Системы отопления обитаемых объектов транспортных средств

Для поддержания нормальных температурных условий в салоне применяют отопители, использующие теплоту от двигателя или источника. В первом случае теплота, выделяющаяся в двигателе, может передаваться воздуху в системе охлаждения двигателя (в случае жидкостного охлаждения) или в системе выпуска отработавших газов (в случае воздушного охлаждения).

При отборе теплоты из системы охлаждения двигателя горячая жидкость подается в теплообменник, расположенный в воздуховоде системы вентиляции. При отборе теплоты непосредственно от отработавших газов применяется промежуточный теплоноситель — вода. Выпускной трубопровод имеет водяную рубашку, под которой нагретая вода подается в теплообменник, расположенный также в воздуховоде. Недостатками систем, использующих теплоту двигателя, являются возможность его переохлаждения при интенсивном теплообмене, зависимость от режима работы двигателя и прекращение работы системы отопления при останове двигателя.

Системы отопления с собственным источником теплоты (действующим независимо от двигателя) состоят из подогревателя (топливный насос с электроприводом, распылитель, свеча, камера сгорания), теплообменника и вентилятора с электродвигателем. Теплоносителем может служить воздух или жидкость (последнее сложнее). Недостатком таких систем является дополнительный расход топлива.

В комбинированных системах используется теплота от двигателя и имеется собственный источник теплоты. Последний включается при останове или переохлаждении двигателя.

Основным элементом системы отопления является теплообменник. Наиболее перспективным является теплообменник со сборными алюминиевыми поверхностями. Он легче медно-латунных и стальных на 20 …45 % и в 3—4 раза менее трудоемок в изготовлении. Алюминиевые поверхности состоят из трубок с надетыми на них тонкими пластинами. Еще большей технологичностью отличаются теплообменники, выполненные из теплостойких термопластов.

Расположение теплообменника в системе вентиляции и отопления имеет важное значение. Эффективность теплоотдачи от поверхностей теплообменника выше, если вентилятор установлен на выходе из него.

Наиболее широкое распространение получили системы отопления, связанные с системой жидкостного охлаждения двигателя. Количество воздуха, поступающего в кузов из таких систем, зависит не только от интенсивности работы вентилятора, но и от скорости встречного потока воздуха.

Системы отопления с собственным источником теплоты имеют следующие характеристики:

• Тепловой поток, Вт — 1750… 7550
• Расход нагреваемого воздуха, м3/мин — 1,0… 3,5
• Температура нагретого воздуха, °С — 90… 100
• Расход топлива, л/ч — 0,3… 1,0

Воздух, поступающий в кабину в зимнее время, необходимо не только нагревать, но и увлажнять, чтобы обеспечить его нормальные температурно-влажностные параметры.

Увлажнение воздуха в кабине происходит за счет естественных выделений организма человека. Кроме того, возможно попадание в кабину осадков. Однако для поддержания комфортных условий этого недостаточно. Возникает необходимость в увлажнении воздуха, что может быть обеспечено с помощью различных специальных отопителей.

Отопители, использующие теплоту от радиатора водяного охлаждения двигателя, имеют простую конструкцию. Недостатком отопителей этого типа является прекращение подачи теплого воздуха в кабину при остановке вентилятору двигателя. Это происходит не только при выключении двигателя, но и при низких температурах воздуха, когда вентилятор системы охлаждения двигателя отключается для предотвращения переохлаждения двигателя.

Отопители, которые используют теплоту отработавших газов, также просты по конструкции. Недостатком таких устройств является опасность попадания отработавших газов в кабину при нарушении герметичности системы или подсоса. Подобный недостаток свойствен также отопителям, в которых применяется воздух из моторного отсека, в частности, двигателей с воздушным охлаждением. С учетом указанных недостатков разработан ряд конструкций отопителей с промежуточным теплообменником, в которых теплоносителем служит вода или воздух. Недостатком таких отопителей является необходимость в постоянной работе двигателя. Как только она прекращается, перестает работать и система отопления. В связи с малым термическим сопротивлением существующих конструкций кабин автомобилей температура воздуха в них начинает падать довольно быстро. Чтобы избежать падения температуры в кабине, водитель вынужден не останавливать работу двигателя, иногда очень мощного, поэтому фактические эксплуатационные расходы отопителей подобного типа увеличиваются. Этого недостатка лишены автономные отопители.

Таблица. Количество воздуха, поступающего в кузов, м3/мин

Рис. Отопительно-вентиляционная установка:
1 — датчик (указатель перегрева); 2 — пробка; 3 — кожух; 4 — свеча накаливания; 5 — распылитель; 6 — нагнетатель; 7 топливный насос; 8 — выпускной патрубок; 9 — датчик (указатель горения); 10 — фрикционная муфта; 11 — рычажок; 12 вентилятор; 13 — электродвигатель; 14 — трубка подачи топлива; 15 — всасывающий патрубок; 16 — дренажная трубка; 17 — камера сгорания: 18 — диффузор; 19 — камера догорания; 20 — теплообменник

На рисунке показана конструкция отопительно-вентиляционной установки, которая является типичным примером отопителей, применяемых на колесных и гусеничных машинах. В таблице приведены технические характеристики этой установки.

Данная установка может работать в режиме отопления или вентиляции отделения обитаемости в зависимости от условий эксплуатации машины.

Отопительно-вентиляционная установка состоит из цилиндрического металлического кожуха 3, внутри которого смонтирован теплообменник 20 и электродвигатель 13. На валу электродвигателя с одной стороны закреплен вентилятор 12 для подачи подогреваемого воздуха, а с другой — фрикционная муфта 10, передающая вращение топливному насосу 7, нагнетателю 6 и распылителю 5.

Таблица. Технические характеристики отопительно-вентиляционной

Топливный насос, нагнетатель и распылитель установлены на одном приводном валу внутри теплообменника.

Теплообменник состоит из трех концентрично расположенных и сваренных друг с другом цилиндров. Внутри теплообменника находятся камера 17 сгорания, диффузор 18 и камера 19 догорания. В камеру сгорания ввернута свеча 4 накаливания. Воздух для горения попадает в установку через патрубок 75, в котором расположена трубка 14 для подачи топлива к насосу.

Для выхода продуктов сгорания установка имеет выпускной патрубок 8, на котором монтируется датчик 9 (указатель горения). В крышку кожуха на выходе нагретого воздуха вмонтирован датчик 7 (указатель перегрева). Перемещение фрикционной муфты выполняется рычажком 11.

Топливо через электромагнитный клапан, предназначенный для дистанционного отключения подачи топлива к топливному насосу при перерывах в работе установки, поступает от насоса по трубке к распылителю. Вращающийся конический распылитель под действием центробежных сил разбрасывает и превращает подаваемое топливо в туман. Одновременно нагнетатель через патрубок засасывает из отсека воздух для горения и, смешивая его с распыленным топливом, создает рабочую смесь, которая загорается от соприкосновения с раскаленной свечой 4. После пуска установки горение поддерживается без участия свечи за счет соприкосновения с разогретыми частями камеры сгорания. Меньшая часть топлива сгорает в камере сгорания, а большая — в камере догорания, в которую продукты горения через окна проходят по кольцевому пространству, нагревая стенки теплообменника, и через выпускной патрубок выбрасываются наружу. Выброс отработавших газов осуществляется через патрубок в крыше, к которому подведен выпускной патрубок отопителя.

Крыльчатка вентилятора засасывает воздух для нагрева и направляет его по кольцевому пространству теплообменника, где он нагревается от стенок. Контроль за работой отопителя осуществляется с помощью термодатчиков, установленных на выходе отработавших газов и подогретого воздуха. От датчика 9 смонтированного на выпускном патрубке, загорается или гаснет лампа на правом щитке приборов, сигнализирующая о начале или конце работы отопителя.

Датчик 7, установленный на выходе нагретого воздуха, служит предохранителем от перегрева. При температурах воздуха 170… 215 °С он включает реле перегрева, которое не менее чем через 1,5 мин после включения отключает электродвигатель отопителя.

При установке системы отопления одновременно рассматриваются две задачи: проникновение тепловых потоков в кузов и охлаждение рабочего помещения. Воздействие солнечной радиации, повышение температуры окружающего воздуха, нагрев силовой установки и агрегатов трансмиссии повышают температуру в рабочем помещении кузова. Так, в кабине грузового автомобиля при работе в южных районах температура воздуха на уровне головы водителя может достигать 40 …50 °С, а на уровне педалей (при переднем расположении двигателя) — 50…60 °С. Известно, что тепловой режим рабочего помещения существенно влияет на состояние водителя и пассажиров, находящихся в нем. Переохлаждение при плохой теплоизоляции кузова в зимнее время года или перегрев летом могут привести к опасным последствиям.

Условия, в которых водитель не испытывает перегрева или переохлаждения, резкого движения воздуха и других неприятных ощущений, можно считать комфортными. Комфортные условия для зимы отличаются от летних в основном тем, что зимой водитель тепло одет.

Главным из параметров, определяющих тепловое состояние водителя, являются температура, влажность и скорость движения воздуха, температура и свойства окружающих его поверхностей. При различных сочетаниях этих параметров теплоощущения могут быть одинаковыми.

Комфортные условия целесообразно представить как совокупность рекомендуемых значений следующих параметров:
температура, влажность и скорость воздуха, максимальный перепад температуры воздуха в помещении и вне его, температура окружающих поверхностей (пол, стены, потолок) предельно допустимые концентрации посторонних примесей в воздухе, подача воздуха в ограниченное помещение (кузов, кабина) на одного человека в единицу времени или кратность воздухообмена и др.

Комфортные значения температуры и влажности воздуха, рекомендуемые разными исследователями, несколько различаются. По данным отечественных исследователей, для кабин ТС рекомендуется температура воздуха летом и зимой 18… 22 °С, влажность воздуха 30… 60 %, разность температур воздуха и поверхностей не более 8 °С и скорость воздуха не более 0,7 м/с.

При выборе средств тепловой защиты следует учитывать специфику их применения на ТС: хранение под открытым небом при воздействии осадков и солнечной радиации, действие вибрации в широком диапазоне частот, загрязнение пылью и др. Важным требованием к средствам тепловой защиты является их высокая прочность и долговечность при сравнительно невысокой стоимости.

К способам тепловой защиты кузовов (кабин) относятся:

• окрашивание наружных поверхностей в светлые тона для уменьшения поглощения солнечной радиации, установка на внутренние поверхности теплоизоляционных материалов (пенопласт, холст из стеклянных или асбестовых волокон)
• использование коробчатых конструкций с воздушной прослойкой между стенами
• применение тепловых экранов (например, над крышей или со стороны нагретых агрегатов)
• жалюзи на окнах и козырьков над окнами
• использование специальных стекол, не пропускающих тепловые лучи, или двойного остекления с подачей воздуха в пространство между ними
• вентиляция кузова (кабины) очищенным наружным воздухом, искусственно подогретым или охлажденным