汽車空調技術發展趨勢研究

覃京翎

摘要：現如今，汽車行業的飛速發展已經將汽車的空調市場需求充分帶動起來，使得企業空調的市場需求獲得了大幅度增長。但由于國家的節能減排及消費升級的政策正在逐漸縮緊，因此汽車空調技術也需隨之進行完善與改進。如今的汽車空調也不再僅僅是用于制暖制冷，其不僅開始逐漸涉及到車內空氣質量以及節能環保等需求，同時還需能夠與消費者的個性化需求相匹配。隨著我國新能源車的逐步成熟，汽車空調也會影響到其續航里程以及電量等。基于當今新的發展形勢下，我國汽車空調務必要進行新的變革與升級。

關鍵詞：發展趨勢;空調技術;汽車;節能減排

Abstract： Nowadays， the rapid development of the automobile industry has fully driven the market demand of automobile air conditioning， which makes the market demand of enterprise air conditioning increase by a large margin. However， due to the national policy of energy conservation and emission reduction and consumption upgrading is gradually tightening， the automotive air conditioning technology also needs to be improved. Today's car air conditioning is no longer only used for heating and cooling， it not only gradually involves the car air quality and energy conservation and environmental protection requirements， but also needs to be able to match the personalized needs of consumers. With the gradual maturity of China's new energy vehicles， automotive air conditioning will also affect its mileage and power. Based on today's new development situation， it is necessary for China's automobile air conditioning to carry out new reform and upgrading.

Key words： development trend;air conditioning technology;automobile;energy saving and emission reduction

0? 引言

汽車空調系統主要功能就是負責合理調控車內的溫濕度變化及通風情況，以保證車內空氣流通，達到凈化空氣的目的。這些年隨著人民群眾生活水平的日漸提高，進而對汽車在舒適度方面提出了更高層次的需求，汽車空調系統給人們帶來舒適度方面的體驗已悄然間成為劃分汽車檔次高低的關鍵指標之一。作為全車主要耗電部件，同時充分結合當前能源極度緊張的社會背景，需有效的使空調系統的能耗有所降低，同時還需使工作效率有所提升。不僅如此，隨著我國對環保意識愈發重視，作為汽車空調系統的制造商，務必確保在成產過程中所選擇的材料及所使用的工藝更具環保性。本文就汽車空調技術未來的發展趨勢進行相應的展望。

1? 制冷劑的主要發展走勢

根據目前歐盟已經通過的就含氟溫室氣體的相關控制規定可以看出，在2017年1月1日之后，歐盟將全面禁止全球變暖潛值（GWP值）超過150的制冷劑用于新生產的汽車空調所用，由于目前所使用的HFC134a的全球變暖潛值約為1300，已嚴重超標，所以根據規定將被禁止使用。結合美國EPA的相關統計可以發現，汽車空調所導致的溫室氣體總體排放大約占全世界溫室氣體排放總量的0.1%[1]。

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保持為0，GWP保持為0，化學及物理相關性質屬性較為穩定，無可燃性、無毒性，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。

2? 壓縮機的主要發展走勢

目前對于壓縮機的設計主要是考慮將減少機器本身體積及質量、控制噪音的產生以及增強震動的穩固性為主要發展方向。現階段外國壓縮機還以旋葉方式、斜盤方式以及渦漩方式為主力發展方式，為了有效控制因為頻繁閉合離合器而產出的噪音問題，以便使控制效果達到最佳，因此使變排量外部控制式壓縮機逐漸成為全球范圍內車用空調壓縮機最為主要的發展趨勢，因為其具有結構緊密、質量較輕及節省能耗的優勢，能耗可至少減少30%。除此之外，隨著國際上對于環保觀念的愈發重視及關注，使電動壓縮機向更高層次的發展又近了一步，其能夠做到充分滿足并應對混合動力燃料電池車對于車用空調的實際需求。因為今后的制冷劑有可能會選擇應用CO2，考慮到目前的壓縮機還不能完全符合系統的實際需求，所以還需加大以CO2為制冷劑的相關壓縮機的研發工作。

3? 冷凝器的主要發展走勢

綜合來看，冷凝器主要經歷了管片式、管代式以及平行流式這三個階段。目前，我國冷凝器主要是以平行流式為主，其通過該結構能夠對系統的整體性能進行大幅度提升。其主流設計是將冷凝器和儲液干燥瓶集成于一體，目的就是為了能夠將空調管路進行有效減少，進而將制冷劑的泄露情況進行降低。

4? HVAC的主要發展走勢

4.1 結構的主要發展走勢

供熱通風空調系統的技術結構演變呈現出逐步一體化的趨勢，由以往的三箱和兩箱逐步變化為目前市場上常見的一箱結構。一箱結構優、劣明顯，其主要優勢是由于整體的統一性而降低了制造成本和安裝時間，同時一箱的不分割特點也讓其中換熱器芯體的位置有了更多的選擇性，密閉性也相對提升。而其不足則是在于一箱的結構使得整體管道橫截面的設計難度和精細度相應增加，安裝完成后后期維修和更換芯體也比較困難[2]。

4.2 蒸發器的演變進化趨勢

“高精微”的演變趨勢也在蒸發器技術的進化中得到了體現，微通道結構、輕量材料和能效的進階等設計使得蒸發器的體積減少了近五分之二的同時，效率卻得到了提高[3]。

4.3 過濾器的發展趨勢

過濾器的主要作用就是優化汽車內部環境，減少公路或其他外部環境中的粉塵等污染物進入汽車內循環的可能，保護駕駛員與乘車人的身體健康。

過濾器的發展可以分為三個階段：①微粒過濾階段：這一階段的過濾器內部組成成分主要是合成纖維或其與浸漬紙漿的組合物質，微粒過濾器屬于初步過濾，其過濾分子直徑在0.1-100微米左右。②活性炭過濾階段：活性炭過濾是在微粒過濾基礎上發展的第二階段，這一部分的過濾器其主要作用是在微粒過濾的基礎上，凈化、吸附空氣中的SO2和NO氣體。③混合過濾階段：混合過濾是指將微粒與活性炭組合進而演變為新式過濾的一種方式。復合過濾器相較于第一階段的微粒和第二階段的活性炭來說，綜合并提升了兩階段的獨立優勢，降低了過濾風量的要求，并強化了過濾性能。目前市面上使用的復合過濾器主要分為連體結構和組合結構兩種，連體結構需整機更換，而組合結構則可以根據使用情況獨立拆裝[4]。

4.4 通風系統和空氣凈化設備的發展趨勢

以自動內循環為例，主要由環境傳感器操控，空氣中一些有毒氣體如：一氧化碳、二氧化碳等被傳感器檢測到，會自動啟動內循環模式，使乘員艙與外界有毒氣體隔離。就目前普通的空調系統而言，在冬季使用時，為了能夠不讓風窗結霧，空調通常會使用外循環模式，也就是將外界的新鮮空氣導入車內，同時會將熱空氣輸出車外，會導致室內損失熱量溫度降低，由于這個原因，新概念兩層式空調系統也被提了出來[5]。該概念通常指將空調系統分為上下兩層，在冬天使用時，上層加熱的新鮮空氣導向風窗除霧，然后直接從上部排出車外，而下部的暖風利用內循環系統，將暖風在室內下部流動，以達到減少由于換氣而損失熱量的目的。

4.5 采暖系統的發展趨勢

通常發動機冷卻水產生的廢熱是汽車暖氣的熱源，目前發動機的運行效率越來越高，使得廢熱越來越少，導致暖氣的熱源供暖不足，針對這一問題，部分公司利用補充采暖進行供暖。

①發動機停轉時，設置電動水泵予以輔助，利用水泵把發動機里的熱水輸送到暖風芯子[6]。②燃料電池車或者電動車，可以采用節能且效率的熱泵式空調系統。③使用摩擦產生熱量進行取暖，利用粘性加熱器，通過發動機轉軸旋轉，圓盤與發動機油摩擦產生熱量，再將熱機油輸入熱交換器，達到輔助采暖的功效[7]。④使用獨立燃油加熱器，利用燃油燃燒使發動機內的防凍液溫度升高，以達到采暖效果。

5? 節流機構的發展趨勢

熱力膨脹閥在目前的節流機構中應用相對廣泛，但熱力膨脹閥又存在一定的缺陷，如調節范圍小、控制穩定性差、偏離設計值，控精度差等，隨著節流機構的更新發展，通過微電腦進行空調系統控制開始被普及，在以后的主流節流機構中電子膨脹閥會占有一席之地。

6? 控制系統的發展趨勢

一般的汽車空調會采用傳統的控制技術來實現空調系統的控制，如保險絲、壓力開關、真空怠速器、繼電器以及溫控開關等，其控制精度相對較低，有些參數甚至無法控制。在控制理論、微控技術以及傳感器技術的發展壯大下，較為高檔的汽車已經逐漸配備微電腦控制系統，使得舒適性大大提高，操作也變得簡單，令乘員艙自動控制得以真正的實現。

7? 其它系統得發展趨勢

7.1 開發工具與手段

知名企業德爾福開發的VTEC領先多數汽車空調設計公司，該公司于1996年開始對于這一技術進行研發，期間加入了仿真人體模型、CFD分析整車運行情況，來計算人體舒適度[8]。該技術使得空調開發進度縮短，并節省了設計成本。VTEC舒適模型將600多個主觀評價的樣本收入其中，同時進行分析空調行駛與制暖行駛人體不同部位的舒適數據以及整體的舒適數據等。

7.2 環保節能技術

通常實現節能環保的技術包括：變排量壓縮機技術、負壓管路換熱技術以及針對新能源汽車使用的熱泵技術等。

8? 總結

目前國外汽車空調的發展路線以自動化、環保、節能以及舒適化為方向，而在國內這一技術還存在著差距，由于空調發展水平較國外偏低，因此國內汽車的相關行業更需要對先進技術進行積極探索，同時進行獨立設計，對設計開發以及生產銷售汽車空調的企業進行科學的系統管理，使汽車空調設計的能力提升，以促進汽車空調技術的發展。國內汽車空調在發展的同時還需要注意幾個方面，如零部件的節能性、空調系統零部件可選用再生循環材料進行制造、選用無鉻蒸發器、選用易維修與安裝的零件，選用低泄漏軟管、清洗暖風與冷凝芯子選用非硫酸物質等，建立完善的管理系統，將冷凝器以及蒸發器數據收集起來，建立自己的芯體數據庫，將產品標準化、系列化，使開發周期縮短，開發成本降低，精細化程度變高，以便提高其競爭力。

參考文獻：

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[3]吳峰，王在昌，李洪雷.汽車空調控制器的發展趨勢[J].汽車實用技術，2019，（6）：64-65，83.

[4]季紅軍，謝晶，王金鋒.太陽能汽車空調專利現狀及發展趨勢分析[J].制冷技術，2015，35（3）：44-47，55.

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[7]葉俊.現代汽車空調系統的技術發展趨勢[J].軍民兩用技術與產品，2016（12）：44.

[8]曹汝恒，劉松，張書義，等.新能源汽車空調系統的現狀及發展趨勢[J].汽車實用技術，2016（6）：106-108.