一種車用空調(diào)系統(tǒng)新風回風率測定方法探析

摘要：近年來新能源汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，節(jié)能、安全逐漸成為其行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然需求?？照{(diào)系統(tǒng)作為整車上僅次于電機的耗能大戶，眾多節(jié)能方案及設(shè)計思路涌現(xiàn)，其中新風回風模式因?qū)崿F(xiàn)成本低、節(jié)能效果可觀成為最常用的方案。據(jù)此，介紹了一種基于蒸發(fā)器后端排氣壓來測定空調(diào)系統(tǒng)新風回風率的方法，該方法與采用傳統(tǒng)風量或風速采集儀進行測試的方法相比具有眾多優(yōu)勢，對提升車用空調(diào)系統(tǒng)舒適性、節(jié)能性及安全性有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：車用空調(diào)；風量測試；新風回風率；蒸發(fā)器排氣壓

中圖分類號：U467.12 收稿日期：2023-05-19

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.029

1 前言

當前，新風回風模式因?qū)崿F(xiàn)成本低、節(jié)能效果可觀，成為最常見的方案之一。該模式主要通過在外氣導入模式時，混入部分車內(nèi)循環(huán)空氣來減少車外新風量的進入從而降低整車新風負荷。新風負荷作為空調(diào)負荷的主要組成部分，特別是低溫采暖時，即便在空調(diào)低送風量下，仍具有較大的占比。若能在滿足用戶新風需求及舒適性的前提下適當減少新風量，可較大程度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。因此，如何綜合考量空調(diào)系統(tǒng)的舒適性、節(jié)能性及安全性，設(shè)定不同工況下最佳回風率，成為新風回風模式設(shè)計中的關(guān)鍵。汪爽等[1]則通過CAE仿真分析了HVAC回風率對電動汽車采暖能耗的影響，可知提高回風率可縮短乘員艙達到目標溫度所需要的時間，以及不同環(huán)境溫度下設(shè)定不同的回風率對整車續(xù)航里程的提升效果。

同時，設(shè)定最佳回風率離不開實車風量測試標定及驗證。現(xiàn)階段多采用傳統(tǒng)風量或風速測試設(shè)備進行出風口風量測定的方法。羅敬業(yè)[2]介紹了一種汽車空調(diào)小風量測試儀，可同時對多個出風口進行測試，提升了測試效率；尹海濤等[3]申請了一種空調(diào)出風口風量的測試裝置及測試方法，可實現(xiàn)對實車空調(diào)出風口風量的準確測量。但傳統(tǒng)測試方法常存在設(shè)備體積大、移動操作困難，及易因測試人員作業(yè)手法差異導致結(jié)果精度不足或試驗重復性差等問題。且回風率會受到車速、空調(diào)風擋等眾多因素影響，非恒定值，往往需要通過大量的試驗工況來測定，工作量繁重。針對上述問題，本文介紹一種基于蒸發(fā)器后端排氣壓測定新風回風率的方法，該方法相較于以往傳統(tǒng)測試方法具有較大的優(yōu)勢。

2 新風回風率測定方法

空調(diào)系統(tǒng)處于外氣導入模式，通過計測試驗車輛的全風量及新風量并根據(jù)下式求得新風回風率：

式中，[QT]為全風量，m3/h，從空調(diào)各出風口吹出風量之和；QF為新風量，m3/h，從車身外側(cè)進風口進入車內(nèi)的外部新鮮空氣；R為新風回風率，即車內(nèi)循環(huán)風量在空調(diào)全風量中的占比，%。

全風量、新風量流動狀態(tài)如圖1所示，其中QT≥QF；當QT=QF時，空調(diào)系統(tǒng)處于全外氣導入模式；若QT＞QF，則系統(tǒng)內(nèi)部存在新風回風現(xiàn)象，其中全風量及新風量可通過下述方法進行計測。

2.1 測定新風量QF

通過空調(diào)鼓風電機驅(qū)動來實現(xiàn)新風導入的車輛，通常采用車室內(nèi)外壓差法測定其新風量[4]。

2.1.1 測試裝置及布置圖

2.1.2 測定方法

a.測試需在不受風影響的室內(nèi)進行，車輛處于靜止狀態(tài)。

b.鼓風電機、送風流量計需預熱準備，圓弧形集流器滿足GB 1236要求。

c.按圖2所示，把送風流量計及車內(nèi)氣壓測定用真空管安裝于側(cè)窗，并用膠帶把搭接間隙密封住。

d.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定為內(nèi)氣循環(huán)模式、吹面模式及最冷狀態(tài)。

e.封堵車身處空調(diào)排水口，調(diào)節(jié)面部出風口格柵全開且朝向正面，關(guān)閉車窗、車門。

f.將DC定電壓電源接至送風流量計電機端并以1 V的間隔階梯遞增。

g.通過測定車室內(nèi)氣壓Pi、車室外氣壓Po、集流器壓力值Δh及吸入空氣溫、濕度，根據(jù)下式求得標準空氣狀態(tài)下的吸入新風量：

式中，α為集流器流量系數(shù)，α=0.99；ε為集流器膨脹系數(shù)，當Δh≤500 Pa時，ε=1；Δh為集流器壓力值，Pa，此處負壓視為正壓進行計算；d為集流器直徑，m；v1為測定空氣比容，m3/kg；v2為標準空氣比容，m3/kg。

由上制成如圖3所示的QF～（Pi-Po）特性圖（新風量～車室內(nèi)外壓差）。

i.拆除送風流量計，將真空管與側(cè)窗間的間隙用膠帶重新密封好。

j.拆除車身處空調(diào)排水口封堵。

k.空調(diào)進風模式調(diào)節(jié)至外氣導入模式，其他狀態(tài)維持不變。

l.將DC定電壓電源接至空調(diào)鼓風電機處，電壓調(diào)節(jié)范圍從4～13 V，以1 V階梯遞增。

m.通過壓力計測器測定車室內(nèi)氣壓Pi及車室外氣壓Po，制成如圖4所示的（Pi-Po）～V特性圖（車室內(nèi)外壓差～鼓風機端電壓）。

n.整合圖3、圖4，作成如圖5所示QF～V特性圖，得到新風量與鼓風機端電壓間的關(guān)系。

2.2 測定全風量QT

通過基于蒸發(fā)器排氣壓的測量方法來測定全風量。

2.2.1 測試裝置及布置圖

在空調(diào)箱蒸發(fā)器后端位置處安裝壓力測定用真空管并通過側(cè)窗接至車外壓力計測器上［5］，其他裝置及布置同圖2。

2.2.2 測定方法

a.在新風量QF測定步驟12時，同步測量蒸發(fā)器排氣壓Pe并制成如圖7所示的（Pe-Pi）～V特性圖，其中Pe-Pi為全風量從蒸發(fā)器后端到車室內(nèi)流經(jīng)風道所產(chǎn)生的壓損。

b.用膠帶封塞新風回風閥，重新調(diào)節(jié)鼓風電機端電壓從4～13 V，以1 V階梯遞增。

c.測定車室內(nèi)氣壓Pi、車室外氣壓Po、蒸發(fā)器排氣壓Pe，制成如圖8所示的（Pe-Pi）～（Pi-Po）特性圖。

d.由于新風回風閥被封堵，空調(diào)處于全外氣導入模式，QT=QF；并通過整合圖3、圖8制成如圖9所示的QT～（Pe-Pi）特性圖，從而得到全風量與流道壓損間的關(guān)系。

e.整合圖7、圖9制成如圖10所示的QT～V特性圖，得到全風量與鼓風機端電壓間的關(guān)系。

2.2.3 計算新風回風率

依據(jù)計測的QF～V及QT～V特性曲線，結(jié)合式（1）制成如圖11所示的R～V特性圖（新風回風率～鼓風機端電壓），最終得出外氣導入模式時不同鼓風機工作電壓下空調(diào)系統(tǒng)的新風回風率［6］。

4 結(jié)語

改進后的基于蒸發(fā)器排氣壓的新風回風率測定方法，較傳統(tǒng)采用風量或風速測試設(shè)備具有以下幾點優(yōu)勢：

a.減少了測試設(shè)備（風量/風速采集儀等）的投入，降低了整車風量測試的門檻及成本。

b.減免了傳統(tǒng)運用風量或風速采集儀繁瑣的測試步驟，精簡測試工序、提升測試效率。

c.避免了風量測試設(shè)備及測試手法對試驗結(jié)果的影響，提升測試結(jié)果可信度及試驗重復性。

d.車輛走行狀態(tài)下也可測試，克服了絕大多數(shù)風量測試設(shè)備無法用于走行工況的缺點。

e.同樣原理，該方法也可運用于空調(diào)系統(tǒng)其他吹風模式或溫度設(shè)定下的新風回風率測定。

該方法利用了空調(diào)蒸發(fā)器后端流道壓降與風量間的特定關(guān)系，同時規(guī)避了傳統(tǒng)方法中風量測試設(shè)備的運用，因而降低了測試成本，提升了測試效率及精度，且克服了以往無法測量走行工況的不足；運用范圍更廣泛，對于提升車用空調(diào)系統(tǒng)舒適性、節(jié)能性及安全性有著積極的作用。

參考文獻：

[1]汪爽，雍安姣，俞志偉，等.HVAC風量及回風比例對電動汽車采暖能耗的影響分析[J].機電信息，2022（22）：46-51.

[2]羅敬業(yè).一種汽車空調(diào)小風量測試儀：中國，CN 206648694U[P].20170425.

[3]尹海濤，徐關(guān)羽，謝輝，等.一種空調(diào)出風口風量的測試裝置及測試方法：中國，CN 115452083A[P].20221209.

[4]蔣帥.一種整車風量試驗測試方法及運用[R].第十八屆河南省汽車工程科技學術(shù)研討會.鄭州，2021.

[5]GB 1236-85 通風機空氣動力性能試驗方法[S].

[6]方貴銀，李輝.汽車空調(diào)技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

作者簡介：

馬永民，男，1983年生，工程師，研究方向為車用空調(diào)系統(tǒng)。