汽車太陽能隔熱降溫裝置的研究

胡奇超

【摘 要】隨著我國私家車數(shù)量的不斷增長與停車位的相對緊張，很多車輛被迫長時間暴露在太陽光之下，隨之產生了一系列問題。為了避免太陽光對車輛造成的損害及保障車主人身健康，可以利用太陽能對汽車進行降溫隔熱處理。合理利用太陽能，不僅做到了清潔環(huán)保，踐行國家環(huán)保理念，同時能節(jié)約能源，充分利用汽車自身的空間，實現(xiàn)降溫的效果。

【關鍵詞】太陽能;汽車;降溫;隔熱

【中圖分類號】U463.85 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）03-0035-02

1 汽車過熱產生的問題

為了滿足人們對出行的需求，越來越多的家庭選擇購買私家車。這就導致我國車輛數(shù)量持續(xù)增長，而與之相配套的車庫或停車位不能滿足人們對于停車的需求。這就使得許多私家車只能將車輛直接停在室外，導致汽車長時間受到太陽光的曝曬。

通過科學的實驗我們了解到，當室外溫度達到32.5 ℃時，汽車暴曬15 min，車內的溫度就可以升高到64.9 ℃。這就告訴我們，太陽光會使得車內的溫度急劇上升，導致車主在用車之前必須先打開空調進行降溫處理，這就增加了汽車的能耗，使汽車的耗油量比平時上升15%。在這種狀態(tài)下，汽油進行不完全燃燒所釋放的有害氣體，如一氧化碳、一氧化氮等，能夠達到完全燃燒狀態(tài)下的5倍，而二氧化碳、PM2.5等有害氣體排放量也急劇上升。車內通常處于封閉環(huán)境，無法將有害物質排出。這不僅浪費能源、污染環(huán)境，也危害人們的健康。

太陽光的輻射對私家車內部的設備也會產生一定的危害。例如，加速車內的座椅或儀表盤等設備的老化程度，而車子在太陽光下暴曬時間過長也會使得汽車裝飾品產生甲醛等有害物質，也容易發(fā)生汽車自燃事件。因此，對汽車采取環(huán)保的隔熱降溫裝置刻不容緩。

2 汽車隔熱降溫裝置市場現(xiàn)狀

現(xiàn)今，市面上的私家車所使用的降溫隔熱裝置一般都是采取吸附式遮擋板，它的作用是遮擋住照射進車體之內的部分陽光，具有一定的降溫隔熱的效果，但是效果并不理想。

通常，人們對汽車一般采用如下隔熱降溫裝置。

（1）普通遮陽板。這種裝置是利用吸盤與繩索，使得遮陽板能夠放置在汽車前窗，而不產生晃動。不過這種操作必須使用人工手動進行，安裝起來較為麻煩，也容易使得隔熱裝置產生晃動，而且這種隔熱板的降溫效果比較差。

（2）汽車外部遮陽傘。遮陽傘是通過氣壓的作用，能夠使得自身安穩(wěn)地放置在私家車的車廂上方。不過這種遮陽傘安裝所需要的零部件較多，拆卸及安裝耗時又耗力，較難操作。遮陽傘所需要的空間面積較大，攜帶不方便，在無人看管時，也容易被不法分子盜取，實用性較差。除此之外，將遮陽傘放置在整車上部，影響私家車整體的外觀，破壞了整車造型結構。同時，車體所受外界的壓力與作用力也會發(fā)生變化，影響車輛的安全性能。

（3）汽車兩側車窗簾。我們通過在汽車兩側的車窗內部安裝軌道，再在上面安裝上窗簾，可以是單側窗簾或雙側窗簾。通過對窗簾的控制，實現(xiàn)遮擋陽光。不過這種降溫的方式只能遮擋從車窗兩側射入的陽光，并不能夠解決車體正面投射進來的陽光，由于窗簾安裝后是垂線型的，我們也無法在整個車窗最前方安設窗簾，因此這種措施對于車體內部的隔熱效果并不顯著。

3 太陽能隔熱降溫裝置闡述

為了滿足車主對于車體內部降溫隔熱的需求，同時操作更為方便、簡潔、節(jié)能、環(huán)保，我們提出了利用太陽能來設計隔熱降溫裝置，此裝置是在私家車的內部安裝一個隔熱降溫材料與傳動裝置，隔熱降溫的材料是通過對太陽能薄膜及能夠對光電進行轉換的復合材料進行融合，能夠有效阻隔陽光，再通過轉換太陽能的能量用于運行整個裝置，當車主停車之后，通過控制盒直接對整個裝置進行操作，讓隔熱降溫的裝置實現(xiàn)自動升降，通過管狀電機與盤簧裝置拉出卷在卷筒內的隔熱裝置遮擋住車輛的前窗與后窗，對全車起到隔熱降溫的效果。

3.1 太陽能薄膜層

我們通過將太陽能薄膜層與銀膠布氣泡隔膜層進行組合，形成隔熱材料。處于最外層的太陽能薄膜層能夠將太陽能轉換成電能，我們所采用的是染料敏化太陽電池，它相比于其他太陽能薄膜電池材料如非晶硅與砷化鎵，光電轉換率雖然沒有這兩者高，但是非晶硅與砷化鎵高轉化率的材料較為厚重，還會產生污染物，威害環(huán)境，而為了保證其柔韌性所選取的底厚度材料則生產成本會變高，光轉化率也較低，因此我們所選用的材料和生產環(huán)節(jié)均符合環(huán)保要求，并且生產成本更為低廉，吸熱量也較小。

染料敏化太陽電池工作原理類似于光合作用，它主要是由多孔半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質及對電極與導電基底構成的，這種材料不僅環(huán)保，而且材料的利用率更高。

3.2 氣泡隔熱層

太陽能薄膜通過使用黏合劑與氣泡隔熱層進行連接，共同構成光電轉換的復合型材料。氣泡隔熱層主要是選取雙層銀膠布制作氣泡隔膜，相比于市面上常見的遮陽材料，如鋁箔、銀膠布、尼龍網(wǎng)布與PVC，銀膠布的導熱率更低，而反射率較其他材料則更高，自身重量更輕，成本更經濟，因此我們選擇銀膠布作為氣泡隔熱層的材料。同樣，為了達到更好的隔熱降溫的效果，我們采用兩層銀膠布，并在這兩層中間利用多個氣泡進行阻隔，形成隔熱層，以盡可能地保證隔熱的效果。

在制作雙層銀膠布氣泡隔膜時，我們需要通過單螺桿擠出機將熔化狀態(tài)下的原料通過成型平模模具制作成膜片，再通過氣泡吸塑成型棍形成氣泡，最后利用導輥與卷取裝置進行收卷，則可成為雙層銀膠布氣泡隔膜。制作完成后，將它當做氣泡隔熱層，我們再將敏化復合染料涂抹在薄膜之上，通過利用導電塑料片將兩者緊緊貼合在一起，共同形成太陽能薄膜層，之后，通過使用黏合劑將太陽能薄膜層與氣泡隔熱層緊緊黏合起來，最終形成隔熱降溫的光電轉換型材料。

3.3 隔熱降溫裝置的升降

隔熱降溫部分是汽車太陽能的機械裝置中極為關鍵的一環(huán)。具體的機械裝置分為上升裝置與下降裝置兩個部分。一般來說，上升裝置中的電機運轉方向為正轉，盤簧的碳纖維線產生的拉力是向上方的。一旦降溫裝置到達頂部時，將自動觸發(fā)電機停機，使電機處于比較平衡的狀態(tài);與此相對應的是，在下降的裝備運作時，纖維產生相反方向的拉力，通過降溫材料使位置位移到底部并同時停機，隔熱層在碳纖維的作用之下可以達到彈力的平衡，最終實現(xiàn)靜止。

3.4 使用太陽能隔熱裝置效果

我們通過對車輛進行對比實驗了解太陽能隔熱裝置的降溫效果。選用兩臺相同型號的車，并且車輛的顏色都為淺色，這樣不會因為車體顏色的區(qū)別而對車內溫度造成影響。我們在同一時間將兩輛車放置在室外進行暴曬，一臺私家車在前后的車窗內部都安裝太陽能隔熱降溫裝置，而另一臺則單純使用在生活中比較常見的鍍鋁薄膜進行隔熱。放置好之后開始實驗，我們每經過15 min，分別測量室外天氣溫度、車內的溫度、車體控制臺的溫度、車上玻璃的溫度及座椅的溫度并做好記錄，為了保證實驗結果的準確性，那么我們要經過多次測量溫度的變化。經過5次測量之后，我們對兩輛車同時開放空調，將車內的溫度統(tǒng)一下降到28 ℃，觀察其所需要的時間，安裝太陽能隔熱裝置的車輛降溫所需的時間僅為7 min30 s，而另一輛車所需要的時間則為12 min。空調開放需要消耗自身油量，也會排放二氧化碳，因此，空調開放的時間越長所消耗的油量也就越大，同時伴有更多的二氧化碳排放量，對空氣造成污染。通過實驗證明，利用太陽能設計的隔熱降溫裝置能夠大幅度降低私家車車體的空氣溫度、方向盤及座椅的溫度等，節(jié)省了人們出行的時間。并且，按照一輛排放量為1.6 L的汽車來說，少開4 min 30 s的時間大約能節(jié)省0.061 kg的汽油，少排放0.18 kg的二氧化碳，有效降低車輛的耗油量，降低污染物排放量，節(jié)能減排、環(huán)保。

4 結語

本文通過對比太陽能隔熱裝置與以往采用的降溫隔熱裝置，從材料、安裝到隔熱效果上進行分析，通過新技術和之前技術的差異化對比，突出汽車太陽能隔熱裝置的特點。使用新材料的隔熱裝置不僅能夠提高消費者的行車體驗，而且還能夠有效地精控車內溫度。我國大部分地區(qū)的夏季，車內在不開空調的情況下溫度令人難以忍受。運用這種裝置可以有效地降低方向盤和汽車中控的溫度，使人們的出行更加方便，不斷地提升生活質量。

參 考 文 獻

[1]王靜霞.我國大城市停車問題與對策[J].城市車輛，2011

（1）：22-24.

[2]王勝男，王麗.淺談太陽能熱利用技術[J].自然科學，2016（1）：142.

[3]熊強.侯守軍.汽車電器設備[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012：226-227.

[4]T Stegmaie，M Linke，M Geuer，et al.用于太陽能裝置的柔性透明隔熱材料[J].國際紡織導報，2006（6）：88-89.

[5]李建斌.高效太陽能反射隔熱涂料[J].技術與市場，2000

（9）：112-114.