汽車空調(diào)與家用空調(diào)技術(shù)比較

唐緒華　王吉欣

【摘? 要】隨著中國經(jīng)濟和制造業(yè)的快速增長，人民生活水平的不斷提高，空調(diào)已成為人們生活必備產(chǎn)品，不管是家用空調(diào)還是汽車空調(diào)，已處處存在于我們生活之中。二者都是空調(diào)的一種，有許多共同之處，如調(diào)節(jié)空氣溫度、濕度、潔凈度和滿足人體舒適的功能，也有各自的特點，本文將從技術(shù)上談?wù)劧咧g的主要差異。

【關(guān)鍵詞】汽車空調(diào)；家用空調(diào)；制冷循環(huán)；制熱循環(huán)

中圖分類號：U463.851? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0082-03

Comparison of Automotive Air Conditioning and Household Air Conditioning Technologies

TANG Xu-hua，WANG JI-xin

（Shanghai Transportation Technology Vocational College，Shanghai 200030，China）

【Abstract】With the rapid growth of China's economy and manufacturing industry，and the continuous improvement of people's living standards，air conditioning has become an essential product in our lives. Whether it is household air conditioning or automobile air conditioning，they have been everywhere in our lives. Both of them are a kind of air conditioning，and have many similarities，such as the function of adjusting air temperature，humidity，cleanliness and satisfying human comfort，and also have their own characteristics. This article will talk about the main differences between the two in terms of technology.

【Key words】automotive air conditioning；household air conditioning；refrigeration cycle；heating cycle

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和制造業(yè)的快速增長，人民生活水平大幅提高，空調(diào)已成為人們生活必備品，由于它的設(shè)計是以讓人舒適為目的，所以一般家用空調(diào)可調(diào)溫度范圍為16～32℃之間，即節(jié)能環(huán)保，又經(jīng)濟實用。

家用空調(diào)和汽車空調(diào)在很多方面具有共同特性，都能起到調(diào)節(jié)溫度、濕度、凈化空氣等作用，但也有一些差異，汽車空調(diào)是移動的，是靠發(fā)動機曲軸皮帶帶動旋轉(zhuǎn)的，家用空調(diào)是恒定不動的，是電動的。二者的工作原理有較多異同之處。

1? 空調(diào)系統(tǒng)基本組成和原理

空調(diào)的基本組成稱為“5大件”，分別為壓縮機、管路及膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器、風(fēng)扇或鼓風(fēng)機。空調(diào)調(diào)節(jié)溫度主要靠制冷劑狀態(tài)的改變，來對周圍空氣吸、放熱而實現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度的目的。

1）壓縮機：空調(diào)心臟，動力源，起著抽吸、壓縮、循環(huán)泵的作用，將制冷劑從低壓側(cè)吸過來，將其壓縮，使其壓力溫度升高，再泵入高壓側(cè)，并往復(fù)運行。

2）管路及膨脹閥：管路是指制冷劑運行的回路，一般粗的為低壓側(cè)，細的為高壓側(cè)。膨脹閥也可叫節(jié)流閥或減壓閥，是將高壓制冷劑液體節(jié)流降壓為低壓制冷劑液體，類似于閘門，上游水壓力大，開閘放水后，壓力降低。

3）冷凝器：制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后成為高壓蒸汽，經(jīng)管路到冷凝器，高壓蒸汽變?yōu)楦邏阂后w，制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，同時向空氣放熱，周圍空氣升溫。

4）蒸發(fā)器：制冷劑經(jīng)膨脹閥后變?yōu)榈蛪阂后w，再進入蒸發(fā)器內(nèi)吸熱氣化，變?yōu)榈蛪簹怏w，同時從空氣吸熱，周圍空氣降溫。低壓制冷氣體再進入壓縮機繼續(xù)循環(huán)。

5）風(fēng)扇或鼓風(fēng)機：加速空氣流動，吹散熱器或蒸發(fā)器芯體，起輔助散熱或制冷作用。

圖1為制冷劑循環(huán)示意圖，低壓制冷劑氣體經(jīng)壓縮機后，變?yōu)楦邏褐评鋭怏w，進入冷凝器，變?yōu)楦邏褐评鋭┮后w，此時，制冷劑向外放熱，形成暖風(fēng)；再經(jīng)管路進入膨脹閥變?yōu)榈蛪褐评鋭┮后w，再進入蒸發(fā)器，由低壓液體變?yōu)榈蛪簹怏w，從外吸熱，形成冷風(fēng)。如此往復(fù)循環(huán)，這就是空調(diào)夏天制冷，冬天制熱原理。

2? 家用空調(diào)組成及原理

家用空調(diào)仍然由空調(diào)的5大核心零件組成，其作用類似，只是根據(jù)制冷空間的大小、特點，功率、排量有些差異。家用空調(diào)中有一個很重要部件——四通換向閥，用電磁閥來控制管路內(nèi)兩兩接通，用來改變制冷劑流向，如圖2所示，制冷時端口1和端口4連通，端口2和端口3連通。制熱時端口1和端口2連通，端口3和端口4連通。

家用空調(diào)都由外機和內(nèi)機組成。夏天制冷時，一般壓縮機和冷凝器在室外機里，蒸發(fā)器和膨脹閥在室內(nèi)機里，這樣內(nèi)機蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑由低壓液態(tài)變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)，吸收周圍空氣熱量，對周圍空氣制冷，在風(fēng)扇吹風(fēng)下形成冷風(fēng)，而外機的制冷劑在冷凝器內(nèi)由高壓氣態(tài)變?yōu)楦邏阂簯B(tài)，向周圍空氣散熱，這也是我們經(jīng)過空調(diào)外機時感覺熱的原因。如圖3所示。

家用空調(diào)冬天制熱時，仍然是這一套系統(tǒng)，冬天制熱時，從壓縮機出來的高壓制冷劑經(jīng)四通換向閥端口1和端口2（圖2）后，進入內(nèi)機蒸發(fā)器，此時內(nèi)機蒸發(fā)器變?yōu)樯崞鳎评鋭┯筛邏簹鈶B(tài)變?yōu)楦邏阂簯B(tài)，向室內(nèi)放熱，形成暖風(fēng)。高壓液態(tài)制冷劑繼續(xù)經(jīng)膨脹閥變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑，進入外機散熱器，此時外機散熱器變?yōu)檎舭l(fā)器，制冷劑由低壓液態(tài)變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)，如圖4所示，再進入壓縮機，形成整個循環(huán)，并往復(fù)運行。整個過程關(guān)鍵部件為四通換向閥，從制冷時的端口1、端口3連通變?yōu)槎丝?、端口2連通。

3? 汽車空調(diào)組成及原理

傳統(tǒng)汽車空調(diào)制冷和制熱是兩套獨立的系統(tǒng)。制冷時與家用空調(diào)組成和原理一樣，都是由壓縮機、管路和膨脹閥、散熱器、蒸發(fā)器、風(fēng)扇或鼓風(fēng)機5大件組成。

不同處為汽車空調(diào)壓縮機為發(fā)動機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，是可移動的壓縮泵，家用空調(diào)壓縮機為220V電驅(qū)動。

制冷過程中，制冷劑循環(huán)與家用空調(diào)一樣，依次為低壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)壓縮機后變?yōu)楦邏簹鈶B(tài)，再入散熱器變?yōu)楦邏阂簯B(tài)，向外放熱，所以散熱器都安裝于車頭處，類似于家用空調(diào)的外機位置，且在風(fēng)扇作用下散熱器處為熱風(fēng)。之后高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)，再進入蒸發(fā)器，變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)，從外吸熱，周圍空氣制冷，經(jīng)鼓風(fēng)機吹到駕駛室后起制冷作用。如此往復(fù)循環(huán)，如圖5所示。

汽車空調(diào)制熱是另一套與制冷完全不一樣的系統(tǒng)，它是一套水暖系統(tǒng)，充分運用汽車發(fā)動機工作時產(chǎn)生的熱量，如圖6所示，加熱冷卻液，經(jīng)過加熱后的冷卻液通過進水管流入暖風(fēng)芯體，此時鼓風(fēng)機對著暖風(fēng)芯體吹風(fēng)，可形成暖風(fēng)，從而起到暖空調(diào)的作用，冷卻液此時溫度降低，從出水口流出，再進入發(fā)動機內(nèi)循環(huán)加熱，在不增加額外能耗基礎(chǔ)上，達到制熱的效果。

實踐證明，在發(fā)動機充分暖機后，其冷卻液溫度介于85～100℃之間，較好地起到了水暖的效果。

4? 汽車空調(diào)與家用空調(diào)對比

傳統(tǒng)汽車空調(diào)制冷、制熱是兩套獨立系統(tǒng)，而家用空調(diào)為一套系統(tǒng)，通過四通換向閥換向來達到夏天制冷、冬天制熱效果。這樣設(shè)計的原因為：不管是汽車空調(diào)還是家用空調(diào)，制冷都要壓縮機工作，壓縮機工作時消耗發(fā)動機能量或電能；制熱時，汽車空調(diào)利用發(fā)動機產(chǎn)生熱量，被冷卻液吸收升溫后進入暖風(fēng)芯體，形成水暖，此過程節(jié)能環(huán)保。家用空調(diào)制熱仍然要靠壓縮機運行，壓縮機工作時消耗電能，運用制冷劑狀態(tài)變化來實現(xiàn)放熱制熱。

傳統(tǒng)汽車空調(diào)與家用空調(diào)供能裝置不同，壓縮機是空調(diào)的核心元件，汽車壓縮機靠發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帶動，消耗燃油，家用壓縮機用220V的交流電驅(qū)動，消耗電能。雖然汽車空調(diào)制冷空間相對家用空調(diào)小，但由于汽車空調(diào)工作環(huán)境差，蒸發(fā)器也小，隔熱效果差，故效率低，能耗較家用空調(diào)高。例如：制冷時，36m3房間，家用空調(diào)能耗約為1kW·h，5m3家用轎車空間空調(diào)能耗約為2kW·h。

當(dāng)前新能源汽車正在大力發(fā)展中，根據(jù)其所屬種類，它的空調(diào)系統(tǒng)有多種形式，如純電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)路線與家用空調(diào)一致，其制冷制熱都為同一套系統(tǒng)。因為純電動汽車動力源為高壓電池組，它提供電能，直接用電能驅(qū)動電動壓縮機完成制冷循環(huán)。制熱循環(huán)中，雖也有動力電池組的冷卻液系統(tǒng)，但因其工作溫度為-40～55℃，溫度較低，沒有類似發(fā)動機的冷卻液溫度85～100℃合適，故不能直接用來水暖，因此采用與家用空調(diào)一樣的技術(shù)路線實現(xiàn)制熱。相比傳統(tǒng)汽車會多消耗電能，這就是為什么純電動汽車行駛中開空調(diào)續(xù)航里程會減少的原因。

當(dāng)然，新能源車空調(diào)還有其他技術(shù)路線，如制冷時，采用蒸汽壓縮式制冷，夏季汽車制冷時，電動機帶動空調(diào)壓縮機運轉(zhuǎn)，制冷原理與燃油車相同，同樣能夠達到制冷的目的。冬季取暖時，通過消耗蓄電池的電量來加熱PTC，這種加熱方式目前也是電動汽車的一種方式，即蒸汽壓縮式制冷＋PTC電加熱供暖系統(tǒng)。PTC加熱器分為兩種，一種通過加熱液體采暖，另一種通過加熱空氣取暖。蒸汽壓縮式制冷＋PTC電加熱供暖系統(tǒng)可靠性高，能夠滿足車內(nèi)成員對溫度調(diào)控的需要，但是熱效率低，能源利用率低，成本高，研究表明搭載該系統(tǒng)的車輛續(xù)航行使里程大約會降低30%左右。

總之，汽車空調(diào)與家用空調(diào)只是空調(diào)分類區(qū)別，是技術(shù)方式上區(qū)別，是能量轉(zhuǎn)換方式和技術(shù)路線的差別，它們?nèi)允欠峡照{(diào)基本組成和原理的，只是因地制宜體現(xiàn)空調(diào)作用。

參考文獻：

[1] 申小中. 空調(diào)技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.

[2] 陳健健. 汽車空調(diào)維修理實一體化[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[3] 鄭兆志. 家用空調(diào)原理及維修技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2003.

（編輯? 楊凱麟）

作者簡介

唐緒華（1983—），男，教師，工程師，主要從事汽車技術(shù)研究和教學(xué)。