淺析汽車空調技術及發展趨勢

劉素芬

摘 要：汽車空調作為現代汽車上不可或缺的重要組成部分，其技術對汽車的高效節能性、舒適性和環保等方面都有著重要的影響。本文對汽車空調的作用特點、組成原理、發展趨勢等方面進行了分析。

關鍵詞：汽車空調 發展趨勢 新能源汽車

Analysis on the Technology and Development Trend of Automobile Air-conditioning

Liu Sufen

Abstract：As an indispensable and important part of modern automobiles， automobile air-conditioning technology has an important impact on the high-efficiency， energy-saving， comfort， and environmental protection of automobiles. This article analyzes the function characteristics， composition principle， development trend and other aspects of automobile air conditioners.

Key words：automotive air conditioning， development trends， new energy vehicles

1 引言

隨著人們對汽車安全性及舒適性要求的日益增長，汽車空調的使用也隨之普及，同時，汽車空調技術也得到了較快的發展。汽車空調的功能已從單一的制冷制熱發展到冷暖一體化的自動控制，汽車空調系統的結構也是從簡單變得越來越復雜，汽車空調的控制部分也逐漸地人性化，而對于環保的要求也是越來越高。

2 汽車空調的作用及特點

2.1 汽車空調的作用

汽車空調是指對汽車駕駛室和車廂內的空氣進行調節的裝置。汽車空調可對車室內空氣的溫度、濕度、流速和清潔度等參數進行調節，使駕駛員和乘客感到舒適，并預防或去除風窗玻璃上的霧、霜和冰雪，保證駕駛員和乘客身體健康和行車安全。汽車空調的作用具體概況如下：

2.1.1 調節溫度

調節溫度是汽車空調的主要任務。在生活中人們感到舒適的溫度，夏季大概在22℃—28℃，冬季大概是16℃—20℃，而且頭部要求比足部稍微低一些，溫差大約為2℃。汽車空調夏季的降溫由制冷裝置完成;冬季時，轎車和中小型汽車一般以發動機冷卻水作為取暖系統的熱源，而大型客車或嚴寒地區的車輛則大部分采用獨立式加熱器取暖。

2.1.2 調節濕度

空氣的濕度是指空氣中水蒸氣的含量。人們感到相對舒適的濕度，夏天大約在50%—70%，冬天大約是40%—60%。濕度對車內乘員的舒適性影響很大，如果空氣濕度太小，乘員會感到口干舌燥，若是空氣濕度太高，乘員又會覺得悶熱憋氣。汽車空調可以通過制冷裝置冷卻去除空氣中的水分，然后由取暖裝置升溫來降低空氣的相對濕度;由于普通的汽車沒有配備獨立的加濕器，所以只能通過開車窗或者通風裝置引入車外空氣進行濕度調節。

2.1.3 調節空氣流速

空氣的流速和方向對人的舒適性影響很大。人們感覺舒適的風速大約在0.1—0.2m/s，一般夏天的風速應該要大一些，冬天則小一些。根據人的生理特點，頭部對冷比較敏感，而腳部對熱比較敏感，可以采取“頭涼足暖”的出風方式。

2.1.4 過濾及凈化空氣

保持空氣的清潔和車內及時的通風換氣也是舒適性的要求。由于車內充滿各種材料釋放出的化學分解物、以及粉塵和乘員呼吸出來的渾濁空氣和煙氣等，所以需要配備一套空氣過濾裝置和凈化裝置。

2.2 汽車空調的特點

2.2.1 結構緊湊、質量輕

由于汽車本身的結構限制，要求汽車空調的結構緊湊，能夠安裝在汽車的有限空間內，同時為了符合車輛輕量化的要求，其重量要輕。

2.2.2 制冷制熱能力強

由于汽車在室外工作，直接受到外面天氣的影響，并且車廂內人員密度大，夏天時產生的熱量多，熱負荷大，而冬天所需的熱量也大，因此要求汽車空調能夠在短時間內把車內溫度調節到合適的數值。

2.2.3 抗沖擊能力強

汽車行駛中會受到劇烈而頻繁的振動沖擊作用，容易導致空調系統的管路松動，從而引起制冷劑的泄露，影響整個空調系統的工作，甚至會損壞制冷系統的部件，所以汽車空調系統的抗沖擊能力要強，各個管路連接處必須要牢固、結實。

2.2.4 動力來自發動機或電池組

對于傳統的燃油汽車來說，汽車空調的動力來自發動機。其中對于轎車和中小型客車，空調所需動力和驅動汽車的動力都來源于同一發動機的空調類型，稱為非獨立式空調;而對于大中型客車，由于其需要的制冷量和暖氣量大，需要專用的發動機來提供動力，該空調類型稱為獨立式空調。對于純電動汽車來說，汽車空調所需的動力則來源于動力電池組。

3 汽車空調系統的組成

汽車空調系統一般由制冷系統、取暖系統、配氣系統和控制電路組成，如圖1所示。

制冷系統的功用是，對車內空氣或由外部進入車內的新鮮空氣進行冷卻或除濕，使車內空氣變得涼爽舒適。其主要組成部件有壓縮機、冷凝器、儲液干燥器、膨脹閥、蒸發器等。

取暖系統主要用于取暖，對車內空氣或由外部進入車內的新鮮空氣進行加熱，達到取暖除霜的目的。取暖系統主要由加熱器、水閥、水管、發動機冷卻液等組成。

配氣系統將外部新鮮空氣吸進車內，起通風和換氣作用。同時，通風對防止風窗玻璃起霧也起著良好作用。配氣系統由進氣模式風門、鼓風機、混合氣模式風門、氣流模式風門、導風管等組成。

控制電路是對制冷系統和取暖系統的溫度、壓力進行控制，以及對車內空氣的溫度、風量、流向進行操縱，完善空調系統的各項功能?？刂齐娐分饕娫撮_關，A/C開關、電磁離合器、鼓風機開關及調速電阻器、各種溫度傳感器、高低壓開關、溫度控制器（或恒溫器）、送風模式控制裝置、各種繼電器等。

4 汽車空調的發展趨勢

目前，從汽車的發展方向來看，需要走智能化、輕量化和環保路線，汽車空調的舒適性和效率需要進一步地提高，降低其使用成本;另外，從市場需求方面來看，汽車空調的功能應該更加強大，操作更加簡便及合理。

4.1 向全自動方向發展

汽車電子化技術也應用到汽車空調上，使得空調設備的性能越來越高。傳統的汽車空調多屬于手動空調，需要人工調整溫度、鼓風機風速以及出風模式等，為了調整空調使用的舒適性，需要進行頻繁操作。汽車自動空調利用傳感器檢測車內外溫度、太陽輻射等車內外環境的變化，自動調節鼓風機轉速、出風模式及壓縮機的工作，保持車內的溫度和濕度達到最佳值，極大地提升了舒適性，同時還可以自動檢測和診斷故障，縮短了檢測和維修時間。

4.2 向高效節能方向發展

汽車空調制冷系統的動力裝置是壓縮機。傳統的空調壓縮機屬于定排量壓縮機，其排氣量是隨著發動機的轉速的提高而成比例的提高，它不能根據制冷的需求而自動改變功率輸出，而且對發動機油耗的影響比較大。變排量壓縮機可以根據設定的溫度自動調節功率輸出，因為其具有結構緊密、質量較輕及節省能耗的優勢，能耗可減少30%以上，故變排量壓縮機逐漸成為車用空調壓縮機最為主要的發展趨勢。

4.3 采用更加環保的材料

早期的汽車空調采用的制冷劑是R12，其對臭氧層產生了極嚴重的破壞，自2000年以后被禁止使用，之后采用R134a代替R12作為汽車空調的制冷劑，并解決了汽車空調匹配和材料等一系列問題。

就制冷劑的選擇來看，總體應遵循符合相關法規的需求，不僅需要符合環保的需求，還需遵循安全穩定、控制成本的原則。制冷劑相對理想的狀態應是ODP（消耗臭氧潛能值）保持為0，GWP（全球變暖潛能值）保持為0，化學及物理相關性質屬性較為穩定，無可燃性、毒性，熱力學屬性較為優越，原材料成本較為低廉且來源豐富廣泛。

4.4 新能源汽車空調

在我國的節能環保戰略發展過程中，新能源汽車也是很重要的一項內容，其發展趨勢是要不斷地提高能源利用率，汽車空調作為新能源汽車能源消耗的主要部分也應該遵守該發展趨勢。

與傳統的燃油汽車不同，新能源汽車尤其是純電動汽車取消了發動機，故空調系統的能源來自動力電池組。制冷系統和取暖系統是新能源汽車空調系統的兩大能源消耗部分。制冷系統的能源消耗主要在壓縮機上，新能源汽車采用的是電動壓縮機空調系統，為了提高空調系統的高效節能性，可以通過以下幾個方面進行改進：第一，研發更高效節能的變排量直流渦旋壓縮機;第二，使用更高效的平行流式冷凝器;第三，開發控制更精準、更節能的硅電子膨脹閥;第四，改善蒸發器的微通道結構，通過能效進階的設計優化蒸發器性能，使得制冷劑的蒸發更加均勻。

由于純電動汽車沒有發動機，所以汽車空調的取暖系統不能利用發動機的余熱進行取暖。一般新能源汽車采用PTC發熱裝置，但其能源消耗巨大，導致汽車的續航里程大打折扣，為此，可以通過研究熱泵制熱技術進行改善。電動汽車熱泵空調系統如圖2所示。制冷工況的工作原理是：制冷劑從電動壓縮機出發，經過四通閥后至車外冷凝器進行散熱，再通過電子膨脹閥1后進入車內蒸發器吸熱蒸發，然后回到壓縮機。取暖工況的工作原理是：制冷劑從電動壓縮機出發，經過四通閥后至車內冷凝器散熱，再通過電子膨脹閥2后進入車外冷凝器吸熱蒸發，然后通過電磁閥回到壓縮機。

5 結語

本文對汽車空調的作用及特點作出概述，闡述了汽車空調系統的主要組成部分及其功用，對汽車空調的發展趨勢作出分析。綜上所述，汽車空調作為現代汽車上不可或缺的重要裝置，其工作性能影響到汽車的高效節能性、舒適性以及環保性能等，故對汽車空調技術的研究需要不斷地深入與優化，力求獲得更加完善的空調系統。

基金項目：本文系廣州南洋理工職業學院2019年創新強校工程——全面深化課程改革項目“《汽車空調》1+N課程改革”（項目編號：NY-2019CQ2KC-54）。

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