基于某型方舱散热控制要点分析

翟廷科 吴磊

摘要：本文在了解方舱概述的同时，结合具体案例，对方舱散热控制要点进行了分析与探讨。

关键词：方舱;散热;概述

一、方舱散热的重要性

方舱可装放在载车上运输，或放于户外，适用于全天候环境，具有通用性、机动性、维护性好，运输建站灵活方便的优点。此外，方舱内部常装有机柜，机柜内部又装有插箱、插件及印制板等大量的电子设备。如何采取切实有效的散热手段，对这些密集度运输很高的电子设备进行散热冷却，满足舱内设备的散热要求，是方舱结构设计中必须考虑的重要内容。方舱以其具有较强机动性和环境适应性而受到越来越广泛的应用。据统计55%的电子设备失效是由温度过高引起的。随着温度的升高，元器件失效率呈指数增长。因此，对方舱内部进行热分析具有重要意义。

良好的设计是以最小的能耗、最小的代价达到最佳的散热目的。合理的设计不仅能使操作人员舒适，设备工作安全可靠，同时还可以降低能耗、减小噪音，节省能源，减小设备量，提高系统的机动运输性能。

目前常用的散热方式是在方舱后面背上整体或分体式空调通过空调改善舱内工作和生活环境，如机柜内电子设备，则通常采用有风道或无风道集中送风的方式，对机柜内部设备进行强迫通风散热冷却。这种散热方式的优点是舱内基本属于闭式循环，舱内环境相对独立，避开了野外各种恶劣环境条件对舱内电子设备的影响，方舱系统散热设计的关键在于其内部机柜相同的散热形式，根据舱内机通风散热方式的不同，通常又分为顶部送风与底部送风两种方式。

二、案例分析

本次分析的方舱由中间隔断分割为两部分，前部为设备舱，后部为工作舱。设备舱主要放置三台机柜、一扇门和空调出入风口。工作舱主要放置一张会议桌、三把会议椅、两把车壁折叠椅和四扇窗户。整个舱顶部设置风道。隔断高度低于空调风道高度，方便空调回风。方舱内的主要发热元件集中在3台机柜内，机柜1、机柜2、机柜3，设备的功耗约有30%能量转化为热能。

三、散热设计

（一）环境参数

本次分析的方舱需保证在环境温度为40℃的情况下，30min内应将车内温度降低到不高于30℃。

（二）热源分析

本次分析的方舱热源主要集中在设备舱中，安装在机柜上的系统电子设备耗散出很大的热量，特别是高频设备，散热量集中。另外，当方舱野外露天使用时，在太阳辐射下，方舱表面温度升高，虽然舱壁内有断热桥和隔热材料，但是长时间照射后还是会使舱内温度升高，恶化工作环境。

（三）空调降温能力

采用空调制冷降温是目前降温的唯一选择，因此空调的降温能力是整车能否达到高温环境要求的关键，按照要求在环境温度为40℃的情况下，30min内应将车内温度降低到不高于30℃，下面根据这一要求就本车测试舱降温能力进行估算，一般情况下，总耗冷量涉及6个方面的内容，即方舱热导所需耗冷量（p1），方舱内电子设备的散热量（p2）、方舱内工作人员人体散热量（p3）、预冷设备及材料消耗的热功率（p4）、方舱内空气耗冷量（p5）、太阳辐射进入方舱的热功率（p6），本文就通过公式分别对上述6方面进行计算分析，从而得出总耗冷量，并结合相关规范要求，对比分析其是否满足规定，最终确定能否达到需要。

1.方舱热导所需耗冷量（p1）的计算分析。先计算出方舱热传导所需的耗冷量，当舱热传导系数K=2W/m·℃;方艙表面积S=76.98m;环境温度：T1=40℃;车内需降到的温度T2=30℃的情况下，可按照公式P1=K*S（T1-T2）=2x76.98x（40-30）=1539.6w。

2.方舱内电子设备的散热量（p2）的计算分析。在获取方舱热传导所需的耗冷量后，便可进行方舱内电子设备散热量的分析，方舱内电子设备包括各种电子设备、计算机等，其散出的热量可按下式计算：

P2-n1×n2×n3×n4×N

式中：T——各电子设备最大输入功率总和，取N=3430W;n1——安装系数（设计功率与安装功率之比），设为0.8;n2一一负荷系数（平均功率与设计功率之比），设为0.7;n3一一同时使用系数，一般取0.7;n4一一蓄热系数，一般取0.8。

则P2=0.8×0.7×0.7×0.8×3430≈1075（W）

3.方舱内工作人员人体散热量（p3）的计算分析。方舱内工作人员人体散热量若由P3=n表示，此时q7=5x145=725w，其中n为工作厢内工作人员的数量，q为单个人的散热量（夏季），取为145W/人。

4.预冷设备及材料消耗的热功率（p4）的计算分析。按照相关设备要求，预冷设备及材料消耗的热功率P4=300（W）。

5.方舱内空气耗冷量（p5）的计算分析。根据相关规定，可按下式计算方舱内空气耗冷量，具体如下：

方舱内空气耗冷量P5=CP·ρ·v·△T/Zt=（1000×1.29×25.53×10）/1800≈183W：

式中：CP—定压比热取1kJ/kg·m;ρ—空气比重取1.29kg/m;V—方舱内部容积，取44.2m;Zt—调节时间，取Zt=30min=1800s。

6.太阳辐射进入方舱的热功率（p6）的计算分析。方舱热环境分析中，太阳辐射是一个十分重要的因素，当太阳辐射进入方舱后，势必会对其热功率造成一定影响，因此，太阳辐射进入方舱的热功率可由公式表示：P6=K·FP·（Tm-T）=2×30.25×20=1210W

式中：K—厢壁的平均传热系数，取2W/（m·℃）;FP—向阳面的最大面积，取30.25m;Tm—太阳照射下向阳面的平均温度，计算时取为Tm=T+20;T—方舱外环境温度。

根据上述分析，可得出总耗冷量：

即P=p1+p2+p3+p4+p5+p6=1539.6+1075+725+300+183+1210==5177.6W.

由此可知，当环境温度为40℃时，将方舱内的温度降至30℃时所消耗的制冷量为5177.6W，本车选用1台军用空调，其额定制冷能力为6000W，按GJB1913A《军用方舱空调设备通用规范》规定的额定值95%效能计算，本空调制冷能力为5700W，能够满足要求。

四、结束语

综上所述，在方舱设计过程中，不仅是任务功能进行设计，也要考虑到方舱内的环境设计。本文通过方舱散热情况进行了理论计算，为方舱散热设备选型提供理论支撑，对方舱热环境研究提供了一定实际工程应用价值。

参考文献：

[1]张明月.某6米方舱空调选型分析[J].工程技术研究，2016（5）.