感是它的结构性代价;侧送把射流拉长以换取衰减 ⇒ 代价是过道撞点对左右风量不均极敏感;座椅下送与浮升同向 ⇒ 通风有效性最高但清洁与脚部过冷是硬约束;门区辅助送风必须先判方向,⛔ 不判方向就加口有可能把站台污染卷进乘员区。本图为定性示意,⛔ 不得据图读取任何尺寸或风速。

⇒ 这张表要落到一个可执行动作上:拿到一份客车方案,先在横断面上画出「出风 → 乘员 → 回风」这条路径,标出它穿过的高度带。路径画不出来,后面所有的舒适指标都无处安放。这条动作在第 4 讲会变成一张正式的诊断表。

1.5 全课记法与跨课口径桥

⚠ 本课要同时用到五门前置课的符号,其中有三处存在同字母不同对象的风险。这一节把它们一次说死,⛔ 后面不再逐处声明。

沿用前置课、⛔ 不改写的符号:

符号 含义 单位 出处与口径
V̇_ 体积流量(全课一律带下标) m³/h P2-01 客车顶置空调系统设计 记法红线:热量写 Q_、体积流量写 V̇_,⛔ 不用 Q 表示风量
V̇_sup 机组总送风量 m³/h P2-01 客车顶置空调系统设计 第 3 讲
V̇_fresh 主动新风体积流量 m³/h C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 第 3 讲
Δp_i 第 i 个出风口当地的净静压差 Pa P2-01 客车顶置空调系统设计 第 7 讲
C_d 出风口/格栅的流量系数 无量纲 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 7 讲;⛔ 平台相关量,须由格栅供应商风阻实测曲线给
A_i 第 i 个出风口的有效开孔面积(已扣格栅遮挡) m² P2-01 客车顶置空调系统设计 第 7 讲
n_pax,design 设计载客人数 = 核定载客(含站席)× 设计载客率 人 P2-01 客车顶置空调系统设计 第 1 讲红线,⛔ 禁用座位数
V_cabin 客舱净容积(扣座椅、行李架、内饰) m³ C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 第 1 讲,⛔ 不与毛容积混用
ACH_inf 开门渗透的等效换气次数 1/h P2-01 客车顶置空调系统设计 第 2 讲;C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 写作 n_ACH,同一个量
PMV / PPD 预测平均热感觉 / 预测不满意百分比 — / % A4-02 热舒适评价模型:PMV-PPD 与局部热舒适
DR 吹风率 % A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标;DR = (34 − t_a)·(v̄ − 0.05)^0.62·(0.37·v̄·Tu + 3.14)
Tu 湍流度 = SD(v)/v̄ % A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标
PD_v 头脚垂直温差不满意率 % A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标;PD_v = 100/(1 + exp(5.76 − 0.856·Δt))
ε_v / ε_c 温度口径通风效率 / 污染物去除效率(到达倍数,⛔ 不是 0~1 的份额) 无量纲 A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略 第 3 讲;>1 优先到达、=1 完全混合、<1 短路或回流

本课新增的符号(★ 本课首定,全课通用):

符号 含义 单位 口径
V̇_i 第 i 个出风口的体积流量 m³/h ⚠ 本课程体系原稿在这一处写作 q_i,本课改写为 V̇_i,理由见下方桥③
ζ_i 第 i 个出风口的局部阻力系数 无量纲 与 C_d 的关系近似 C_d ≈ 1/√ζ,⚠ 两者是同一件事的两种记法,⛔ 全课不许在同一个算式里混用
N_zone 送风分区数 个 ⚠ 见下方桥②
ΔT_v 头脚垂直温差 = T_head − T_ankle(同一乘员位) K ⚠ 见下方桥①
ΔT_x 前后(纵向)温差 = 前段平均 − 后段平均(同一高度带) K ★ 本课首定;⛔ 必须写明高度带
ΔT_max 车厢各测点温度极差 = T_max − T_min K ★ 本课首定;⛔ 必须写明测点集与高度带
τ_p 局部平均空气龄(点 p 处的空气从进入客舱起算的平均停留时间) s 或 min ★ 本课首定;见下方桥④
τ_n 名义时间常数 = V_cabin / V̇_total s 或 min ⚠ 见下方桥④
ε_p 局部换气指标 = τ_n / τ_p 无量纲 ★ 本课首定;与 ε_v/ε_c 同构,三档判读一致
ACH_p 该点的等效换气次数 = 60/τ_p(τ_p 以 min 计) 1/h ★ 本课首定

四座跨课口径桥,⛔ 一座都不许跳过:

桥① ΔT_v 与 A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标 的 Δt_a,v 是同一个量,本课改用 ΔT_v。理由是本课同一页上会同时出现三个温差(垂直、纵向、极差),A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标 那套下标(Δt_a,v)只区分了「垂直」这一个,再加两个会长到读不动。⇒ 本课统一成 ΔT_v / ΔT_x / ΔT_max 三个短下标。口径完全不变:ΔT_v 仍然是同一乘员位头部与踝部的温差,代进 A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标 的 PD_v 公式时直接对应它的 Δt,⛔ 不需要任何折算。⚠ 唯一要小心的是:ΔT_v 是同一位置的上下差,ΔT_x 是不同位置的同高度差,两者不能相加、不能互相替代,也不共用限值——PD_v 那条 S 曲线只对 ΔT_v 有效,把 ΔT_x 代进去算出来的数没有任何意义(易错 3-D)。

桥② N_zone 在 P2-03 电动客车大电量电池热管理 里指电池冷却分区数,本课指送风分区数。同字母、不同对象、不同课。⚠ 两者不在同一门课里出现,⇒ 本课不改写;但两门课的读者是同一批人,读到 P2-03 电动客车大电量电池热管理 时请注意它数的是冷板回路分区,本课数的是客舱送风分区,两个数没有任何对应关系(一台车完全可以是电池 4 分区、送风 3 分区)。同时沿用 P2-01 客车顶置空调系统设计 的一条记法红线:⛔ 全课不写裸的 n(它已被 n_pax,design 占用),数出风口一律写序号 i、数分区一律写 N_zone。

桥③ 本课程体系原稿在分区风量那一处写作 q_i ∝ 1/√ζ_i,本课改写为 V̇_i。理由是 P2-01 客车顶置空调系统设计 已经把「体积流量一律写 V̇_」立成全课红线,而本课与它是同一模块的相邻两门、读者会连着读;同一页上出现 q(风量)与 Q(热量)两个形近字母,量纲错误将不会被任何东西提示。⇒ 本课统一写 V̇_i。⚠ 同时把那条比例关系的适用条件一起搬过来,因为它比式子本身重要得多:V̇_i ∝ 1/√ζ_i 只在各口的 Δp_i 与 A_i 都相同时成立,它与孔口流量式 V̇_i = 3600·C_d·A_i·√(2Δp_i/ρ_air) 本是同一关系的两种写法(C_d ≈ 1/√ζ),差别只在于前者把 Δp 与 A 隐式当成了常数。长风道上各口的 Δp_i 沿程不相等,⇒ 直接按 1/√ζ 反算目标风量是本课头号误用(第 2 讲 2.8 与易错 2-C)。

桥④ τ_p、τ_n 与 C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 那个裸 τ 的关系。C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 第 1 讲的符号约定里写着「不带下标的 τ 一律指时间常数 τ = V_cabin/(V̇_fresh + V̇_inf)」——那个量就是本课的 τ_n,一字不差、同一个定义。本课给它加下标 n(nominal,名义),是因为本课必须同时写局部的那一个 τ_p,两个 τ 出现在同一节里,裸 τ 会读不出来指哪一个。⇒ 读 C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 时把它的裸 τ 读成本课的 τ_n 即可。

⚠⚠ 桥④ 还有第二半,它是本课最容易踩的一个跨课坑:ε_p = τ_n/τ_p 这个局部指标,与通风文献里那个整舱口径的「换气效率」归一化方式不同——局部指标以「完全混合 = 1」为基准(本课口径,与 A4-08 局部微气候与分区送风的舒适策略 给 ε_v/ε_c/ε_a 的三档判读完全一致:>1 优先到达、=1 完全混合、<1 短路或滞留),而整舱换气效率在多数通风文献里以「完全混合 = 0.5、理想活塞流 = 1」为基准。⛔ 两者不许互代,也不许放在同一张表里横向比较。本课全课只用局部口径的 ε_p,凡引用外部资料里的「换气效率」数值,须先核它用的是哪一套归一化——这一步没做而直接抄一个「合格线 0.8」,会把一台完全混合(本课口径 ε_p = 1.0,正常)的车判成不合格。

本讲小结:客车与乘用车的差别不在名义换气快慢(12 米公交与 B 级轿车的 τ_n 都在 20~30 s 量级),而在三条量级差——纵深(送风路径 4.8×,掺混时间没跟着长)、乘员密度不均(同一辆车里同时存在 1.0 met 坐姿与 1.4 met 站姿两组人的输入,呼吸区高度差 0.5 m)、门洞(双向重力交换通道,同时是温度事件点与空气品质事件点)。算例 1-1 给出本课的靶心:后段实测空气龄 328 s、名义 93.8 s,后段只拿到名义值的 29%,而这个数在总风量、制冷量、名义换气次数上一个都看不见。四种气流组织形式的正确对比方式是「它覆盖哪个高度带」,⛔ 不是排优劣。全课记法承接 P2-01 客车顶置空调系统设计(V̇_ 记风量、⛔ 不写裸 n)与 A4-04 吹风感、垂直温差与温度均匀性指标(DR / Tu / PD_v),并架了四座跨课桥:ΔT_v ↔ Δt_a,v、N_zone 的两义、q_i → V̇_i 的改写与它的适用条件、τ_n ↔ C6-03 大空间/商用车/客车空调系统设计 的裸 τ 以及局部与整舱两套归一化⛔不许互代。


后面还有 5 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做

会员专属

后续为会员深水区内容——四库数据与深度拆解。

查看会员方案