汽車蒸發器抗結霜性能評價方法的探討與應用

秦昀

摘 要：隨著汽車工業的不斷發展，人們對汽車的舒適性要求越來越高，對汽車空調系統的性能提出了更高的要求。汽車蒸發器是汽車空調系統的關鍵部件之一，其主要功能是使壓縮機內的制冷劑汽化，吸收空氣中的熱量，達到降低車內溫度的目的。在夏天汽車蒸發器容易結霜，導致系統性能退化，甚至失效。因此評估并提高汽車蒸發器的抗霜性是十分必要的。

關鍵詞：汽車蒸發器 抗結霜性能 評價方法

汽車空調蒸發器的抗霜性對汽車空調系統能否正常工作有很大的影響。結霜會使蒸發器表面結冰，影響氣流流動，降低換熱效率，同時也會降低制冷效果。這不僅會導致車內溫度不能及時調節，而且會造成行車過程中的視線模糊，從而發生危險。因此對汽車空調蒸發器的防霜性進行評估，對保證汽車空調系統安全可靠地運行，提高行車安全具有重要意義。同時對汽車蒸發器防霜性能進行評估，對于節能減排也具有重要意義。對蒸發器抗霜性能進行評估，可為優化空調系統設計和運行，有利于提高能源利用率，降低環境污染。

1 對汽車蒸發器抗結霜性能進行評價的意義

1.1 有利于促進汽車空調系統的正常運行

汽車空調系統中蒸發器所起的作用是不容忽視的，它采用蒸發式制冷技術，對室內空氣進行降溫，使車內溫度保持在一個較舒適的范圍內。然而在低溫環境下，蒸發器表面極易出現霜層，從而降低系統的效率，甚至喪失制冷功能[1]。因此研制一種抗霜性好的汽車蒸發器，可以有效地解決上述問題，確保汽車空調系統能夠在不同的環境條件下正常工作。所以通過對汽車蒸發器的抗結霜性能進行評估將為汽車空調系統的安全運行提供理論依據，并為汽車空調系統的節能減排提供理論依據。隨著汽車工業的持續發展及環境保護意識的不斷增強，研究與評估汽車蒸發器的抗霜性是未來汽車空調設計與制造的一個重要方向，能為人們提供更舒適、更環保的駕乘體驗。

1.2 有利于促進節能減排目標的實現

汽車蒸發器的防霜性不僅是一個技術指標，而且是實現節能減排的重要環節。當今世界，環保、節能減排已經成為一種共識，汽車工業也應該積極響應，為減輕環境污染做出貢獻。通過對汽車空調蒸發器抗霜性能進行評估，可以提高汽車空調的使用效率。因為結霜會使汽車蒸發器表面結冰，降低換熱效率，導致空調系統要想獲得同樣的制冷效果，需消耗大量能源。通過對汽車蒸發器抗霜性能的評估與改善，可有效降低結霜，提高傳熱效率，降低能耗，達到節能減排的目的。而且通過對汽車空調蒸發器抗霜性能進行評估，對延長汽車空調系統壽命具有重要意義。因為結霜會導致蒸發器表面腐蝕、損壞，嚴重影響了空調系統的正常工作。因此通過對汽車蒸發器的抗結霜性能進行評價，可以有效降低結霜對系統造成的破壞，從而達到延長系統壽命、降低資源浪費的目的。因此對汽車蒸發器防霜性能進行評估，對實現節能減排目標至關重要，同時也有利于推動我國汽車工業向更加環保和可持續發展的方向發展。

2 當前汽車蒸發器抗結霜性能評價中存在的問題

2.1 抗結霜評價方法存在單一性特點

目前汽車蒸發器抗霜性能評估存在諸多問題，其中最突出的就是抗霜性能評估方法單一。目前汽車蒸發器的抗霜性評價主要是在實驗室條件下進行的，通過對蒸發器在一定溫度、濕度下的表面進行結霜試驗，對其抗霜性能進行評估。但是由于評價方法過于單一，評價結果可能不夠全面、準確[2]。由于汽車蒸發器在實際應用中會遇到多種復雜的環境，如不同的季節，不同的區域，不同的車輛使用狀況，所以在實驗室條件下是不能完全模擬的。而且汽車蒸發器抗結霜性能評價方法較為單一，還制約了其技術革新與性能優化。目前汽車生產企業及研究機構對蒸發器結霜性能的評價往往過于依賴實驗室測試結果，而忽略了影響蒸發器抗霜性的其他因素。這一限制限制了汽車蒸發器技術的進步與性能的提高。所以為了提高汽車蒸發器抗霜性能評價方法的多樣性與準確性，可以通過引入多種評價指標和測評手段，對汽車蒸發器抗霜性能進行全面評估。通過對蒸發器結霜時間，結霜厚度，結霜均勻度等指標的綜合評價，從多個角度對蒸發器的抗霜性能有一個全面的認識。或者借鑒其它行業在抗霜材料與技術方面的研究成果，將其應用到汽車蒸發器抗霜性能的改善中。

2.2 缺乏統一的評價體系

目前汽車蒸發器抗霜性評價方法缺乏統一的評價指標體系和標準化的檢測手段。因此汽車蒸發器的抗霜性評價標準及結果存在較大不確定性，直接影響到車輛的正常使用與安全。因此建立統一的評價指標體系與標準化檢測方法，是提升汽車蒸發器抗霜性評估精度與可靠性的關鍵。由于缺乏統一的評價體系，不同研究對汽車蒸發器的抗霜性評價結果存在很大差別。不同的研究可能使用不同的指標與方法，從而導致結果不具有可比性。例如一些研究僅關注汽車蒸發器的結霜時間，而忽視了一些重要的指標，如結霜厚度、覆蓋面積等。由于缺乏統一的評價體系，不同研究結果之間難以進行對比，不利于對汽車蒸發器防霜性的深入認識與改進。而且目前汽車蒸發器的抗霜性測試方法很多，沒有統一的標準測試流程及參數設定。不同的試驗環境、試驗條件、試驗方法可能存在差異，從而影響試驗結果的可信度和準確度。同時由于缺乏標準化的檢測手段，導致不同研究間的對比困難，影響結果的可信性與可重復性。

3 汽車蒸發器抗結霜性能評價的方法

3.1 對蒸發器進行結霜實驗

汽車蒸發器是汽車空調系統的關鍵部件，其防霜性能直接關系到汽車空調系統能否正常運行。結霜試驗是評價汽車蒸發器抗霜性能的重要手段，為了模擬汽車空調系統在不同環境條件下的工作狀態，需要建立實驗平臺[3]。在此基礎上，根據試驗設計要求，選取適宜的工作條件（溫、濕、風等）進行試驗。在實驗室模擬蒸發器抗霜性條件下，觀測蒸發器表面結霜情況，可對其抗霜性能進行客觀評價。實驗過程中，常將蒸發器置于較低的溫度下，通過對環境溫濕度的控制，使其表面逐漸形成霜層。通過對蒸發器表面的霜層速度、霜層厚度、霜層分布等參數的監測，可以對蒸發器的結霜性能進行評價。比如蒸發器結霜的一個常用方法就是采用恒溫恒濕箱，在恒溫恒濕箱中，可對環境溫濕度進行精確控制，模擬各種結霜情況。在進行試驗之前，先對蒸發器進行清洗，確認其表面無雜質。然后將蒸發器置于恒溫、恒濕箱內，進行結霜試驗。實驗過程中，還可以利用紅外熱像儀等儀器實時監測蒸發器表面的結霜狀況。同時這一系統還能對環境溫度、濕度和結霜時間進行記錄，以供分析使用。通過對蒸發器結霜速率、結霜均勻度等參數的連續監測與記錄，獲得了不同結霜條件下蒸發器的性能。通過結霜試驗不僅能對汽車蒸發器抗霜性能進行評價，而且還可以將其作為優化設計及選材的依據。在此基礎上對不同材料、結構及涂層的蒸發器進行對比試驗，找出最優的防霜方案，從而提高汽車空調系統的運行可靠性。

3.2 對蒸發器開展熱交換效率測試

汽車蒸發器是汽車空調系統的關鍵部件，其防霜性是保證系統正常運行的關鍵。因此有必要評估汽車蒸發器換熱效率。換熱效率的測定是評價蒸發器抗霜性的重要手段。通過對蒸發器換熱效率的測量，對汽車蒸發器的抗結霜性能可以有更進一步的了解。對蒸發器換熱效率的測試，目前普遍采用的方法是在實驗室內進行模擬試驗。通過室內實驗，實現了對溫度、濕度等環境參數的控制，從而精確測定不同工況下蒸發器的換熱效率。比如在實驗前需要先準備一套空調系統仿真試驗臺，包括溫濕度控制器，傳感器，數據采集系統等。然后將車載蒸發器安裝到仿真臺架上，連接相應的管線及傳感器。在此基礎上利用溫濕度控制器對蒸發器運行過程中的空氣溫濕度進行實驗。在此基礎上還需要引用一套實時監測系統，對蒸發器進、出風口溫差、制冷量等運行狀態進行了實時監測。在試驗過程中，通過改變周圍環境條件或調節空調系統運行狀態，如改變制冷劑的流速等，對不同工況下的換熱效果進行評價。將不同工況下的實驗數據進行對比，得到蒸發器換熱效率曲線，以此來評估蒸發器的抗霜性。或者還可以通過引入表面溫度分布、結霜率等測試手段，對蒸發器抗霜性能進行全面評估。這些方法能較準確地評價結霜工況下蒸發器的運行狀況，對改善蒸發器抗霜性能具有一定的指導意義。在此基礎上對蒸發器進行換熱性能的測試，不僅能對其防結霜性能進行評估，而且對優化設計、改進工藝具有重要的指導意義。隨著汽車空調系統向智能化方向發展，為滿足新技術應用與發展的需要，需要對蒸發器性能進行評估。

3.3 構建數字模型評估其抗結霜性能

汽車蒸發器是汽車空調系統的核心部件，它通過蒸發冷卻降低室內溫度，為汽車提供舒適的駕乘體驗。然而汽車蒸發器容易因結霜而影響制冷效果，嚴重時還會引起系統故障。因此，對汽車蒸發器的防霜性進行評價具有重要意義。目前對汽車蒸發器的抗霜性進行評估主要有試驗和數字化模擬兩種方法。實驗方面，主要是通過搭建實驗臺，模擬實際工作條件下的結霜過程，通過觀測結霜方式及時間，對蒸發器的抗霜性進行評估[4]。該方法能直接獲得霜層的實測數據，但由于實驗條件所限，試驗結果可能會有誤差。為克服試驗研究的局限，人們開始嘗試采用數字化值模擬方法對汽車蒸發器抗霜性能進行評估。在此基礎上，建立蒸發器結霜數值模型，對不同運行條件下蒸發器結霜過程進行模擬，分析結霜形態及時間，評價其抗霜性。數字化模擬方法成本低，效率高，重復性好，對汽車蒸發器的設計與優化具有重要的參考價值。建立數學模型對汽車蒸發器的抗霜性進行評價時，需綜合考慮多種因素。比如在建立汽車蒸發器的數字化模型時，要充分考慮汽車蒸發器的結構、材質和工況等因素。采用數學建模與計算機模擬相結合的方法，對不同結霜條件下汽車蒸發器的結霜速率、厚度、面積等參數進行精確模擬。在此基礎上對汽車蒸發器的抗霜性進行定量評價，確定影響其性能的主要因素。而且通過利用數字化模擬方法，還可以對不同設計方案的汽車蒸發器防霜性進行研究。對比分析不同結構、材料和工藝參數對蒸發器結霜性能的影響，確定優化設計方案，以改善汽車蒸發器的結霜性能。這種方法既節省了時間，又節約了成本，提高了設計的精度和可靠性。

3.4 使用表面處理技術提升抗結霜性能

汽車蒸發器是汽車空調系統的重要組成部分，它的防霜性直接關系到汽車行車的安全性與舒適性。因此對汽車蒸發器的防霜性進行評價具有重要意義。近幾年來隨著科技的進步，研究人員也開始嘗試將表面處理技術應用于改善汽車蒸發器的防霜性，這種方式方法能有效地提高汽車蒸發器的防霜性。表面處理技術其實就是指通過化學、物理或生物學手段使材料表面發生變化，從而改變材料的性能。為了提高汽車蒸發器的抗霜性，常用的表面處理方法有表面鍍層，表面納米化，表面修飾等。其中表面鍍層是一種常用的表面處理技術，它是將特定材料或涂料涂覆到汽車汽化器表面，使汽化器表面形成一層保護膜，以提高汽化器的防霜性。如疏水涂層可有效降低蒸發器表面水汽凝結，降低結霜幾率。另外某些具有抗菌和抗氧化功能的涂料還能進一步提高汽車蒸發器的性能。除表面鍍層外，表面納米結構在汽車蒸發器防結霜方面也得到了廣泛的應用。在蒸發器表面構筑微納結構，增大表面積，加快水蒸氣擴散速率，降低結霜幾率。同時該納米結構還能提高蒸發器表面疏水能力，減小水滴與蒸發器表面的粘附力，從而進一步提高汽車蒸發器的防霜性。另外對蒸發器進行表面改性，也可以提高蒸發器的抗霜性。對蒸發器表面進行功能化修飾和表面化學修飾，可提高蒸發器的抗霜性。比如通過引入親水基團來提高材料的親水性，從而縮短液滴在材料表面的停留時間，從而達到防止結霜的目的。通過采用表面處理技術可以有效提高汽車蒸發器抗霜性能。在此基礎上，通過進一步完善表面處理技術，提高汽車蒸發器抗霜性能，可以為汽車工業提供更可靠、更高效的解決方案。

3.5 制定統一的評價體系和標準

防霜性是汽車空調蒸發器性能的重要指標，它直接關系到汽車空調系統低溫運行的穩定性與效率。因此評估汽車蒸發器抗霜性能并使其標準化檢驗具有重要意義。為建立統一的防結霜性能評價指標體系，必須明確防結霜性能的定義及其影響因素。防霜性是汽車蒸發器在較低濕度環境中不發生結霜現象的能力[5]。汽車蒸發器的抗霜性與蒸發器材料、表面處理工藝、冷媒流量及氣流速度等因素有關。并以此為基礎，提出一套綜合評價蒸發器抗霜性能的指標體系。在這種綜合的評價體系中應該包含汽車蒸發器的結霜時間、結霜的厚度以及結霜的面積等內容，以此對汽車蒸發器的抗結霜性能進行綜合的評估，為汽車蒸發器抗結霜性能的提升奠定堅實的基礎。對于標準化測試，還應建立統一的測試方法與標準，保證測試結果的準確、可比。其中評價方法可分為室內試驗和現場試驗兩種。室內試驗可對環境條件進行控制，具有良好的重復性，可對蒸發器抗霜性能進行更準確的評價。而現場試驗能較好地模擬實際工作環境，更接近實際情況，能對試驗結果進行驗證。標準化試驗還應從試驗儀器的選用與校準、試驗程序的標準化、試驗數據的規范化等幾個方面進行評價。只有建立一套完善的評價指標體系，標準化的測試手段，才能對汽車空調系統的抗霜性能進行準確評估，從而保證汽車空調系統的平穩運行。

4 結語

綜上所述，汽車蒸發器是汽車空調系統中的關鍵部件，其抗霜性能直接關系到汽車空調系統能否正常運行。所以對汽車蒸發器防霜性能進行評估，不僅是技術問題，而且關系到車輛的安全性、舒適性及能源效率。要保證汽車空調系統能夠在各種環境條件下穩定可靠地工作，必須經過科學的評估與不斷地改進。通過優化評價方法，提高試驗精度，為汽車蒸發器的抗結霜性能的優化及節能減排提供更可靠的技術支撐。

參考文獻：

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