輻射制冷對(duì)汽車熱舒適性和能耗影響研究

費(fèi)鍵麗，楊 劍，呂銀燕，袁錦超，徐靜濤

(1.華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.寧波瑞凌新能源材料研究院有限公司，浙江 奉化 315500)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活水平的日益提高，汽車成為現(xiàn)代社會(huì)生活中必不可少的一部分，同時(shí)也造成能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題。夏季空調(diào)的使用降低了客艙內(nèi)溫度，有效提升人體熱舒適感[1-4]，但加劇了傳統(tǒng)汽車的化石能源消耗和環(huán)境污染。推廣新型清潔能源汽車，可降低二氧化碳排放。其中，純電動(dòng)汽車已逐步進(jìn)入民用市場(chǎng)，但目前各類電池能量密度較低，仍然普遍存在續(xù)航里程短等嚴(yán)重缺點(diǎn)，成為市場(chǎng)推廣的痛點(diǎn)。夏季空調(diào)系統(tǒng)的使用會(huì)額外增加電池能耗，降低純電動(dòng)汽車的行駛里程。根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究，傳統(tǒng)的空調(diào)負(fù)載可以使純電動(dòng)汽車的行駛里程降低近40%[5]，更進(jìn)一步加劇了人們對(duì)電動(dòng)汽車行駛里程的擔(dān)憂。如何在熱舒適的前提下降低汽車空調(diào)系統(tǒng)的能耗，是提高純電動(dòng)汽車行駛里程的重要途徑。

針對(duì)這一問題，除了電池材料本身的需要提升，在工程應(yīng)用方面目前主要有三種解決途徑：一，針對(duì)電池功率進(jìn)行管理分配。Michael A.Roscher[6]等人提出根據(jù)驅(qū)動(dòng)情況，通過自適應(yīng)控制HVAC電源輸入，可降低運(yùn)行過程中的電力損耗。結(jié)果表明，該方法在不增加硬件工作量的情況下，節(jié)省能源，使行駛里程增加1%以上。Shankar Narayanan和Xiansen Li[7]等人開發(fā)了一種基于吸附的熱電池(ATB)，它能夠儲(chǔ)存熱能，僅需要很少的電力供應(yīng)，就能提供加熱和冷卻。劉永濤[8]等人從再生制動(dòng)角度，針對(duì)兩檔式純電動(dòng)汽車提出結(jié)合檔位選擇的串聯(lián)式再生制動(dòng)控制策略，當(dāng)汽車需要制動(dòng)減速時(shí)，通過功率變換器為蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，進(jìn)而延長(zhǎng)電動(dòng)車行駛里程。二，客艙預(yù)處理。Kiran Kambly和Thomas H.Bradley[9]的仿真模擬發(fā)現(xiàn)大量的空調(diào)耗能被用于使客艙溫度恢復(fù)到熱舒適區(qū)域，并得到結(jié)論：對(duì)客艙進(jìn)行預(yù)處理后的電動(dòng)汽車的最大行駛里程可提高8.75%。但艙室預(yù)處理是在汽車充電時(shí)使車內(nèi)空間達(dá)到熱舒適的要求，因此該方式使用受到一定限制。三，通過改變汽車結(jié)構(gòu)材料光學(xué)性質(zhì)減少得熱。V.Souliosa和R.C.G.M.Loonenb[10]等人提出了三種措施，分別是：采用光譜選擇性玻璃、使用高太陽反射不透明表面、采用可移動(dòng)遮陽板覆蓋擋風(fēng)玻璃。結(jié)果表明，采用光譜選擇性玻璃可以降低艙室空氣溫度12.5 ℃，與太陽能反射不透明表面結(jié)合使用，艙內(nèi)空氣溫度降低可達(dá)23.8 ℃。

近兩年，輻射制冷技術(shù)在材料方面的突破引起廣泛的關(guān)注[11-12]。將輻射制冷技術(shù)與汽車結(jié)合，不僅可以降低客艙初始溫度，還可有效降低汽車在運(yùn)行過程中的得熱，減少空調(diào)能耗。輻射制冷技術(shù)的原理是利用地球(27 ℃)和宇宙(-270 ℃)的巨大溫差，通過大氣窗口(大氣層對(duì)紅外輻射透過率較高的光譜波段，例如8～13 μm)向外太空發(fā)射熱紅外輻射，從而實(shí)現(xiàn)制冷。和空調(diào)相比，它不需要消耗額外其他能量，可以用于建筑、車輛、太陽能電池和發(fā)電廠等的降溫[11]。用于輻射制冷的理想材料，光學(xué)特性是在大氣窗口波段有類似黑體的高發(fā)射率，而在其他波段，具有非常高的反射率，具體輻射特性見圖1[12]。

圖1 理想選擇性表面的輻射特性

圖1中，左邊陰影區(qū)域表示AM1.5太陽輻射光譜，右邊陰影區(qū)域表示7～26 μm波段的大氣透射光譜[13]，黑色曲線表示理想材料在0.3～26 μm波段的發(fā)射率。其在太陽波段的發(fā)射率為0，即吸收率為0，表示不吸收太陽光的熱量；其在大氣窗口波段的發(fā)射率為1，表示向外輻射的熱量多，因此能夠達(dá)到很好的制冷效果。自然材料很難具有這種光學(xué)特性，需要通過材料工程技術(shù)對(duì)物體表面進(jìn)行處理。2017年，楊榮貴、尹曉波、譚剛團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種由有機(jī)高分子材料和功能無機(jī)材料復(fù)合而成的輻射制冷超材料薄膜，在具有高效輻射制冷效能的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。這項(xiàng)研究成果于2017年發(fā)表在《Science》后，引起了全球的廣泛關(guān)注[14]。這種輻射制冷薄膜的具體輻射特性見圖2。它具有96%的太陽能反射率，在8～13 μm間具有93%的紅外發(fā)射率。這種反射型薄膜呈銀色，可直接粘貼于不需要采光的結(jié)構(gòu)外表面，如建筑屋頂、汽車表面等。此外，楊榮貴、尹曉波、譚剛團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種透射型薄膜，可直接粘貼于需要采光的結(jié)構(gòu)外表面，如各類建筑物玻璃，具有93%的紅外發(fā)射率。

圖2 輻射制冷膜的輻射特性

本文研究提出將輻射制冷技術(shù)應(yīng)用到純電動(dòng)汽車上，改善汽車室內(nèi)的熱舒適性，降低汽車電池用于空調(diào)系統(tǒng)的能耗，提高汽車行駛里程。以比亞迪E6這款純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，將輻射制冷薄膜貼到汽車各個(gè)外表面上，在車頂，車體(包括車門和后圍板)等不透光區(qū)域貼附反射型薄膜；在前擋風(fēng)玻璃、側(cè)面玻璃和后擋風(fēng)玻璃等透光區(qū)域貼附透射型薄膜。運(yùn)用能耗分析軟件EnergyPlus對(duì)應(yīng)用輻射制冷技術(shù)前后汽車內(nèi)空氣的平均溫度、空調(diào)系統(tǒng)制冷量、以及在Fanger模型下車內(nèi)的熱舒適性指標(biāo)：預(yù)測(cè)平均投票數(shù)PMV(Predicted Mean Vote)、不滿意者百分?jǐn)?shù)PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過分析比較模擬數(shù)據(jù)，驗(yàn)證在純電動(dòng)汽車上運(yùn)用輻射制冷技術(shù)對(duì)客艙內(nèi)環(huán)境的改善，駕乘人員舒適性的提升，同時(shí)獲得對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的降低，和行駛里程的提升。

1 模型與研究方法

本文首先研究了汽車不貼膜和汽車各表面全貼膜這兩種基礎(chǔ)工況。汽車各表面全貼膜表示車頂、車體貼反射膜，前擋風(fēng)玻璃、側(cè)面玻璃和后擋風(fēng)玻璃貼透射膜。然后再針對(duì)各表面進(jìn)行敏感性分析，探究汽車各表面的降溫效益和能耗節(jié)省效益。研究?jī)H前擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅后擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅側(cè)面玻璃不貼膜、僅車頂不貼膜、僅車體不貼膜這5種工況。運(yùn)用能耗分析軟件EnergyPlus對(duì)七種工況分別進(jìn)行數(shù)值模擬。

EnergyPlus利用有限差分模型計(jì)算動(dòng)態(tài)傳熱和儲(chǔ)存效應(yīng)，并根據(jù)有關(guān)對(duì)流和輻射效應(yīng)的熱平衡原理運(yùn)行，以計(jì)算每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的表面溫度，其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的隱式公式如下：

式中Cp——材料的比熱容;

ρ——材料密度;

Δx——有限差分層厚度;

Δt——計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng);

T——節(jié)點(diǎn)溫度;

i——待計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn);

j——時(shí)間步長(zhǎng);

kW——節(jié)點(diǎn)i和i+1界面之間材料的導(dǎo)熱系數(shù);

kE——節(jié)點(diǎn)i和i-1界面之間材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

EnergyPlus已廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，V.Soulios和R.C.G.M.Loonen[10]等人的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了它也能夠?qū)ζ囻{乘空間內(nèi)空氣的溫度、空調(diào)系統(tǒng)的能耗等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的估算。

1.1 幾何模型

這次研究針對(duì)比亞迪E6展開，構(gòu)建E6駕乘空間的過程綜合運(yùn)用了CAD 2018三維建模和SketchUp。由于汽車車身和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。去掉汽車外形上圓角、倒角等一些細(xì)小特征[15]，用直線或圓弧代替汽車流線型。對(duì)于汽車內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，去掉了方向盤等一些對(duì)室內(nèi)空間流場(chǎng)影響較小的設(shè)施，由于模擬背景是僅有一名駕駛?cè)藛T坐在汽車內(nèi)，因此忽略人員所占空間。圖3顯示了建立好的E6內(nèi)部空間模型，內(nèi)部空間設(shè)施包含前排左右分開的兩個(gè)座椅、后排的長(zhǎng)椅以及前排的中央扶手。模型邊界由各表面構(gòu)成，包含車身壁面和汽車玻璃。車身壁面主要有：機(jī)艙前壁，車頂，后圍壁，車底、側(cè)圍壁。而E6汽車玻璃由前擋風(fēng)玻璃、后擋風(fēng)玻璃和左右兩側(cè)玻璃構(gòu)成，不含有天窗。

圖3 比亞迪E6幾何模型

由于EnergyPlus只能對(duì)熱工區(qū)域中的模型進(jìn)行數(shù)值模擬，因此需要將前面建立好的汽車模型導(dǎo)入到SketchUp里面，使用添加thermal zone命令，定義汽車各邊界類型。圖4顯示了熱工區(qū)域中的比亞迪E6模型。頂部非透明區(qū)域表示汽車頂部，側(cè)面非透明區(qū)域表示汽車壁面，透明區(qū)域表示汽車窗戶。

圖4 熱工區(qū)域中比亞迪E6模型

1.2 汽車材料

汽車各表面的材料分為兩種類型：不透明的壁面和透明的玻璃。不透明的壁面根據(jù)VSOLE模型，定義為均勻的各向同性材料，可以通過插入逐層材料屬性提高模型的精確程度。表1列出了各個(gè)不透明表面的材料參數(shù)，其中反射膜的性能參數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

表1 汽車不透明壁面材料參數(shù)

透明的玻璃表面使用了EnergyPlus的內(nèi)置開窗模型，該模型考慮了光譜和角度相關(guān)的光學(xué)特性。表2列出了汽車各玻璃的性能參數(shù)，各參數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。由于軟件內(nèi)玻璃的結(jié)構(gòu)設(shè)置不允許插入逐層材料，因此將貼過透射膜的玻璃仍然設(shè)置為一塊玻璃，僅改變各項(xiàng)性能參數(shù)。

表2 汽車玻璃參數(shù)

1.3 模擬地點(diǎn)

將深圳選為本次研究的地點(diǎn)，輸入的具體位置是東經(jīng)114.1°，北緯22.55°，東8區(qū)。車頭朝南。

1.4 人體舒適度模擬

本文采用研究人體熱舒適性常用的Fanger模型。該模型綜合4個(gè)環(huán)境變量包括空氣溫度、空氣流速、相對(duì)濕度、表面平均輻射溫度和兩個(gè)人為變量包括人體活動(dòng)量、服裝熱阻。提出了兩個(gè)預(yù)測(cè)熱舒適性的指標(biāo)，分別是PMV(Predicted Mean Vote)和PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied)。其中PMV表明群體對(duì)熱感覺投票的平均指數(shù)，其正值越大，人覺得越熱；其負(fù)值越大，人覺得越冷。PPD表示群體對(duì)于環(huán)境熱舒適不滿意程度的百分比。模擬背景是汽車封閉停放，5位人員坐在汽車內(nèi)感受剛進(jìn)入車內(nèi)的熱沖擊。設(shè)定每人的熱量為116 W，炎熱的夏季服裝熱阻一般為0.3 clo，由于車內(nèi)人員坐立，人體和座椅的接觸面積大，增加了服裝熱阻，因此設(shè)定為0.5 clo。車內(nèi)空氣流動(dòng)是由車內(nèi)各部分溫差導(dǎo)致，空氣流動(dòng)速度很低，設(shè)定為0.05 m/s。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

2.1 車內(nèi)空氣平均溫度比較

首先模擬全年，即1月1日～12月31日間，每小時(shí)車內(nèi)空氣的平均溫度，然后選取不貼膜工況與全貼膜工況溫差較大的時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，8月11日～8月17日時(shí)間段內(nèi)不貼膜工況與全貼膜工況車內(nèi)溫差最大。圖5給出了這個(gè)時(shí)間段內(nèi)深圳的環(huán)境溫度、太陽總輻照、未應(yīng)用輻射制冷技術(shù)(即不貼膜)的汽車內(nèi)空氣平均溫度、全貼膜的汽車內(nèi)空氣平均溫度。

圖5 不貼和全貼膜工況下汽車內(nèi)空氣平均溫度比較

圖5中，陰影區(qū)域表示太陽總輻照。根據(jù)圖中顯示，8月14日15:00，不貼膜的車內(nèi)空氣平均溫度達(dá)到77.6 ℃；貼膜后的車內(nèi)空氣平均溫度達(dá)到56.5 ℃。前后兩者溫度差為21.1 ℃，達(dá)到該時(shí)間段內(nèi)溫度差最大值。結(jié)合夏季氣溫，統(tǒng)計(jì)8月11日～8月17日每天10:00～16:00時(shí)間段，溫度差平均值達(dá)到13.5 ℃。

在全貼工況基礎(chǔ)上，為探究汽車各貼膜表面的降溫效益，對(duì)各表面進(jìn)行敏感性分析。研究?jī)H前擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅后擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅側(cè)面玻璃不貼膜、僅車頂不貼膜、僅車體不貼膜這5種工況溫度變化。圖6描述了8月11日～8月17日每天10:00～16:00時(shí)間段內(nèi)，各工況下車內(nèi)空氣的溫度。

圖6 各工況下車內(nèi)空氣溫度

從圖6可以看出，單一部位不貼膜時(shí)車內(nèi)溫度降溫效果遠(yuǎn)不如整車貼膜。這兩者之間的溫度差異，可以認(rèn)為是這一部位貼膜的降溫效益。例如：僅前擋風(fēng)玻璃不貼工況與全貼膜工況的溫度差反映了貼膜前擋風(fēng)玻璃的降溫效益。根據(jù)圖6，可以得到貼透射膜的前擋風(fēng)玻璃降溫效益最好，使車內(nèi)空氣平均溫度最高降低7.8 ℃，平均降低4.4 ℃。其次是貼反射膜的車體，使車內(nèi)空氣平均溫度最高降低5.3 ℃，平均降低3.4 ℃。然后是貼透射膜的后擋風(fēng)玻璃，使車內(nèi)空氣平均溫度最高降低4.4 ℃，平均降低2.4 ℃。然后是貼透射膜的側(cè)面玻璃，使車內(nèi)空氣平均溫度最高降低3.4 ℃，平均降低2.0 ℃。最后是貼反射膜的車頂，使車內(nèi)空氣平均溫度最高降低3.7 ℃，平均降低1.9 ℃。因此貼膜后的各表面降溫效益為：前擋風(fēng)玻璃>車體>后擋風(fēng)玻璃>側(cè)面玻璃>車頂。

表3 車表不同部位應(yīng)用輻射制冷薄膜降溫功效

2.2 車內(nèi)空間熱舒適性比較

選擇溫差最大的一天對(duì)不貼膜工況和全貼膜工況的熱舒適性進(jìn)行分析比較，即8月14日。圖7描述了不貼膜工況和全貼膜工況下的PMV和PPD。

圖7 不貼-全貼工況PMV/PPD

根據(jù)圖7，可以得到上午7:00之前，人員對(duì)全貼膜工況下車內(nèi)的熱舒適程度不滿意的比例大，因?yàn)榇藭r(shí)環(huán)境溫度較低，平均為25 ℃，但通常車內(nèi)人員會(huì)選擇穿上外套來滿足熱舒適度。8:00～10：00，相比于不貼膜工況，全貼膜工況下人員的熱舒適感明顯提升，不貼膜工況下的PPD平均值為92.3%，PMV平均值為4.9。全貼膜工況下的PPD平均值為66.8%，PMV平均值為2.2。人員滿意度百分比提升了22.5%，PMV值降低了2.7。10:00～19:00，兩種工況下人員的不滿意百分比均為100%，但不貼膜工況下的PMV值約為全貼膜工況的2倍，即人員的熱感程度相差很大。19:00～24:00，不貼膜工況下的PPD平均值為63.1%，PMV平均值為2.8。全貼膜工況下的PPD平均值為40.3%，PMV平均值為1.3。人員滿意度百分比提升了22.8%，PMV值降低了1.5。綜上，全貼膜工況下，人員的熱舒適感增強(qiáng)，在開始進(jìn)入汽車時(shí)受到的熱沖擊感減小。因此，在汽車上應(yīng)用輻射制冷技術(shù)能夠有效提升車內(nèi)環(huán)境的熱舒適性。

2.3 汽車空調(diào)系統(tǒng)能耗比較

當(dāng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)制冷量進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，需要在軟件中設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，即HVAC系統(tǒng)。將車內(nèi)空調(diào)的開放溫度范圍設(shè)置為20℃～26℃，即當(dāng)汽車室內(nèi)空氣溫度降低到20 ℃時(shí)，空調(diào)自動(dòng)調(diào)整為制熱狀態(tài)；當(dāng)室內(nèi)空氣溫度升高到26℃時(shí)，空調(diào)自動(dòng)調(diào)整為制冷狀態(tài)。

模擬背景是汽車以40 km/h速度勻速朝南行駛，軟件EnergyPlus默認(rèn)研究對(duì)象為靜止?fàn)顟B(tài)，因此考慮汽車和周圍空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整風(fēng)速使汽車實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。選取溫度最高的7月21日為模擬大環(huán)境，默認(rèn)的風(fēng)速和風(fēng)向分別為3.4 m/s，220°，運(yùn)用矢量運(yùn)算，將設(shè)計(jì)日的風(fēng)速和風(fēng)向分別更改為9.3 m/s，106.26°。假設(shè)汽車在設(shè)計(jì)日行駛，行駛時(shí)間從上午10點(diǎn)到下午4點(diǎn)，全程6 h。

首先比較不貼膜工況和全貼膜工況的空調(diào)系統(tǒng)制冷量，將兩種工況下11:00～16:00每小時(shí)汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量放到一張圖中，如圖8所示。

圖8 空調(diào)系統(tǒng)制冷量(不貼—全貼)

圖8中，陰影區(qū)域表示7月21日11:00～16:00時(shí)間段內(nèi)太陽輻照強(qiáng)度。根據(jù)圖8，能夠明顯得到全貼膜工況下的空調(diào)系統(tǒng)制冷量比不貼膜工況低，兩者曲線時(shí)間變化行為相似，空調(diào)系統(tǒng)制冷量均在11點(diǎn)達(dá)到最大值，分別為2.7 kWh和1.8 kWh。因?yàn)槠噺纳衔?0點(diǎn)開始行駛，即從10點(diǎn)汽車空調(diào)開始運(yùn)行，在第一個(gè)小時(shí)內(nèi)需要將10點(diǎn)之前汽車內(nèi)部空間儲(chǔ)存的熱量排出，使溫度降低到設(shè)定的范圍內(nèi)，因此空調(diào)系統(tǒng)的制冷量較大。而后保持車內(nèi)溫度，因此空調(diào)系統(tǒng)的制冷量減少。不貼膜工況下汽車行駛6 h，每小時(shí)空調(diào)系統(tǒng)制冷量的平均值為2.2 kWh。而全貼膜工況下每小時(shí)空調(diào)系統(tǒng)制冷量的平均值為1.5 kWh，和前者相比，減少0.7 kWh。一般汽車空調(diào)系統(tǒng)的能效比為1.5～2，換算為耗電量，全貼膜工況節(jié)省了0.35～0.47 kWh。結(jié)合比亞迪E6這款車的電池容量為82 kWh，行駛里程為400 km，當(dāng)以40 km/h勻速行駛時(shí)，平均每小時(shí)耗電約為8.2 kWh。因此全貼膜工況下空調(diào)系統(tǒng)能耗節(jié)省4.3%～5.7%。這個(gè)結(jié)果將有效提升電動(dòng)車在開空調(diào)工況時(shí)的續(xù)航里程。

在不貼—全貼工況比較的基礎(chǔ)上，繼續(xù)探究汽車各貼膜表面對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的能耗影響。研究?jī)H前擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅后擋風(fēng)玻璃不貼膜、僅側(cè)面玻璃不貼膜、僅車頂不貼膜、僅車體不貼膜這5種工況的空調(diào)系統(tǒng)制冷量。圖9描述了各工況下汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷量。

圖9 各工況空調(diào)系統(tǒng)制冷量

各個(gè)工況與全貼膜工況的差值，表示各貼膜表面引起的空調(diào)系統(tǒng)制冷量減少量。根據(jù)圖9，可以得出貼膜后的前擋風(fēng)玻璃的制冷量減少最大，平均每小時(shí)減少0.28 kWh，一般汽車空調(diào)系統(tǒng)的能效比為1.5～2，因此換算成耗電量，大約節(jié)省0.14～0.19 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到1.7%～2.3%。其次是貼透射膜的后擋風(fēng)玻璃，空調(diào)系統(tǒng)制冷量平均每小時(shí)減少0.13 kWh，換算成耗電量，大約節(jié)省0.07～0.09 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到0.9%～1.1%。然后是貼反射膜的車體，空調(diào)系統(tǒng)制冷量平均每小時(shí)減少0.12 kWh，換算成耗電量，大約節(jié)省0.06～0.08 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到0.7%～1.0%。然后是貼透射膜的側(cè)面玻璃，空調(diào)系統(tǒng)制冷量平均每小時(shí)減少0.09 kWh，換算成耗電量，大約節(jié)省0.05～0.06 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到0.6%～0.7%。最后是貼反射膜的車頂，空調(diào)系統(tǒng)制冷量平均每小時(shí)減少0.08 kWh，換算成耗電量，大約節(jié)省0.04～0.05 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到0.5%～0.6%。因此，各貼膜表面的總能耗節(jié)省程度為：前擋風(fēng)玻璃>后擋風(fēng)玻璃>車體>側(cè)面玻璃>車頂，表4列出汽車表面不同部位應(yīng)用輻射制冷薄膜后對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響。

表4 車表各部位應(yīng)用輻射制冷技術(shù)對(duì)平均空調(diào)能耗影響

和前述研究降溫效益一樣，為了更加了解各貼膜表面自身的能耗節(jié)省程度，進(jìn)一步研究各貼膜表面單位面積引起的能耗節(jié)省效益。圖10描述了貼膜后各表面單位面積引起的制冷量減少量。

圖10 各表面單位面積引起的制冷量減少量

根據(jù)圖10，能夠較清晰的看出貼膜后單位面積各表面引起的空調(diào)系統(tǒng)制冷量減少量的順序?yàn)椋呵皳躏L(fēng)玻璃>后擋風(fēng)玻璃>側(cè)面玻璃>車頂>車體。其中，貼膜后單位面積前擋風(fēng)玻璃引起制冷量平均每小時(shí)減少0.20 kWh，換算成耗電量，大約節(jié)省0.10～0.13 kWh，節(jié)電百分比達(dá)到1.2%～1.6%。和前述各貼膜表面的總能耗節(jié)省效益比較，仍然是車體的順序變化較大。

綜合上述對(duì)各貼膜表面降溫效益和能耗節(jié)省效益的研究，證明了在純電動(dòng)汽車上應(yīng)用輻射制冷技術(shù)能夠有效改善汽車內(nèi)部空間的熱舒適性，降低汽車空調(diào)系統(tǒng)的能耗，繼而提高汽車的行駛里程。

3 結(jié) 論

本文以黑色比亞迪E6這款純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，運(yùn)用能耗分析軟件EnergyPlus對(duì)汽車內(nèi)部空氣的平均溫度、汽車內(nèi)熱舒適性、汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷量進(jìn)行數(shù)值模擬。探究了7種不同工況，得到以下結(jié)論：

(1)在純電動(dòng)汽車各表面均應(yīng)用輻射制冷技術(shù)，汽車內(nèi)部空氣的平均溫度顯著降低，可達(dá)到21.1 ℃，人員對(duì)車內(nèi)熱舒適性滿意度可提高22.8%。汽車空調(diào)系統(tǒng)的能耗節(jié)電率，可達(dá)5.7%。

(2)各表面應(yīng)用輻射制冷薄膜后，單位面積降溫效益/能耗節(jié)省效益的排序?yàn)椋呵皳躏L(fēng)玻璃>后擋風(fēng)玻璃>側(cè)面玻璃>車頂>車體。