單席汽車空調(diào)應(yīng)用研究及節(jié)能分析

宮曉彬，孫建逵，陸 平Gong Xiaobin，Sun Jiankui，Lu Ping

單席汽車空調(diào)應(yīng)用研究及節(jié)能分析

宮曉彬，孫建逵，陸 平
Gong Xiaobin，Sun Jiankui，Lu Ping

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201208）

汽車單席空調(diào)模式是指僅對駕駛員區(qū)域進行空氣調(diào)節(jié)，其他區(qū)域出風(fēng)關(guān)閉的模式。通過試驗研究對比了同等工況下單席空調(diào)與全席空調(diào)的出風(fēng)溫度、駕駛員區(qū)域空氣溫度、主觀舒適度、空調(diào)系統(tǒng)制冷量/制熱量數(shù)據(jù)。研究表明，單席空調(diào)在中溫度下具有適用性，在保證駕駛員區(qū)域舒適性的前提下，節(jié)能效果顯著。

單席空調(diào)；汽車空調(diào)；節(jié)能

0 引 言

汽車空調(diào)通過向乘客艙提供冷風(fēng)或熱風(fēng)對乘客艙進行溫度調(diào)節(jié)，以維持車內(nèi)舒適性。在傳統(tǒng)車上，通過發(fā)動機驅(qū)動制冷系統(tǒng)進行制冷，利用發(fā)動機余熱進行加熱；在新能源車上，通過電動機驅(qū)動制冷系統(tǒng)進行制冷，采用電加熱或熱泵系統(tǒng)進行加熱。研究表明，在NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲標(biāo)準(zhǔn)駕駛循環(huán)）下，空調(diào)系統(tǒng)開啟使整車平均油耗增加28%，且與乘客艙容積成正比[1]?？照{(diào)開啟導(dǎo)致車輛污染物排放及油耗不同程度增加，在環(huán)境溫度30 ℃、光照強度850 W/ m2、空調(diào)設(shè)定溫度22 ℃時，油耗增加1.78～3.43 L/100 km，污染物排放量增加0.002～0.138 g/km[2]。國際上為測試空調(diào)油耗制定了專門的空調(diào)循環(huán)，并給予采用空調(diào)節(jié)能新技術(shù)的企業(yè)相應(yīng)的獎勵[3]。單席空調(diào)是新型空調(diào)節(jié)能技術(shù)，通過關(guān)閉乘客區(qū)域空調(diào)輸出達到節(jié)能目的。

1 單席空調(diào)系統(tǒng)介紹

汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、空調(diào)箱系統(tǒng)、出風(fēng)系統(tǒng)等組成?？照{(diào)箱系統(tǒng)將空調(diào)出風(fēng)加熱或冷卻到控制系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)值，輸送到出風(fēng)系統(tǒng)，使空調(diào)風(fēng)被送到車內(nèi)不同區(qū)域。通過特別設(shè)計的空調(diào)箱，可以選擇性將風(fēng)輸送到特定的出風(fēng)風(fēng)道。

單席空調(diào)增加了出風(fēng)模式選擇性關(guān)閉功能。當(dāng)單席功能開啟時，非駕駛員區(qū)域的出風(fēng)風(fēng)道被關(guān)閉。如圖1所示，只有駕駛員區(qū)域的出風(fēng)口有空調(diào)風(fēng)。

圖1 單席與全席空調(diào)

2 試驗研究

對汽車空調(diào)系統(tǒng)的整車進行熱力學(xué)風(fēng)洞試驗研究。綜合考慮單席設(shè)定適用環(huán)境，在中等環(huán)境溫度（0～30 ℃）選取0 ℃、15 ℃、30 ℃3個溫度條件進行試驗。為排除車輛本身及試驗過程中的干擾因素，設(shè)定車速為80 km/h勻速行駛，并維持空調(diào)設(shè)定溫度24 ℃不變。綜合試驗環(huán)境條件及空調(diào)設(shè)定見表1。

表1 試驗工況

3 數(shù)據(jù)分析

對試驗結(jié)果進行兩個方面的分析與評價，首先對單席/全席設(shè)定下的空調(diào)舒適度進行對比分析，然后對空調(diào)系統(tǒng)的制冷/熱量進行對比分析。

3.1 舒適性分析

在進行SS（Single Seat，單席）/FS（Full Seat，全席）設(shè)定下的空調(diào)舒適度分析時，采用布置在駕駛員呼吸點區(qū)域的熱電偶測點表示空調(diào)舒適性，結(jié)合出風(fēng)溫度進行綜合對比分析，如圖2～圖4所示。

圖2 環(huán)境溫度30 ℃駕駛員區(qū)域空氣溫度和出風(fēng)溫度

圖3 環(huán)境溫度15 ℃駕駛員區(qū)域空氣溫度和出風(fēng)溫度

圖4 環(huán)境溫度0 ℃駕駛員區(qū)域空氣溫度和出風(fēng)溫度

從圖2～圖4可知，在單席狀態(tài)下，為了維持駕駛員區(qū)域的舒適性（呼吸點區(qū)域空氣溫度維持在20～26℃），自動空調(diào)系統(tǒng)增強了出風(fēng)溫度，以彌補其他區(qū)域?qū)︸{駛員區(qū)域的熱負荷。環(huán)境溫度為30 ℃時，SS相比FS，空調(diào)出風(fēng)溫度下降了3～5 ℃，駕駛員區(qū)域的空氣溫度也下降了2℃，由于在高溫環(huán)境下，空調(diào)出風(fēng)直接導(dǎo)向車內(nèi)上部空間即熱電偶測點所在位置，更低的出風(fēng)溫度使空氣溫度降低；環(huán)境溫度為15 ℃時，SS相比FS，出風(fēng)溫度上升7℃，駕駛員區(qū)域的空氣溫度下降了3℃，駕駛員區(qū)域仍處于空調(diào)的舒適性區(qū)間；環(huán)境溫度為0 ℃時，SS相比FS，在發(fā)動機升溫階段，受到水溫的限制，出風(fēng)溫度基本相等，在穩(wěn)態(tài)階段，出風(fēng)溫度上升12 ℃，駕駛員區(qū)域的空氣溫度下降7 ℃，此時駕駛員區(qū)域處于空調(diào)舒適性區(qū)間的邊緣，屬于偏冷的狀態(tài)。在低溫狀態(tài)下由于空調(diào)負荷減小，發(fā)動機達到設(shè)定水溫的時間縮短了4 min。

各環(huán)境溫度下的空調(diào)舒適性數(shù)據(jù)及評價結(jié)果見表2。

表2 SS相比FS的空調(diào)指標(biāo)變化

在0～30℃環(huán)境溫度下，采用單席空調(diào)時，空調(diào)系統(tǒng)的輸出增強，可以保證駕駛員區(qū)域的舒適性與全席空調(diào)基本一致。在0℃環(huán)境溫度時，單席空調(diào)呼吸點溫度下降較多，舒適性已達邊界。

3.2 制冷/熱量分析

在進行空調(diào)制冷/熱量對比評價時，采用空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量、進出風(fēng)溫差、空氣比熱計算空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)側(cè)輸出到乘客艙的能量進行分析。

圖5 環(huán)境溫度30 ℃空調(diào)系統(tǒng)制冷/熱量

圖6 環(huán)境溫度15 ℃空調(diào)系統(tǒng)制冷/熱量

圖7 環(huán)境溫度0 ℃空調(diào)系統(tǒng)制冷/熱量

由圖5～圖7可知，在單席狀態(tài)時，空調(diào)系統(tǒng)的輸出能量顯著降低，差值最大出現(xiàn)在降溫或升溫階段，此時空調(diào)負荷包括了車外傳熱負荷與車內(nèi)內(nèi)飾的散熱負荷。30 ℃環(huán)境溫度下，在3 000 s內(nèi)，SS相比FS總負荷下降了30%，在穩(wěn)態(tài)時差距縮小約25%，這是由于穩(wěn)態(tài)時只有車外負荷，30 ℃與車內(nèi)舒適溫度24 ℃相差較小；15 ℃環(huán)境溫度下，在1 500 s內(nèi)，SS相比FS總負荷下降了50%；0 ℃環(huán)境溫度下，在3 000 s內(nèi)，SS相比FS總負荷下降了38%，在穩(wěn)態(tài)時差距縮小約30%，這是由于隨著環(huán)境溫度的下降，車外負荷所占比例越來越大。

各環(huán)境溫度下的空調(diào)制冷/熱量數(shù)據(jù)及評價結(jié)果見表3。

表3 SS相比FS的空調(diào)制冷/熱量及變化

在0～30 ℃環(huán)境溫度下，從車輛啟動到車內(nèi)溫度達到穩(wěn)態(tài)，單席空調(diào)系統(tǒng)的總輸出能量下降30%～50%；在穩(wěn)態(tài)時，單席空調(diào)系統(tǒng)的輸出能量下降25%～50%。

4 結(jié) 論

對裝備單席功能的空調(diào)系統(tǒng)的整車進行熱力學(xué)風(fēng)洞試驗，對比SS/FS狀態(tài)下的試驗數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論：

（1）在中等環(huán)境溫度下，采用SS空調(diào)可以基本保證駕駛員區(qū)域的舒適性，0 ℃環(huán)境溫度時空調(diào)舒適性達到邊界。

（2）在中等環(huán)境溫度下，從車輛啟動到車內(nèi)溫度達到穩(wěn)態(tài)，SS空調(diào)系統(tǒng)的總輸出能量下降30%～50%；在穩(wěn)態(tài)時，SS空調(diào)系統(tǒng)的輸出下降25%～50%。

綜合以上，在中等環(huán)境溫度下，SS空調(diào)可以在維持駕駛員區(qū)域舒適性的前提下降低空調(diào)系統(tǒng)能量輸出25%～50%，單席空調(diào)有較大的節(jié)能潛力。

[1]張旭陽，胡志遠，韓維維，等.空調(diào)對輕型乘用車油耗影響的試驗研究[J]. 汽車技術(shù)，2020（5）：49-54.

[2]趙偉，趙亮，王玉偉，等.汽車空調(diào)對汽車污染物排放及油耗的影響[J]. 制冷與空調(diào)，2019，19（5）：58-61，70.

[3]張旭陽，韓維維，全秩楓，等.汽車空調(diào)節(jié)能技術(shù)和法規(guī)動態(tài)分析[J]. 上海汽車，2018（11）：44-48，59.

2021-01-13

U463.85+1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.03.009

1002-4581（2021）03-0036-03