纯电动城市客车空调系统设计

摘 要：本文介绍了空调系统的结构及工作原理、并针对空调系统核心部件压缩机、冷凝器、蒸发器结构型式、压缩机排量确定过程等做重点介绍。

关键词：城市客车;空调系统;制冷量;排量

在节能环保、治理环境污染成为社会热点并备受公众关注的背景下，发展新能源汽车已成为缓解能源危机、节能减排，促进人与自然和谐发展的有效途径之一。尤其在公共交通领域如纯电动汽车城市客车，其发展势态更是明显。

纯电动城市客车，结构和工作方式发生了较大的改变，电动压缩机取代了机械压缩机，由机械驱动变更为电力驱动。空调系统的动力源由发动机变为车载储能系统，这就给空调系统的设计匹配工作提出新的挑战。本文就狭义概念的空调系统---制冷系统结构原理、主要部件选型进行说明。

1 空调系统结构及工作原理

与普通的内燃机汽车一样，新能源城市客车的空调系统也由压缩机、膨胀阀、冷凝器、蒸发器等部件组成。不同的是，在纯电动城市客车上，电动压缩机由电力驱动，已取消机械压缩机所需的机械传动装置。

空调系统工作时，制冷剂经由压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个过程周而复始地循环进行，通过蒸发器的热交换，降低蒸发器周围空气的温度，实现降温功能。

2 空调系统主要部件选型

2.1 空调压缩机的结构形式

在纯电动客车上，按压缩机的驱动方式主要可分为两种：一是压缩机直接由主驱动电机通过皮带轮驱动，称为非独立式驱动;二是利用一个小功率电机驱动压缩机，直接从车载能源系统取电，可以同轴驱动，也可以再由皮带驱动，称为独立驱动。当前，城市客车主要采用同轴独立驱动型式的压缩机。当压缩机工作时，其能量传递路径为车载能源系统---压缩机电机控制器---压缩机电机---压缩机。

2.2 工作参数匹配计算

空调系统选型，最重要的就是确定压缩机的制冷量、排量。通常，先确定车辆的热负荷，再确定压缩机所需制冷量、排量等参数。

2.2.1 热负荷计算

由于车外温度高于车内温度，加上太阳辐射的作用，大量的热通过车身、车门、车窗、挡风玻璃等辐射、传导等形式传入车内，此外，乘员散发的热负荷、车内用电器等设备散发的热也会使车内温度升高。热负荷可通过热平衡方程式进行计算：

Q=α1（QB+QG+QV+QP+QM）             （1）

式中：Q---整车热负荷; QB---车身传入的热量;QG---门窗等玻璃传入的热量;QV---新风热;QP---人体热量;QM---车内用电器等设备散发的热; α1---制冷量系数。

2.2.2 空调制冷量确定

在制冷工程中，通常采用压焓图方式确定排气压力、吸气压力、排气比焓，进而再确定制冷量。但在工程实际中，可采用以下公式测算：

Q1=（A1×N×0.2+A2×V×0.72+A3×S×0.08）×A4×A5    （2）

式中：Q1---空调所需制冷量，kJh;A1---乘员人均制冷量，具体查表1;N---额定乘员数，人;A2---车内空间制冷因素值，6米以上客车为553W㎡;V---车内容积，m³;A3---太阳热辐射制冷因素值，6米以上客车为1190W㎡;S---所有门窗面积总和，㎡;A4---车型密封保温效果因素值，一般取值1.0～1.15;A5---  气候条件因素值，一般取值1.0～1.04;为了能最大地满足整车制冷需求，在实际制冷量选择时，应再乘以1.2的制冷量储备系数。

2.2.3 压缩机排量、型号确定

压缩机制冷能力取决于压缩机单位时间内强制循环的制冷量和单位制冷剂循环的制冷能力，则压缩机Qe可由下式计算得出：

Qe=60×10-6Vc×nc×ηv×q0/γ         （3）

式中：Qe---空调系统的制冷量，kJ/h;Vc---压缩机理论排量，ml;nc---压缩机转速，r/min;ηv---压缩机容积效率，一般取值范围为0.6～0.8;q0---单位制冷剂循环时的制冷量，一般取值122kJ/kg;γ---压缩机吸入比容，m³/kg。

根据我国汽车行业标准QC/T 655-2000《汽车空调制冷装置性能要求》规定，空调压缩机的名义工况为：蒸发温度-1℃，过热度10℃，冷凝温度62℃，过冷度5℃。对于R134a制冷剂，在给定的名义工况下，压缩机单位制冷剂循环时的制冷量取值122kJ/kg，制冷剂吸入比容为0.07m³/kg，压缩机的容积效率一般取值0.6～0.8，若取中间值0.7，则由式（3）可得出压缩机排量、制冷量与转速三者之间的关系式：

Vc=13.66Qe/nc（4）

由式（4）可以看出，压缩机的排量随压缩机的转速增大而减小，随制冷量增大而增大。由于壓缩机的转速范围只与电机的调速范围相关，因此式（4）中的转速应取待选压缩机转速的最大值。

根据上述已确认的空调系统制冷量需求、压缩机转速，可以计算出压缩机的排量。再结合母线电压，按照相关产品规格参数选择合适型号的压缩机。

2.3 蒸发器及冷凝器的选型、校核

2.3.1 蒸发器及冷凝器型式选择

蒸发器有管片式、管带式、层叠式三种结构。当前，大中型城市客车一般选用层叠式蒸发器。

冷凝器有管片式、管带式、平行流三种结构，其中平行流式冷凝器是一种新型的冷凝器，由管带式冷凝器发展演变而来，其结构紧凑且传热性好，被广泛应用于汽车空调系统中。

2.3.2 散热量确定

蒸发器、冷凝器都是空调系统的重要机件，两者均为热交换器，可分别用下述公式计算校核散热量：

Qc=αQe （5）

式中：Qc---冷凝器散热量;α---负荷系数，一般取值1.5。

3 结束语

非独立式空调已成为我国城市客车首选的空调系统，本文介绍了纯电动城市客车空调系统的结构、工作原理;并针对空调系统的压缩机结构形式、排量确定做重点介绍。可供相关设计人员参考。

参考文献：

[1]汽车空调制冷装置性能要求：QC/T 655-2000[S].

作者简介：林利平（1961-），男，福建龙岩人，专科，中级工程师，研究方向：客车及客车专用车。

推荐访问:客车 空调系统 城市 设计