必看：未來汽車空調4大發展趨勢

必看：未來汽車空調4大發展趨勢

原創： 換熱器聯盟 製冷空調換熱器技術聯盟 昨天

國際汽車市場競爭日趨激烈,為獲得市場,生產出價廉、安全、舒適和低排放的汽車是各大汽車生產商的努力目標,汽車製造商不斷地根據用戶的要求更新汽車設計,並期望通過利用新技術來提供更好的性能,而是否需要增加成本則主要取決於獲得的利益(如環保)是否足以補償。汽車空調趨勢究竟是怎樣，大家一起來看看吧。

一、汽車空調系統功能越來越豐富

汽車空調系統作為影響汽車舒適性的主要總成之一,為汽車提供製冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和溼度控制功能,汽車空調系統已成為汽車市場競爭的主要手段之一。其中,採暖系統可使乘員避免過量著裝、為車窗提供除霧和除霜功能,提供舒適性和安全服務;冷氣系統則通過製冷、除溼來提供舒適性,通過使司機保持警醒、允許關窗等措施提供了安全服務;採暖和冷氣系統還可提供除塵、除臭的功能。

這些功能已成為車輛必不可少的要求。雖然目前轎車的燃油餘熱足夠提供轎車內的採暖和除霜的需要,但近期研製的高效汽油、柴油發動機的餘熱會進一步減少,電動車和混合動力車則不得不犧牲驅動性能來提供採暖和製冷,因此必須通過提高汽車空調系統的效率來減輕汽車的動力負擔。

對於新一代的環保型汽車,如電動、混合動力、燃料電池和其它的低排放車輛,由於本身動力遠小於傳統動力車輛,能夠提給空調系統的動力極為有限。擁有一套節能高效、性能可靠的空調系統對開拓市場至關重要。

二、評價汽車空調系統性能的LCCP

汽車動力的更新和新技術的應用,對汽車空調系統提出了新的挑戰,也給許多新技術的應用創造了機會。"蒙特利爾議定書"規定,原來在汽車空調系統使用的工質CFC12,在發達國家的使用已經在1996年停止,在發展中國家則在2006年停止。由於各方面的努力,CFC12已逐漸被HFC134ａ所取代，我國從2001年1月1日起已禁止在新生產的車輛中使用CHC12為工質的汽車空調。

HFC134a具有ODP(大氣臭氧層破壞指數)為零、GWP(溫室效應指數) 為CFC12的六分之一、不可燃、低毒性的優點，且其製冷量和系統性能與CFC12相當,因而作為“過渡性”的替代工質在世界範圍內得到認可,但由於它的溫室效應指數仍然較高(為CO2的1300倍),已列入“京都協議”規定限制發展的工質範疇。

為準確評價新技術在汽車空調業的應用可行性,國際汽車空調學會(MACS)、美國汽車工程師學會(SAE)和美國環境保護機構(U.S.EPA)合作,並提出汽車空調"生命循環氣候指數"(Life Cycle Climate Performance,簡稱LCCP)的概念,來評價汽車空調系統工質及燃油消耗等綜合指數,所謂"生命循環氣候指數"包括了從產品生產、使用的原材料和部件到廢品處理所造成總的直接和間接排放。

汽車空調運行引起的溫室氣體排放量約佔汽車排氣管排放量的2%～10%,隨著高性能發動機的使用,這一比例逐漸變大。目前使用汽車空調在總的溫室氣體排放中所佔比例仍很小。在美國,ＥＰＡ統計的汽車空調引起的溫室氣體排放約佔全球溫室氣體排放的0.1%。

溫室氣體排放發生在汽車生命週期的每一階段:生產、使用、回收處理。LCCP表示從生產到回收的排放量,包括零部件材料使用的能量造成的排放。LCCP概念比原先使用的“TEWＩ”概念更為科學。“TEWＩ”只包括了製冷劑的直接排放和系統運行能耗造成的間接排放；LCCP還包括了製造零部件、製冷劑消耗的能量、替換及服務耗能。

三、減少直接或間接排放的手段

溫室氣體的直接和間接排放量依賴於空調系統及其零部件的設計水平和產品質量,同時跟車輛運行環境的溫度和溼度有關。對一定的製冷劑,直接排放率主要受系統工作壓力影響,而環境溫度和壓縮機輸入功率又決定了製冷系統的工作壓力。間接排放主要由生產系統所需的能量、保證一定舒適性所必須提供的冷量及製冷系統的效率決定。在某些環境下,燃料消耗引起的間接排放遠遠大於製冷劑洩漏引起的直接排放量,尤其是在報廢之前使用製冷劑回收裝置。而在某些氣候條件下因為很少使用空調,直接排放則是LCCP的主要部分。

減少直接排放的措施:

1、在維修和車輛報廢時使用製冷劑回收和再利用設備。

2、改進零部件質量減少洩漏。

降低軟管匯漏率並儘可能減少軟管長度,改進管路接頭,在可能的情況用“全封閉”的結構代替開啟式壓縮機的軸封。Hutchinson公司開發的新型車用製冷系統雙端面密封接頭的洩漏量與單“o”型圈密封接頭的比較。在127℃,3.2MPa表壓下,30天的洩漏測試結果表明新型的洩漏量減少了80%。

3、減少製冷劑充注量。

4、改用低GWP值且蒸汽壓力適當、滲透率較小的製冷劑。

減少燃料消耗引起的間接排放:

1）通過增加車廂隔熱層厚度、改善車廂密封性、減少玻璃傳熱(如採用光線選擇性玻璃、隔熱膜)等措施減少車廂熱負荷。

2）進行壓縮機容量調節,減少過度製冷後再加熱而引起的能量損耗。

如日本電裝開發的電控變排量壓縮機用電磁閥代替原有變排量壓縮機的氣動閥,使壓縮機輸氣量可在0-100%範圍連續調節,這種結構不僅節能,而且不必安裝離合器,因而減輕了壓縮機的質量,並大大提高了系統可靠性。

3）通過控制、減少摩擦、蓄熱、改善傳熱等措施來提高系統零部件的能源利用效率。

即將過冷型冷凝器,該換熱器將傳統的冷凝器、貯液器、乾燥過濾器和過冷器合成一體,可確保節流閥前的過冷度而提高效率,且因減小了貯液器的內容積而可減少製冷劑充注量。

4）使用高效率零部件以減輕質量。

5）採用新的系統或新的製冷劑來達到更佳的LCCP值,並提供令人滿意的加熱、冷卻、除霜、除溼、除霧和溼度控制性能。

如一般車輛在冬季將外部空氣經加熱器引入車室內除霧(新風模式)時,同樣量的熱風被排出車外,因此造成採暖負荷的70%的熱量損失了。日本電裝開發的內外空氣雙層循環系統,只將加熱後的外部熱空氣引入車室頂部,而使室內空氣在足部循環,這樣可減少一半的熱量損失。而在夏季這種通風方式約可節約40%的動力。

四、未來新型動力車可能使用的空調系統

汽車動力系統的環保設計對市場的影響要遠遠大於汽車空調系統效率對客戶的影響,然而對於能源利用效率最高的電動、混合動力、燃料電池及低排放汽車,它們是否能被用戶接受卻往往依賴於是否擁有效率更高的採暖和空調系統。

例如,單用電力製冷和採暖可使電動車和燃料電池車的可行駛里程減少50%以上,以至連典型城市交通都難於適應。對於日益開拓的家用轎車市場,微型車用於空調的能量少於普通車輛,但這部分能量在小功率發動機的輸出功中佔的比例卻不小。

由於國際社會的共同努力,在全世界範圍內實現CFC12到HFC134ａ替代的速度和花費比各公司單兵作戰要小得多。如果新的技術能夠在全球範圍內被接受,則可能有同樣的好處,但是不可避免的是,有些新的設計只在某些氣候條件下或某些特殊市場規則下才有優勢。因此在全球範圍內可能存在多種技術選擇。

目前帶空調的汽車一般在溼度控制功能,空氣通過冷卻除溼後再被加熱到一定的溫度,以控制車窗除霧並保證乘客舒適性。這一點在新的系統設計中可能會遇到挑戰,例如在電動汽車中使用熱泵型空調供暖,能夠提高能源利用率,但要同時實現溼度和溫度的控制卻很困難。

未來新型空調系統的開發必須與汽車開發同步,以適應新的變化:如發動機效率提高(餘熱量減少)、電氣化、混合驅動動力及其它新型零部件使用後導致空調系統特性的變化。

1、汽車電氣化日益加強

新型的電子元件如加熱座椅、娛樂系統、電子導航等在汽車上的應用日漸廣泛,為了適應這些技術,汽車生產商正在擬轉向42v系統。統後有可能去除皮帶驅動的系統,如發電機、空調壓縮機、水泵及動力轉向泵等。這使在汽車空調系統中應用全封閉壓縮機成為可能,並且只要發動機艙內靠近儀表盤的部分在足夠的空間,就有可能用金屬管代替軟管,從而大大降低製冷劑洩漏。

2、電動車及一些混合動力車需要負荷調度

電動車和一些混合驅動車為了達到高效和減少溫室氣體排放的目的,以儘量少使用燃料來滿足動力要求。例如,一些混合驅動車在發動機模式時利用多餘動力對電池充電,當電池充電完成時則切向電動模式。相應地空調系統的設計面臨新的挑戰:因為無論發動機模式和電動模式時都需要空調(或採暖)。