浅析汽车空调技术及发展趋势

刘素芬

摘 要：汽车空调作为现代汽车上不可或缺的重要组成部分，其技术对汽车的高效节能性、舒适性和环保等方面都有着重要的影响。本文对汽车空调的作用特点、组成原理、发展趋势等方面进行了分析。

关键词：汽车空调 发展趋势 新能源汽车

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

隨着人们对汽车安全性及舒适性要求的日益增长，汽车空调的使用也随之普及，同时，汽车空调技术也得到了较快的发展。汽车空调的功能已从单一的制冷制热发展到冷暖一体化的自动控制，汽车空调系统的结构也是从简单变得越来越复杂，汽车空调的控制部分也逐渐地人性化，而对于环保的要求也是越来越高。

2 汽车空调的作用及特点

2.1 汽车空调的作用

汽车空调是指对汽车驾驶室和车厢内的空气进行调节的装置。汽车空调可对车室内空气的温度、湿度、流速和清洁度等参数进行调节，使驾驶员和乘客感到舒适，并预防或去除风窗玻璃上的雾、霜和冰雪，保证驾驶员和乘客身体健康和行车安全。汽车空调的作用具体概况如下：

2.1.1 调节温度

调节温度是汽车空调的主要任务。在生活中人们感到舒适的温度，夏季大概在22℃—28℃，冬季大概是16℃—20℃，而且头部要求比足部稍微低一些，温差大约为2℃。汽车空调夏季的降温由制冷装置完成;冬季时，轿车和中小型汽车一般以发动机冷却水作为取暖系统的热源，而大型客车或严寒地区的车辆则大部分采用独立式加热器取暖。

2.1.2 调节湿度

空气的湿度是指空气中水蒸气的含量。人们感到相对舒适的湿度，夏天大约在50%—70%，冬天大约是40%—60%。湿度对车内乘员的舒适性影响很大，如果空气湿度太小，乘员会感到口干舌燥，若是空气湿度太高，乘员又会觉得闷热憋气。汽车空调可以通过制冷装置冷却去除空气中的水分，然后由取暖装置升温来降低空气的相对湿度;由于普通的汽车没有配备独立的加湿器，所以只能通过开车窗或者通风装置引入车外空气进行湿度调节。

2.1.3 调节空气流速

空气的流速和方向对人的舒适性影响很大。人们感觉舒适的风速大约在0.1—0.2m/s，一般夏天的风速应该要大一些，冬天则小一些。根据人的生理特点，头部对冷比较敏感，而脚部对热比较敏感，可以采取“头凉足暖”的出风方式。

2.1.4 过滤及净化空气

保持空气的清洁和车内及时的通风换气也是舒适性的要求。由于车内充满各种材料释放出的化学分解物、以及粉尘和乘员呼吸出来的浑浊空气和烟气等，所以需要配备一套空气过滤装置和净化装置。

2.2 汽车空调的特点

2.2.1 结构紧凑、质量轻

由于汽车本身的结构限制，要求汽车空调的结构紧凑，能够安装在汽车的有限空间内，同时为了符合车辆轻量化的要求，其重量要轻。

2.2.2 制冷制热能力强

由于汽车在室外工作，直接受到外面天气的影响，并且车厢内人员密度大，夏天时产生的热量多，热负荷大，而冬天所需的热量也大，因此要求汽车空调能够在短时间内把车内温度调节到合适的数值。

2.2.3 抗冲击能力强

汽车行驶中会受到剧烈而频繁的振动冲击作用，容易导致空调系统的管路松动，从而引起制冷剂的泄露，影响整个空调系统的工作，甚至会损坏制冷系统的部件，所以汽车空调系统的抗冲击能力要强，各个管路连接处必须要牢固、结实。

2.2.4 动力来自发动机或电池组

对于传统的燃油汽车来说，汽车空调的动力来自发动机。其中对于轿车和中小型客车，空调所需动力和驱动汽车的动力都来源于同一发动机的空调类型，称为非独立式空调;而对于大中型客车，由于其需要的制冷量和暖气量大，需要专用的发动机来提供动力，该空调类型称为独立式空调。对于纯电动汽车来说，汽车空调所需的动力则来源于动力电池组。

3 汽车空调系统的组成

汽车空调系统一般由制冷系统、取暖系统、配气系统和控制电路组成，如图1所示。

制冷系统的功用是，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却或除湿，使车内空气变得凉爽舒适。其主要组成部件有压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器等。

取暖系统主要用于取暖，对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行加热，达到取暖除霜的目的。取暖系统主要由加热器、水阀、水管、发动机冷却液等组成。

配气系统将外部新鲜空气吸进车内，起通风和换气作用。同时，通风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。配气系统由进气模式风门、鼓风机、混合气模式风门、气流模式风门、导风管等组成。

控制电路是对制冷系统和取暖系统的温度、压力进行控制，以及对车内空气的温度、风量、流向进行操纵，完善空调系统的各项功能。控制电路主要包括电源开关，A/C开关、电磁离合器、鼓风机开关及调速电阻器、各种温度传感器、高低压开关、温度控制器（或恒温器）、送风模式控制装置、各种继电器等。

4 汽车空调的发展趋势

目前，从汽车的发展方向来看，需要走智能化、轻量化和环保路线，汽车空调的舒适性和效率需要进一步地提高，降低其使用成本;另外，从市场需求方面来看，汽车空调的功能应该更加强大，操作更加简便及合理。

4.1 向全自动方向发展

汽车电子化技术也应用到汽车空调上，使得空调设备的性能越来越高。传统的汽车空调多属于手动空调，需要人工调整温度、鼓风机风速以及出风模式等，为了调整空调使用的舒适性，需要进行频繁操作。汽车自动空调利用传感器检测车内外温度、太阳辐射等车内外环境的变化，自动调节鼓风机转速、出风模式及压缩机的工作，保持车内的温度和湿度达到最佳值，极大地提升了舒适性，同时还可以自动检测和诊断故障，缩短了检测和维修时间。

4.2 向高效节能方向发展

汽车空调制冷系统的动力装置是压缩机。传统的空调压缩机属于定排量压缩机，其排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出，而且对发动机油耗的影响比较大。变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出，因为其具有结构紧密、质量较轻及节省能耗的优势，能耗可减少30%以上，故变排量压缩机逐渐成为车用空调压缩机最为主要的发展趋势。

4.3 采用更加环保的材料

早期的汽车空调采用的制冷剂是R12，其对臭氧层产生了极严重的破坏，自2000年以后被禁止使用，之后采用R134a代替R12作为汽车空调的制冷剂，并解决了汽车空调匹配和材料等一系列问题。

就制冷剂的选择来看，总体应遵循符合相关法规的需求，不仅需要符合环保的需求，还需遵循安全稳定、控制成本的原则。制冷剂相对理想的状态应是ODP（消耗臭氧潜能值）保持为0，GWP（全球变暖潜能值）保持为0，化学及物理相关性质属性较为稳定，无可燃性、毒性，热力学属性较为优越，原材料成本较为低廉且来源丰富广泛。

4.4 新能源汽车空调

在我国的节能环保战略发展过程中，新能源汽车也是很重要的一项内容，其发展趋势是要不断地提高能源利用率，汽车空调作为新能源汽车能源消耗的主要部分也应该遵守该发展趋势。

与传统的燃油汽车不同，新能源汽车尤其是纯电动汽车取消了发动机，故空调系统的能源来自动力电池组。制冷系统和取暖系统是新能源汽车空调系统的两大能源消耗部分。制冷系统的能源消耗主要在压缩机上，新能源汽车采用的是电动压缩机空调系统，为了提高空调系统的高效节能性，可以通过以下几个方面进行改进：第一，研发更高效节能的变排量直流涡旋压缩机;第二，使用更高效的平行流式冷凝器;第三，开发控制更精准、更节能的硅电子膨胀阀;第四，改善蒸发器的微通道结构，通过能效进阶的设计优化蒸发器性能，使得制冷剂的蒸发更加均匀。

由于纯电动汽车没有发动机，所以汽车空调的取暖系统不能利用发动机的余热进行取暖。一般新能源汽车采用PTC发热装置，但其能源消耗巨大，导致汽车的续航里程大打折扣，为此，可以通过研究热泵制热技术进行改善。电动汽车热泵空调系统如图2所示。制冷工况的工作原理是：制冷剂从电动压缩机出发，经过四通阀后至车外冷凝器进行散热，再通过电子膨胀阀1后进入车内蒸发器吸热蒸发，然后回到压缩机。取暖工况的工作原理是：制冷剂从电动压缩机出发，经过四通阀后至车内冷凝器散热，再通过电子膨胀阀2后进入车外冷凝器吸热蒸发，然后通过电磁阀回到压缩机。

5 结語

本文对汽车空调的作用及特点作出概述，阐述了汽车空调系统的主要组成部分及其功用，对汽车空调的发展趋势作出分析。综上所述，汽车空调作为现代汽车上不可或缺的重要装置，其工作性能影响到汽车的高效节能性、舒适性以及环保性能等，故对汽车空调技术的研究需要不断地深入与优化，力求获得更加完善的空调系统。

基金项目：本文系广州南洋理工职业学院2019年创新强校工程——全面深化课程改革项目“《汽车空调》1+N课程改革”（项目编号：NY-2019CQ2KC-54）。

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