壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)新能源汽車(chē)空調(diào)制冷性能的影響

武衛(wèi)東，余強(qiáng)元，吳佳瑋，欒忠駿

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)新能源汽車(chē)空調(diào)制冷性能的影響

武衛(wèi)東，余強(qiáng)元，吳佳瑋，欒忠駿

（上海理工大學(xué)，上海 200093）

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套新的新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)試驗(yàn)系統(tǒng)，綜合多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)并通過(guò)試驗(yàn)分析了定轉(zhuǎn)速時(shí)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況，研究了制冷模式下壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各關(guān)鍵參數(shù)的影響。結(jié)果表明：在定轉(zhuǎn)速工況下，當(dāng)冷凝器出口過(guò)冷度在5～8℃時(shí)，能獲得較大的制冷量和COP；隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，制冷量逐漸增大，蒸發(fā)器出風(fēng)溫度逐漸降低，而兩者的變化速率均在下降，COP也在降低。綜合蒸發(fā)器出風(fēng)溫度和制冷量及能效考慮，較高轉(zhuǎn)速可達(dá)到快速降溫目的，但不利于整體能效提高，因此壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過(guò)分提高。

新能源汽車(chē)；電動(dòng)壓縮機(jī)；轉(zhuǎn)速；空調(diào)系統(tǒng)；制冷性能

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速推進(jìn)，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)汽車(chē)需求量仍保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)趨勢(shì)，但由此引發(fā)的能源緊張和環(huán)境污染問(wèn)題將更加突出，而新能源汽車(chē)是當(dāng)前我國(guó)需要加快培育和發(fā)展的主要方向之一［1］。新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的系統(tǒng)構(gòu)成存在較大差別，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)不再適用，目前新能源汽車(chē)空調(diào)主要采用電動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。新能源汽車(chē)的動(dòng)力源主要是汽車(chē)自帶的蓄電池輸出的電功率，而蓄電池的容量是有限的，空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程影響卻很大，因此開(kāi)發(fā)出高效節(jié)能的熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)新能源汽車(chē)開(kāi)拓市場(chǎng)具有重要的意義［2］。

針對(duì)新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外相繼有一些研究報(bào)道。HFC134a是目前汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中廣泛使用的一種制冷劑，日本電裝公司采用HFC134a制冷劑開(kāi)發(fā)了包含車(chē)外冷凝器、車(chē)內(nèi)冷凝器和車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器3種換熱器結(jié)構(gòu)的電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其中車(chē)內(nèi)冷凝器和車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器布置于熱泵系統(tǒng)的風(fēng)道中［3］。該系統(tǒng)可通過(guò)四通換向閥的切換實(shí)現(xiàn)制冷、制熱和除霜/除濕模式的運(yùn)行。Hosoz和Direk對(duì)一臺(tái)HFC134a熱泵型汽車(chē)空調(diào)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示：該系統(tǒng)運(yùn)行制熱模式時(shí)的COP較制冷模式更高，但該系統(tǒng)在室外溫度較低時(shí)運(yùn)行性能不佳［4］。謝卓等對(duì)比了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，提出了適合我國(guó)國(guó)情的電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并給出了開(kāi)發(fā)高效率電動(dòng)壓縮機(jī)和全自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展建議［5］。史保新等設(shè)計(jì)搭建了一套電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在壓縮機(jī)分別在600，1000，2000和3000r/m in的轉(zhuǎn)速工況下，與相應(yīng)轉(zhuǎn)速下燃油汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的能耗和COP進(jìn)行了對(duì)比分析，得出結(jié)論：電動(dòng)車(chē)空調(diào)系統(tǒng)在較高轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)出較好的性能［6］。彭發(fā)展等在制熱模式下，研究了不同的環(huán)境溫度對(duì)車(chē)室內(nèi)平均溫度、高壓側(cè)內(nèi)部工質(zhì)的溫度和壓力、系統(tǒng)能效比等參數(shù)的影響，并對(duì)比分析了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速分別為1700r/m in和3400r/m in時(shí)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，結(jié)果表明：當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可以減少車(chē)室內(nèi)達(dá)到舒適溫度的時(shí)間［7］。Wang等通過(guò)測(cè)量制冷劑蒸氣質(zhì)量流量研究了汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的性能，分析了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在700～2000r/m in范圍內(nèi)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明：系統(tǒng)COP隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而減?。?］。巫江虹等在電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)中采用渦旋式壓縮機(jī)，分別研究了管翅式換熱器和多流程微通道換熱器在制冷、制熱模式下對(duì)系統(tǒng)的制冷量、制熱量和制冷系數(shù)、制熱性能系數(shù)的影響［9］。施駿業(yè)等通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比研究了汽車(chē)空調(diào)平行流蒸發(fā)器與層疊式蒸發(fā)器的除濕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平行流蒸發(fā)器的排水性能更好，制冷量更大，除濕效率更高［10～13］。綜上所述，盡管已有文獻(xiàn)涉及有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的研究，但是針對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（特別是4000r/m in以上的高轉(zhuǎn)速）對(duì)電動(dòng)汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)制冷性能影響的研究還不夠全面和深入，而且多數(shù)系統(tǒng)都是通過(guò)四通換向閥的切換實(shí)現(xiàn)各種模式的運(yùn)行。

本文在前人基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)新的新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)，并搭建相應(yīng)性能試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)，試驗(yàn)研究壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)蒸發(fā)器出風(fēng)溫度、冷凝和蒸發(fā)壓力、制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP的影響規(guī)律。為高效新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供參考。

2 新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)

圖1為設(shè)計(jì)的新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)中壓縮機(jī)采用電動(dòng)變頻渦旋壓縮機(jī)，制冷劑采用HFC134a，節(jié)流閥采用電子膨脹閥（簡(jiǎn)稱(chēng)EXV），換熱器包括車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器、車(chē)內(nèi)冷凝器和車(chē)外換熱器（由車(chē)外冷凝器和過(guò)冷器組成）共3個(gè)，均采用多流程微通道換熱器。車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器和車(chē)內(nèi)冷凝器布置在同一風(fēng)道內(nèi)，且車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器布置在車(chē)內(nèi)冷凝器前端。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是舍棄了四通閥部件，通過(guò)電磁閥和單向閥控制而實(shí)現(xiàn)制冷、制熱、除濕和化霜功能。其中制冷工況循環(huán)為：循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入車(chē)外換熱器冷凝，經(jīng)電子膨脹閥1節(jié)流，并在車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器蒸發(fā)，最后經(jīng)氣液分離器后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。制熱工況循環(huán)為：循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入車(chē)內(nèi)冷凝器冷凝，經(jīng)電子膨脹閥2節(jié)流，進(jìn)入車(chē)外換熱器（起蒸發(fā)器作用）蒸發(fā)，再經(jīng)氣液分離器后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。除濕工況循環(huán)為：工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入車(chē)內(nèi)冷凝器冷凝，經(jīng)電子膨脹閥2節(jié)流，進(jìn)入車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器蒸發(fā)，最后經(jīng)氣液分離器后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。化霜工況為：當(dāng)車(chē)外冷凝器結(jié)霜時(shí)，停止制熱模式，切換至制冷模式，循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后直接進(jìn)入車(chē)外冷凝器化霜，然后進(jìn)入電子膨脹閥1節(jié)流，并在車(chē)內(nèi)蒸發(fā)器蒸發(fā)，最后經(jīng)氣液分離器后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。

圖1 新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)試驗(yàn)系統(tǒng)

3 試驗(yàn)系統(tǒng)

3.1 焓差環(huán)境室

利用焓差法對(duì)所設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗(yàn)，所搭建試驗(yàn)系統(tǒng)及焓差環(huán)境實(shí)驗(yàn)室如圖2所示。

圖2 焓差環(huán)境室原理示意

該焓差室可以同時(shí)模擬2個(gè)獨(dú)立的環(huán)境工況，室內(nèi)側(cè)模擬車(chē)內(nèi)環(huán)境，室外側(cè)模擬車(chē)外環(huán)境；每個(gè)環(huán)境室中配2臺(tái)制冷機(jī)組、前段和后端加熱器、加濕器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、風(fēng)洞裝置以及相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)測(cè)量和控制系統(tǒng)等來(lái)滿(mǎn)足試驗(yàn)所需環(huán)境參數(shù)的要求。其中，所用溫度傳感器測(cè)量精度為±0.1℃，干球溫度控制范圍為-20～50℃，控制精度為±0.5℃；相對(duì)濕度控制范圍為20%～100%，控制精度為±2%。

3.2 系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)控系統(tǒng)

所設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)電氣控制部分主要包括渦旋壓縮機(jī)控制器（用于控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速）、電子膨脹閥脈沖信號(hào)控制器及電磁閥通斷控制器。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分兩部分：空調(diào)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和環(huán)境風(fēng)側(cè)數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集主要包括壓縮機(jī)進(jìn)出口、室外冷凝器進(jìn)口、過(guò)冷器出口、電子膨脹閥進(jìn)口、室內(nèi)蒸發(fā)器出口和室內(nèi)冷凝器進(jìn)出口的溫度和壓力，電子膨脹閥后管道壁面溫度以及制冷劑循環(huán)質(zhì)量流量（測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示），另外還有壓縮機(jī)電壓、電流和功率。風(fēng)側(cè)數(shù)據(jù)采集主要有3個(gè)換熱器出風(fēng)（背風(fēng)）面的溫度、室內(nèi)外換熱器進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量、溫度和濕度。這些傳感器信號(hào)傳入安捷倫數(shù)據(jù)采集儀中，然后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)導(dǎo)入電腦中?？刂菩盘?hào)通過(guò)PLC經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入電腦中，采用LabVIEW軟件編制的集成采集控制程序，對(duì)風(fēng)側(cè)和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集記錄，并對(duì)相應(yīng)的控制部件進(jìn)行控制。

3.3 試驗(yàn)方法

基于上述試驗(yàn)系統(tǒng)，首先進(jìn)行充注量?jī)?yōu)化試驗(yàn)，最終確定出該系統(tǒng)的制冷劑最佳充注量為1350g。限于篇幅，本文主要針對(duì)制冷模式下相應(yīng)工況進(jìn)行性能試驗(yàn)分析和總結(jié)，其他模式下性能在隨后工作中再做詳細(xì)總結(jié)報(bào)道。系統(tǒng)試驗(yàn)開(kāi)始前，先啟動(dòng)環(huán)境室機(jī)組，根據(jù)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)工況（如表1所示，在無(wú)特別說(shuō)明情況下，都是按表中工況進(jìn)行試驗(yàn)），設(shè)定環(huán)境室溫度和濕度；待環(huán)境室工況穩(wěn)定后，從低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)被測(cè)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)，在每個(gè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下，通過(guò)調(diào)節(jié)電子膨脹閥（即EXV）開(kāi)度，尋找出該轉(zhuǎn)速下的最佳運(yùn)行工況（滿(mǎn)足出風(fēng)溫度和制冷量需求下性能系數(shù)達(dá)到最優(yōu)）。在不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下，每改變一次電子膨脹閥開(kāi)度后，讓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，當(dāng)蒸發(fā)器（或熱泵冷凝器）出風(fēng)溫度上下波動(dòng)維持在0.5℃時(shí)，持續(xù)運(yùn)行5m in，記錄下相關(guān)性能運(yùn)行參數(shù)，結(jié)束試驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)工況

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 最佳運(yùn)行工況分析

在進(jìn)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)性能影響試驗(yàn)之前，首先在上述環(huán)境工況下進(jìn)行了系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況分析試驗(yàn)。圖3示出了新能源汽車(chē)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/m in不同EXV開(kāi)度下運(yùn)行時(shí)的過(guò)冷度、出風(fēng)溫度及壓縮機(jī)功耗變化情況。

圖3 不同EXV開(kāi)度下運(yùn)行時(shí)過(guò)冷度、出風(fēng)溫度和功耗的變化（壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/m in）

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度為320步和300步時(shí)，系統(tǒng)無(wú)過(guò)冷度，此時(shí)從視液鏡中可觀(guān)察到很多氣泡，這時(shí)的制冷劑在經(jīng)過(guò)冷凝器和過(guò)冷器后仍為氣液兩相狀態(tài)，兩相節(jié)流后的溫度較高，導(dǎo)致系統(tǒng)中蒸發(fā)器的出風(fēng)溫度較高；當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度為280步時(shí)，系統(tǒng)過(guò)冷度為7.1℃，從視液鏡中可觀(guān)察到無(wú)色透明液體，這時(shí)的制冷劑在經(jīng)過(guò)冷凝器和過(guò)冷器后為純液狀態(tài)，此時(shí)節(jié)流效果較好，蒸發(fā)器的出風(fēng)溫度也較低；當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度為270步時(shí)，系統(tǒng)過(guò)冷度為11.6℃，此時(shí)節(jié)流效果更好，蒸發(fā)器的出風(fēng)溫度也更低。當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度分別為280步和270步時(shí)，系統(tǒng)制冷量分別為5743.1，5667.6W，壓縮機(jī)功耗分別為2424.8，2490.3W，系統(tǒng)COP分別為2.37，2.27。通過(guò)對(duì)比分析可得出：當(dāng)系統(tǒng)無(wú)過(guò)冷度時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性及性能均表現(xiàn)不佳；當(dāng)系統(tǒng)具有一定過(guò)冷度時(shí)，性能表現(xiàn)優(yōu)異；當(dāng)系統(tǒng)過(guò)冷度過(guò)大時(shí)，制冷量和系統(tǒng)COP均有降低趨勢(shì)。

進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)EXV開(kāi)度過(guò)?。ㄈ鐗嚎s機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/m in，EXV開(kāi)度小于100步）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致制冷劑循環(huán)流量過(guò)小，過(guò)冷度過(guò)大，節(jié)流后溫度過(guò)低，導(dǎo)致蒸發(fā)器中第一個(gè)流程換熱器表面出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，而此時(shí)系統(tǒng)制冷量卻較小，蒸發(fā)器出口壓力也表現(xiàn)過(guò)低（低于0.26MPa），這種狀態(tài)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及性能均產(chǎn)生不利影響。通過(guò)多組試驗(yàn)最后得出：當(dāng)過(guò)冷度在5～8℃時(shí)，系統(tǒng)性能表現(xiàn)最佳，基于此，本文試驗(yàn)中以過(guò)冷度來(lái)簡(jiǎn)捷判斷最佳運(yùn)行工況和確定電子膨脹閥最佳開(kāi)度。

系統(tǒng)中冷凝壓力/溫度和蒸發(fā)壓力/溫度是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，可從另一個(gè)側(cè)面反映出系統(tǒng)工況的優(yōu)劣。圖4為不同EXV開(kāi)度下冷凝和蒸發(fā)溫度/壓力的變化情況。

圖4 不同EXV開(kāi)度下冷凝和蒸發(fā)溫度/壓力的變化（壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為 5000r/m in）

由圖4可以看出，系統(tǒng)冷凝壓力隨著電子膨脹閥開(kāi)度的增大而減小，蒸發(fā)壓力隨著電子膨脹閥開(kāi)度的增大而增大；而系統(tǒng)冷凝和蒸發(fā)溫度均隨著電子膨脹閥開(kāi)度的增大而增大。分析可知，在一定工況條件下，當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度較大時(shí)，冷凝負(fù)荷增大，制冷劑經(jīng)過(guò)冷凝器不能被充分冷凝而仍處于兩相狀態(tài)，這不利于冷凝器溫度或節(jié)流前溫度以及節(jié)流后蒸發(fā)溫度/壓力的降低；而在一定范圍內(nèi)當(dāng)電子膨脹閥開(kāi)度較小時(shí)，制冷劑循環(huán)流量減小，在冷凝器可較充分換熱而易轉(zhuǎn)變?yōu)榧円簯B(tài)（處于飽和或過(guò)冷狀態(tài)，節(jié)流前溫度降低），進(jìn)而使制冷劑節(jié)流后以及經(jīng)蒸發(fā)器的溫度和壓力都較低，而較低的蒸發(fā)溫度可使出風(fēng)溫度較低，增大了進(jìn)出蒸發(fā)器的空氣換熱溫差（進(jìn)風(fēng)溫度和流量一定），故可使對(duì)應(yīng)制冷量也增大。

4.2 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)冷凝、蒸發(fā)壓力的影響規(guī)律

圖5示出了為不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下冷凝和蒸發(fā)壓力的變化。圖中不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的是其最佳運(yùn)行工況下的EXV開(kāi)度。由圖可見(jiàn)，冷凝壓力隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大，而蒸發(fā)壓力隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而降低。在室內(nèi)外環(huán)境溫度不變時(shí)，壓縮機(jī)提高轉(zhuǎn)速，增大了循環(huán)質(zhì)量流量，并使低壓更低，高壓更高，壓比增大，導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗和制冷量都有不同程度增加。

圖5 不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下冷凝和蒸發(fā)壓力的變化

4.3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)電子膨脹閥最佳開(kāi)度和蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的影響規(guī)律

圖6示出了不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下的EXV最佳開(kāi)度與蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的變化。由圖可見(jiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/m in增加到7000r/m in（以1000r/m in間隔增加），對(duì)應(yīng)的電子膨脹閥最佳開(kāi)度分別是：180，230，260，275，280，285步?？梢钥闯?，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，最佳電子膨脹閥開(kāi)度逐漸增大，且其增大的速率在逐漸減小。這是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)增大，冷凝溫度和壓力會(huì)增大，在冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度和流量不變下，則其換熱溫差及換熱量變大，如電子膨脹閥開(kāi)度不變時(shí)會(huì)導(dǎo)致過(guò)冷度變大，因此當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)要使過(guò)冷度保持在5～8℃之間（最佳工況標(biāo)志），需要將電子膨脹閥開(kāi)度在一定范圍內(nèi)調(diào)大。

圖6不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下的EXV最佳開(kāi)度與蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的變化

圖6 還顯示，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/m in增加到7000r/m in（以1000r/m in間隔增加）對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器出風(fēng)溫度分別是：21.5，18.9，17.8，16.8，15.5，15.1℃?？梢钥闯?，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，蒸發(fā)器出風(fēng)溫度逐漸減小，且其出風(fēng)溫度降低速率在逐漸減小。這是由于隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，制冷劑流量增大，導(dǎo)致通過(guò)電子膨脹閥及管路的循環(huán)阻力增大，表現(xiàn)為冷凝側(cè)壓力升高，節(jié)流后的蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)溫度降低，在通過(guò)蒸發(fā)器風(fēng)量不變的條件下，其出風(fēng)溫度降低。但同時(shí)因其循環(huán)阻力和流量的增大導(dǎo)致壓縮機(jī)消耗功率增大，因此，為達(dá)到合適的出風(fēng)溫度，過(guò)分提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速并不利于能效比的提高。

4.4 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)制冷量、壓縮機(jī)功耗和COP的影響規(guī)律

制冷量和COP是空調(diào)系統(tǒng)性能的重要評(píng)判依據(jù)。圖7示出了不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)制冷量、功耗及COP的影響。由圖可見(jiàn)，制冷量和壓縮機(jī)功耗隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大均增大，而COP隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大表現(xiàn)為降低。其中制冷量曲線(xiàn)呈“上凸”型，這說(shuō)明隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，系統(tǒng)制冷量的增長(zhǎng)速率在下降，而壓縮機(jī)功耗曲線(xiàn)呈近似“直線(xiàn)”型，因此COP（制冷量與壓縮機(jī)功耗之比）隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由上述分析可知，高轉(zhuǎn)速下可以獲得較大制冷量，這有利于縮短車(chē)內(nèi)降溫時(shí)間，但不利于能效提高，故為提供一個(gè)高效節(jié)能的舒適環(huán)境，需多方面綜合考慮。

圖7 不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)制冷量、功耗及COP的影響

5 結(jié)論

（1）當(dāng)系統(tǒng)過(guò)冷度在5～8℃時(shí)，能獲得較大的制冷量和COP，系統(tǒng)性能表現(xiàn)最好。

（2）隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，對(duì)應(yīng)的最佳工況下的電子膨脹閥最佳開(kāi)度逐漸增大，但增大的速率逐漸減小；而蒸發(fā)器出風(fēng)溫度逐漸降低且下降速率在逐漸減小。

（3）隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，冷凝壓力增大，蒸發(fā)壓力降低，壓縮機(jī)功耗和制冷量都會(huì)有不同程度增加，COP表現(xiàn)為降低。

（4）綜合蒸發(fā)器出風(fēng)溫度、制冷量和壓縮機(jī)功耗及能效考慮，較高轉(zhuǎn)速可達(dá)到快速降溫目的，但不利于整體能效提高，因此壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過(guò)分提高。

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Influence of Compressor Speed on Air Conditioning Performance of New Energy Vehicle

WU Wei-dong，YU Qiang-yuan，WU Jia-wei，LUAN Zhong-jun
（University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

A new set of new energy vehicle heat pump air conditioning experimental system was designed and developed. The optimal operating conditions of the system at fixed speed were analyzed co nsidering multiple operating parameters. The influence of the compressor speed on the key parameters of the system during the cooling mode was studied. The results showed that when under fixed speed conditions and 5～8 ℃ of the condenser outlet subcooling degree，the system could get a larger cooling capacity and COP. With the increase of the compressor speed，the cooling capacity increased and the evaporator outlet temperature decreased，but their changing rates were declining and COP were also reduced. Based on overall consideration of evaporator outlet temperature and the cooling capacity and energy efficiency，a higher compressor speed could achieve the purpose of fast cooling，but did not make for the improvement of overall energy efficiency，therefore the compressor speed should not be increased too much.

new energy vehicles；electric compressor；rotating speed；air conditioning system；cooling performance

TH12

A

10.3969/j.issn.1005-0329.2017.11.0102

1005-0329（2017）11-0066-05

2017-04-26

2017-06-01

教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（LXJJ2015005）；上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(14ZR1429000)

武衛(wèi)東（1973-），男，博士，教授，研究方向?yàn)槠?chē)空調(diào)技術(shù)，通訊地址：200093上海市軍工路516號(hào)上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院第一辦公室317，E-m ail:usstww d@163.com。