一種車用空調系統新風回風率測定方法探析

摘要：近年來新能源汽車行業的飛速發展，節能、安全逐漸成為其行業健康可持續發展的必然需求?？照{系統作為整車上僅次于電機的耗能大戶，眾多節能方案及設計思路涌現，其中新風回風模式因實現成本低、節能效果可觀成為最常用的方案。據此，介紹了一種基于蒸發器后端排氣壓來測定空調系統新風回風率的方法，該方法與采用傳統風量或風速采集儀進行測試的方法相比具有眾多優勢，對提升車用空調系統舒適性、節能性及安全性有著積極的作用。

關鍵詞：車用空調；風量測試；新風回風率；蒸發器排氣壓

中圖分類號：U467.12 收稿日期：2023-05-19

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.029

1 前言

當前，新風回風模式因實現成本低、節能效果可觀，成為最常見的方案之一。該模式主要通過在外氣導入模式時，混入部分車內循環空氣來減少車外新風量的進入從而降低整車新風負荷。新風負荷作為空調負荷的主要組成部分，特別是低溫采暖時，即便在空調低送風量下，仍具有較大的占比。若能在滿足用戶新風需求及舒適性的前提下適當減少新風量，可較大程度地降低空調系統能耗。因此，如何綜合考量空調系統的舒適性、節能性及安全性，設定不同工況下最佳回風率，成為新風回風模式設計中的關鍵。汪爽等[1]則通過CAE仿真分析了HVAC回風率對電動汽車采暖能耗的影響，可知提高回風率可縮短乘員艙達到目標溫度所需要的時間，以及不同環境溫度下設定不同的回風率對整車續航里程的提升效果。

同時，設定最佳回風率離不開實車風量測試標定及驗證。現階段多采用傳統風量或風速測試設備進行出風口風量測定的方法。羅敬業[2]介紹了一種汽車空調小風量測試儀，可同時對多個出風口進行測試，提升了測試效率；尹海濤等[3]申請了一種空調出風口風量的測試裝置及測試方法，可實現對實車空調出風口風量的準確測量。但傳統測試方法常存在設備體積大、移動操作困難，及易因測試人員作業手法差異導致結果精度不足或試驗重復性差等問題。且回風率會受到車速、空調風擋等眾多因素影響，非恒定值，往往需要通過大量的試驗工況來測定，工作量繁重。針對上述問題，本文介紹一種基于蒸發器后端排氣壓測定新風回風率的方法，該方法相較于以往傳統測試方法具有較大的優勢。

2 新風回風率測定方法

空調系統處于外氣導入模式，通過計測試驗車輛的全風量及新風量并根據下式求得新風回風率：

式中，[QT]為全風量，m3/h，從空調各出風口吹出風量之和；QF為新風量，m3/h，從車身外側進風口進入車內的外部新鮮空氣；R為新風回風率，即車內循環風量在空調全風量中的占比，%。

全風量、新風量流動狀態如圖1所示，其中QT≥QF；當QT=QF時，空調系統處于全外氣導入模式；若QT＞QF，則系統內部存在新風回風現象，其中全風量及新風量可通過下述方法進行計測。

2.1 測定新風量QF

通過空調鼓風電機驅動來實現新風導入的車輛，通常采用車室內外壓差法測定其新風量[4]。

2.1.1 測試裝置及布置圖

2.1.2 測定方法

a.測試需在不受風影響的室內進行，車輛處于靜止狀態。

b.鼓風電機、送風流量計需預熱準備，圓弧形集流器滿足GB 1236要求。

c.按圖2所示，把送風流量計及車內氣壓測定用真空管安裝于側窗，并用膠帶把搭接間隙密封住。

d.空調系統設定為內氣循環模式、吹面模式及最冷狀態。

e.封堵車身處空調排水口，調節面部出風口格柵全開且朝向正面，關閉車窗、車門。

f.將DC定電壓電源接至送風流量計電機端并以1 V的間隔階梯遞增。

g.通過測定車室內氣壓Pi、車室外氣壓Po、集流器壓力值Δh及吸入空氣溫、濕度，根據下式求得標準空氣狀態下的吸入新風量：

式中，α為集流器流量系數，α=0.99；ε為集流器膨脹系數，當Δh≤500 Pa時，ε=1；Δh為集流器壓力值，Pa，此處負壓視為正壓進行計算；d為集流器直徑，m；v1為測定空氣比容，m3/kg；v2為標準空氣比容，m3/kg。

由上制成如圖3所示的QF～（Pi-Po）特性圖（新風量～車室內外壓差）。

i.拆除送風流量計，將真空管與側窗間的間隙用膠帶重新密封好。

j.拆除車身處空調排水口封堵。

k.空調進風模式調節至外氣導入模式，其他狀態維持不變。

l.將DC定電壓電源接至空調鼓風電機處，電壓調節范圍從4～13 V，以1 V階梯遞增。

m.通過壓力計測器測定車室內氣壓Pi及車室外氣壓Po，制成如圖4所示的（Pi-Po）～V特性圖（車室內外壓差～鼓風機端電壓）。

n.整合圖3、圖4，作成如圖5所示QF～V特性圖，得到新風量與鼓風機端電壓間的關系。

2.2 測定全風量QT

通過基于蒸發器排氣壓的測量方法來測定全風量。

2.2.1 測試裝置及布置圖

在空調箱蒸發器后端位置處安裝壓力測定用真空管并通過側窗接至車外壓力計測器上［5］，其他裝置及布置同圖2。

2.2.2 測定方法

a.在新風量QF測定步驟12時，同步測量蒸發器排氣壓Pe并制成如圖7所示的（Pe-Pi）～V特性圖，其中Pe-Pi為全風量從蒸發器后端到車室內流經風道所產生的壓損。

b.用膠帶封塞新風回風閥，重新調節鼓風電機端電壓從4～13 V，以1 V階梯遞增。

c.測定車室內氣壓Pi、車室外氣壓Po、蒸發器排氣壓Pe，制成如圖8所示的（Pe-Pi）～（Pi-Po）特性圖。

d.由于新風回風閥被封堵，空調處于全外氣導入模式，QT=QF；并通過整合圖3、圖8制成如圖9所示的QT～（Pe-Pi）特性圖，從而得到全風量與流道壓損間的關系。

e.整合圖7、圖9制成如圖10所示的QT～V特性圖，得到全風量與鼓風機端電壓間的關系。

2.2.3 計算新風回風率

依據計測的QF～V及QT～V特性曲線，結合式（1）制成如圖11所示的R～V特性圖（新風回風率～鼓風機端電壓），最終得出外氣導入模式時不同鼓風機工作電壓下空調系統的新風回風率［6］。

4 結語

改進后的基于蒸發器排氣壓的新風回風率測定方法，較傳統采用風量或風速測試設備具有以下幾點優勢：

a.減少了測試設備（風量/風速采集儀等）的投入，降低了整車風量測試的門檻及成本。

b.減免了傳統運用風量或風速采集儀繁瑣的測試步驟，精簡測試工序、提升測試效率。

c.避免了風量測試設備及測試手法對試驗結果的影響，提升測試結果可信度及試驗重復性。

d.車輛走行狀態下也可測試，克服了絕大多數風量測試設備無法用于走行工況的缺點。

e.同樣原理，該方法也可運用于空調系統其他吹風模式或溫度設定下的新風回風率測定。

該方法利用了空調蒸發器后端流道壓降與風量間的特定關系，同時規避了傳統方法中風量測試設備的運用，因而降低了測試成本，提升了測試效率及精度，且克服了以往無法測量走行工況的不足；運用范圍更廣泛，對于提升車用空調系統舒適性、節能性及安全性有著積極的作用。

參考文獻：

[1]汪爽，雍安姣，俞志偉，等.HVAC風量及回風比例對電動汽車采暖能耗的影響分析[J].機電信息，2022（22）：46-51.

[2]羅敬業.一種汽車空調小風量測試儀：中國，CN 206648694U[P].20170425.

[3]尹海濤，徐關羽，謝輝，等.一種空調出風口風量的測試裝置及測試方法：中國，CN 115452083A[P].20221209.

[4]蔣帥.一種整車風量試驗測試方法及運用[R].第十八屆河南省汽車工程科技學術研討會.鄭州，2021.

[5]GB 1236-85 通風機空氣動力性能試驗方法[S].

[6]方貴銀，李輝.汽車空調技術[M].北京：機械工業出版社，2002.

作者簡介：

馬永民，男，1983年生，工程師，研究方向為車用空調系統。