Bilanční model s parametrizovanou geometrií pro predikci tepelné zátěže kabiny automobilu

Operational Heat Balance Model with Parameterized Geometry for the Prediction of Car Cabin Heat Loads

článek v časopise ve Web of Science, Jimp

en

The paper presents the development of a mathematical model and a simulation tool for the transient prediction of the indoor climate and the heat loads in a car cabin, under real operating conditions. The main objectives were to develop a tool which facilitates, for example, the design of a cabin HVAC system or an on-line control. The model is based on the energy balance between the cabin and the outdoor environment accounting for conduction, convection and shortwave and longwave radiation. Inside the car cabin, the heat exchange is calculated between the human body, the air zone, the interior cabin surfaces and the incoming air from the HVAC system. The heat balance model assumes a simplified 3D geometry of a cabin, which is specified by seven basic parameters. The model also allows simulating the incidence angle of the sun rays onto the individual parts of the exterior surface during parking as well as during a journey. The model was tested and evaluated for a Škoda Felicia Combi car in situations of summer parking and an autumn journey. Measured data were used both as boundary conditions for the model and as validation and calibration data. The air temperature inside the car cabin, predicted by the model, was in a very good agreement with the measured mean air temperature. The model is able to correctly predict the indoor cabin air temperature and the heat loads into the car cabin, thus it is well suited as a software support tool in the process of HVAC design and on-line cabin climate control.

Příspěvek prezentuje vývoj matematického modelu a simulačního nástroj pro predikci vnitřního prostředí a tepelné zátěže v kabině vozidla v reálných proměnných provozních podmínkách. Hlavním cílem bylo vytvořit nástroj, který umožní podporu při vývoji a konstrukce klimatizačních systému kabiny automobilu (HVAC) nebo podporu pro jejich on-line regulaci. Model je založen na energetické bilanci mezi kabinou a venkovní prostředí a zahrnuje vedení, konvekci a přenos tepla krátkovlnnou a dlouhovlnnou radiací. V kabině vozidla je přenos tepla počítán mezi lidským tělem, vnitřním vzduchem, vnitřními povrchy kabiny a vzduchem dodávaným z HVAC sytému. Tepelná bilance modelu předpokládá zjednodušenou 3D geometrii kabiny, která je specifikována sedmi základními parametry. Model také umožňuje výpočet úhel dopadu slunečních paprsků na jednotlivé části vnějšího povrchu automobilu a to jak při parkování, tak během jízdy. Model byl testován a validován pro automobil Škoda Felicia Combi v podmínkách letního parkování a podzimních jízdních zkoušek. Naměřené údaje byly použity jako okrajové podmínky modelu a jako validační a kalibrační data. Predikovaná teplota vzduchu uvnitř kabiny vozidla, byla ve velmi dobré shodě se střední naměřenou teplotou vzduchu. Model je tak schopen správně předpovědět teplotu vzduchu v kabině i tepelnou zátěž a je použitelný jako nástroj pro podporu vývoje HVAC systémů nebo pro on-line řízení klimatizace v kabině.

The paper presents the development of a mathematical model and a simulation tool for the transient prediction of the indoor climate and the heat loads in a car cabin, under real operating conditions. The main objectives were to develop a tool which facilitates, for example, the design of a cabin HVAC system or an on-line control. The model is based on the energy balance between the cabin and the outdoor environment accounting for conduction, convection and shortwave and longwave radiation. Inside the car cabin, the heat exchange is calculated between the human body, the air zone, the interior cabin surfaces and the incoming air from the HVAC system. The heat balance model assumes a simplified 3D geometry of a cabin, which is specified by seven basic parameters. The model also allows simulating the incidence angle of the sun rays onto the individual parts of the exterior surface during parking as well as during a journey. The model was tested and evaluated for a Škoda Felicia Combi car in situations of summer parking and an autumn journey. Measured data were used both as boundary conditions for the model and as validation and calibration data. The air temperature inside the car cabin, predicted by the model, was in a very good agreement with the measured mean air temperature. The model is able to correctly predict the indoor cabin air temperature and the heat loads into the car cabin, thus it is well suited as a software support tool in the process of HVAC design and on-line cabin climate control.

prostředí v kabině automobilu, nástroj pro simulaci prostředí v kabině automobilu, tepelná zátěž kabiny, návrh klimatizace, řízení klimatizace v automobilu, automobil

indoor car cabin climate, car cabin simulation tool, car cabin heat loads, HVAC design, car cabin climate control, automobile

2013

01.03.2013

VEETECH Ltd.

COVENTRY, United Kingdom

1473-3315

11

4

393–406

13