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(chǎn)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(guān)鍵詞】太陽能;汽車;降溫;隔熱

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

1 汽車過熱產(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)致汽車長時間受到太陽光的曝曬。

通過科學(xué)的實驗我們了解到，當(dāng)室外溫度達到32.5 ℃時，汽車暴曬15 min，車內(nèi)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(nèi)的溫度急劇上升，導(dǎo)致車主在用車之前必須先打開空調(diào)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(nèi)通常處于封閉環(huán)境，無法將有害物質(zhì)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(nèi)部的設(shè)備也會產(chǎn)生一定的危害。例如，加速車內(nèi)的座椅或儀表盤等設(shè)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(chǎn)生甲醛等有害物質(zhì)，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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)。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(cè)車窗簾。我們通過在汽車兩側(cè)的車窗內(nèi)部安裝軌道，再在上面安裝上窗簾，可以是單側(cè)窗簾或雙側(cè)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(cè)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(shè)窗簾，因此這種措施對于車體內(nèi)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(nèi)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(shè)計隔熱降溫裝置，此裝置是在私家車的內(nèi)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?qū)怆娺M行轉(zhuǎn)換的復(fù)合材料進行融合，能夠有效阻隔陽光，再通過轉(zhuǎn)換太陽能的能量用于運行整個裝置，當(dāng)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(nèi)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?xì)馀莞裟舆M行組合，形成隔熱材料。處于最外層的太陽能薄膜層能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)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(zhuǎn)換率雖然沒有這兩者高，但是非晶硅與砷化鎵高轉(zhuǎn)化率的材料較為厚重，還會產(chǎn)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(chǎn)成本會變高，光轉(zhuǎn)化率也較低，因此我們所選用的材料和生產(chǎn)環(huán)節(jié)均符合環(huán)保要求，并且生產(chǎn)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(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)及對電極與導(dǎo)電基底構(gòu)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(gòu)成光電轉(zhuǎn)換的復(fù)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(dǎo)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(jīng)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?xì)馀莞裟r，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(dǎo)輥與卷取裝置進行收卷，則可成為雙層銀膠布?xì)馀莞裟ぁＶ谱魍瓿珊螅瑢⑺?dāng)做氣泡隔熱層，我們再將敏化復(fù)合染料涂抹在薄膜之上，通過利用導(dǎo)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)方向為正轉(zhuǎn)，盤簧的碳纖維線產(chǎn)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(yīng)的是，在下降的裝備運作時，纖維產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(jīng)過15 min，分別測量室外天氣溫度、車內(nèi)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(jié)果的準(zhǔn)確性，那么我們要經(jīng)過多次測量溫度的變化。經(jīng)過5次測量之后，我們對兩輛車同時開放空調(diào)，將車內(nèi)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(diào)開放需要消耗自身油量，也會排放二氧化碳，因此，空調(diào)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(shè)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(jié)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(shù)和之前技術(shù)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(nèi)溫度。我國大部分地區(qū)的夏季，車內(nèi)在不開空調(diào)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(zhì)量。

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