3.1. Методика теплотехнического расчета вагона

Теплотехнический расчет вагона производится отдельно для летнего и зимнего периодов. На его основании определяется количество энергии, поступающей в вагон, которую необходимо компенсировать соответственно холодильной машиной или нагревательными приборами. Согласно методикам общий теплоприток составляет, Вт

Q₀ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆, (3.5)

где Q₁ – теплоприток в грузовое помещение грузового вагона (или пассажирского вагона) через ограждение кузова;

Q₁ = k·F₁·(t_н – t_в) + k·F₂(t_м – t_в), (3.6)

где k – коэффициент теплопередачи ограждения кузова, Вт/(м2 ·К), принимается на основе технической характеристики вагона;

F₁ – площадь ограждения кузова, находящаяся в контакте с наружным воздухом,

м₂, определятся на основе геометрических размеров вагона;

F₂ – площадь ограждения кузова, контактирующая с машинным отделением или тамбуром пассажирского вагона, м2, определяется на основе геометрических размеров вагона;

t_н, t_в, t_м(т) – температуры соответственно наружного воздуха, внутри вагона, в

машинном отделении вагона или в тамбуре пассажирского вагона; эти температуры устанавливаются на основании справочных данных исходя из района эксплуатации

вагона и температурных режимов перевозимого груза или пассажира. Температура в

машинном отделении принимается +45…+50 ^оС, в тамбуре пассажирского вагона на

5–10^оС выше температуры наружного воздуха в летний период или на 5–10^оС ниже – в зимний период.

Теплоприток в помещение вагона от воздействия солнечной радиации

Q₂ = k · F · (3.7)

где F – наружная поверхность освещаемой солнцем части вагона, м², принимается 30–40 %

для грузовых вагонов, для пассажирских вагонов, с учетом наличия окон, – 70 %.

А – коэффициент поглощения солнечной энергии, принимается 0,6–0,8 в

зависимости от окраски кузова вагона;

q – среднесуточная интенсивность солнечного облучения, в среднем принимается 100–250 Вт/(м² · ^оК) в зависимости от периода и географических широт эксплуатации вагона;

α – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, Вт/(м² · ^оК), принимается в пределах 0,25–0,35 в зависимости от чистоты и «зеркальности» кузова вагона.

Теплопритоки через не плотности в дверях, люках и т. п.

Q₃ = ⋅ (i₁− i₂), (3.8)

где V – объем воздуха, поступающего через неплотности, м3/ч, принимается 10–20;

ρ – плотность наружного воздуха, кг/м³, принимается в расчетах принимают

1,19–1,34, в зависимости от температуры наружного воздуха, учитывая, что теплый

воздух более легкий, холодный – тяжелый;

i₁, i₂ – теплосодержание воздуха, соответственно наружного и внутри вагона,

кДж/кг;

3,6 – коэффициент перевода кДж/ч в кВт.

В ориентировочных расчетах допускается принимать

Q₂ + Q₃ = 0,35Q₁ или Q₂ = 0,15Q₁, Q₃ = 0,2Q₁, (3.9)

Теплоприток от вентилирования внутреннего помещения вагона, Вт:

Q4 = [1,3( t_н − t_в) + r(ϕ¹f ¹− ϕ²f ²)] , (3.10)

где n – кратность вентилирования, объем/ч, принимается 3–4;

V_в – объем воздуха, подлежащий замене, м³. Для грузовых вагонов с учетом

погрузочного объема кузова и наличия в нем груза принимается 30–50 м³, для

пассажирских вагонов этот объем соответствует геометрическому объему салона;

1,3 – теплоемкость воздуха, кДж/кг;

t_н, t_в – температура воздуха соответственно снаружи и внутри вагона, ^оС (К);

r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг, принимается 2,55;

φ¹, φ² – относительная влажность воздуха, % или доли ед.;

f¹, f² – максимальная влажность воздуха, соответственно при температуре

наружного и внутреннего воздуха, г/кг;

φ·f – абсолютная влажность воздуха d, г/кг.

При расчетах, как правило, φ¹ – принимается в пределах 0,35–0,65 (35–65%) в зависимости о географических условий эксплуатации вагона, φ2 – при перевозке груза –0,8–0,95 и определяется режимом перевозки груза, для пассажирских вагонов– 0,7–0,75.

Теплоприток, выделяемый электродвигателями циркуляторов (вентиляторов) воздуха, Вт:

Q₅ = 1000 · N · n · η · , (3.11)

где 1000 – коэффициент перевода кВт в Вт;

N – мощность электродвигателя, кВт, принимается в соответствии с технической характеристикой вагона;

n – число электродвигателей, для грузовых вагонов принимается 4, из условия, что в вагоне 2 холодильно-отопительных установки, на каждой из которых 2 вентилятора, у пассажирских вагонов – одна холодильно-отопительная установка с двумя вентиляторами. Мощность электродвигателя РПС 1,0 или 1,25 и зависит от типа вагона;

η – КПД электродвигателей 0,8–0,95;

τ – продолжительность работы вентиляторов за сутки, принимается 5–9 ч;

24 – коэффициент перевода часов в сутки.

Теплоприток от перевозимого груза, тары или пассажиров, Вт:

Q₆ = , (3.12)

где Q_гр, Q_т – масса соответственно груза и тары, т или кг. Масса груза – это статическаязагрузка вагона, масса тары – 2–4 т;

С_гр, С_т – теплоемкость соответственно груза и тары, для плодоовощей – 3,25, для деревянной тары 2,5 кДж/кг;

t_н, t_в – температура груза соответственно при погрузке в вагон и установленная режимом перевозки груза, °С или °К;

z – время, установленное «Правилами перевозки» на охлаждение груза до требуемого режима перевозки, 60÷70 часов;

q_б – биологическое тепло, выделяемое продуктами или пассажиром в результате его жизнедеятельности, Вт/т, Вт/чел., принимаем согласно справочным данным;

Q_гр – масса груза или количество пассажиров в вагоне;

3,6; 1000 – коэффициенты, которые следует использовать при переводе

соответственно кДж в Вт, в зависимости от принятых справочных данных.

При расчете теплопритоков в пассажирский вагон первый член формулы Q6 – не учитывается. При выполнении этого раздела целесообразно привести в пояснительной записке принимаемую схему вагона, для которого производится расчет, с указанием вышеприведенных расчетов, например, для грузового вагона 5-ватной секции БМЗ. Следует помнить, что произведенный выше расчет не учитывает всевозможных других теплопритоков, а также имеет неточности принятых справочных данных и т. п., поэтому принято считать полученный результат нетто. Для проведения расчетов оборудования необходимо знать максимальные значения теплопритоков – брутто

= ,

где β – коэффициент перевода следует принимать 1,1–1,2.

Дополнительно в этом разделе, используя вышеприведенную методику,

производится расчет теплопритоков в зимний период работы вагона и на его основании определяется мощность нагревательной установки.