單席汽車空調應用研究及節能分析

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

單席汽車空調應用研究及節能分析

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

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201208）

汽車單席空調模式是指僅對駕駛員區域進行空氣調節，其他區域出風關閉的模式。通過試驗研究對比了同等工況下單席空調與全席空調的出風溫度、駕駛員區域空氣溫度、主觀舒適度、空調系統制冷量/制熱量數據。研究表明，單席空調在中溫度下具有適用性，在保證駕駛員區域舒適性的前提下，節能效果顯著。

單席空調；汽車空調；節能

0 引 言

汽車空調通過向乘客艙提供冷風或熱風對乘客艙進行溫度調節，以維持車內舒適性。在傳統車上，通過發動機驅動制冷系統進行制冷，利用發動機余熱進行加熱；在新能源車上，通過電動機驅動制冷系統進行制冷，采用電加熱或熱泵系統進行加熱。研究表明，在NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲標準駕駛循環）下，空調系統開啟使整車平均油耗增加28%，且與乘客艙容積成正比[1]?？照{開啟導致車輛污染物排放及油耗不同程度增加，在環境溫度30 ℃、光照強度850 W/ m2、空調設定溫度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]。國際上為測試空調油耗制定了專門的空調循環，并給予采用空調節能新技術的企業相應的獎勵[3]。單席空調是新型空調節能技術，通過關閉乘客區域空調輸出達到節能目的。

1 單席空調系統介紹

汽車空調系統由制冷系統、加熱系統、空調箱系統、出風系統等組成。空調箱系統將空調出風加熱或冷卻到控制系統設定的目標值，輸送到出風系統，使空調風被送到車內不同區域。通過特別設計的空調箱，可以選擇性將風輸送到特定的出風風道。

單席空調增加了出風模式選擇性關閉功能。當單席功能開啟時，非駕駛員區域的出風風道被關閉。如圖1所示，只有駕駛員區域的出風口有空調風。

圖1 單席與全席空調

2 試驗研究

對汽車空調系統的整車進行熱力學風洞試驗研究。綜合考慮單席設定適用環境，在中等環境溫度（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，設定車速為80 km/h勻速行駛，并維持空調設定溫度24 ℃不變。綜合試驗環境條件及空調設定見表1。

表1 試驗工況

3 數據分析

對試驗結果進行兩個方面的分析與評價，首先對單席/全席設定下的空調舒適度進行對比分析，然后對空調系統的制冷/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）設定下的空調舒適度分析時，采用布置在駕駛員呼吸點區域的熱電偶測點表示空調舒適性，結合出風溫度進行綜合對比分析，如圖2～圖4所示。

圖2 環境溫度30 ℃駕駛員區域空氣溫度和出風溫度

圖3 環境溫度15 ℃駕駛員區域空氣溫度和出風溫度

圖4 環境溫度0 ℃駕駛員區域空氣溫度和出風溫度

從圖2～圖4可知，在單席狀態下，為了維持駕駛員區域的舒適性（呼吸點區域空氣溫度維持在20～26℃），自動空調系統增強了出風溫度，以彌補其他區域對駕駛員區域的熱負荷。環境溫度為30 ℃時，SS相比FS，空調出風溫度下降了3～5 ℃，駕駛員區域的空氣溫度也下降了2℃，由于在高溫環境下，空調出風直接導向車內上部空間即熱電偶測點所在位置，更低的出風溫度使空氣溫度降低；環境溫度為15 ℃時，SS相比FS，出風溫度上升7℃，駕駛員區域的空氣溫度下降了3℃，駕駛員區域仍處于空調的舒適性區間；環境溫度為0 ℃時，SS相比FS，在發動機升溫階段，受到水溫的限制，出風溫度基本相等，在穩態階段，出風溫度上升12 ℃，駕駛員區域的空氣溫度下降7 ℃，此時駕駛員區域處于空調舒適性區間的邊緣，屬于偏冷的狀態。在低溫狀態下由于空調負荷減小，發動機達到設定水溫的時間縮短了4 min。

各環境溫度下的空調舒適性數據及評價結果見表2。

表2 SS相比FS的空調指標變化

在0～30℃環境溫度下，采用單席空調時，空調系統的輸出增強，可以保證駕駛員區域的舒適性與全席空調基本一致。在0℃環境溫度時，單席空調呼吸點溫度下降較多，舒適性已達邊界。

3.2 制冷/熱量分析

在進行空調制冷/熱量對比評價時，采用空調系統的風量、進出風溫差、空氣比熱計算空調系統風側輸出到乘客艙的能量進行分析。

圖5 環境溫度30 ℃空調系統制冷/熱量

圖6 環境溫度15 ℃空調系統制冷/熱量

圖7 環境溫度0 ℃空調系統制冷/熱量

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

各環境溫度下的空調制冷/熱量數據及評價結果見表3。

表3 SS相比FS的空調制冷/熱量及變化

在0～30 ℃環境溫度下，從車輛啟動到車內溫度達到穩態，單席空調系統的總輸出能量下降30%～50%；在穩態時，單席空調系統的輸出能量下降25%～50%。

4 結 論

對裝備單席功能的空調系統的整車進行熱力學風洞試驗，對比SS/FS狀態下的試驗數據得到如下結論：

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

（2）在中等環境溫度下，從車輛啟動到車內溫度達到穩態，SS空調系統的總輸出能量下降30%～50%；在穩態時，SS空調系統的輸出下降25%～50%。

綜合以上，在中等環境溫度下，SS空調可以在維持駕駛員區域舒適性的前提下降低空調系統能量輸出25%～50%，單席空調有較大的節能潛力。

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

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

[3]張旭陽，韓維維，全秩楓，等.汽車空調節能技術和法規動態分析[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