压缩机转速、补气方式、车外环境温度对汽车空调系统的影响

        续上期，本期我们来分享下压缩机转速、补气方式、车外环境温度对汽车空调系统的影响。

    试验在GB/T 37123-2018《汽车用电驱动空调器》、GB/T 12782-2007《汽车采暖性能要求和实验方法》、GB/T 7725-2004《房间空气调节器》等国家标准要求下进行。

 

 

试验研究方案：  

 

 

 

 

     

一、压缩机转速 对汽车空调系统制冷性能的影响

         

   

根据 实验研究方案，在标准状况下，车内干湿球温度为 27 ℃、 19 ℃，车外干球温度为 35 ℃，车外风机开至 90% ，车内风机开至 100% ，主路膨胀阀过热度设为 5K ，低压和中压补气的补路膨胀阀过热度设为 10K ，将压缩机转速依次设定为 3000r/min 、 3600r/min 、 4200r/min 、 4800r/min 、 5400r/min 进行实验。  

 

如下图 4.15 所示，在增大压缩机转速的工况下，三种补气方式下的压缩机功率均呈现出上升的变化趋势，并且整体变化趋势中中压补气相较于其它两种补气方式要较大一些。  

 

整体变化趋势是由于随着压缩机的转速的提高，单位时间内压缩机对制冷剂的吸入和排出也随之增加，这就使得压缩机单位时间内做功增多，进而这时的压缩机功率也随之增大。  

 

如图 4.16 为三种不同的补气方式下的压比随压缩机转速提高的变化情况，可以看出三种补气方式下的压比都呈现出了上升趋势，并且整体相比较下中压和低压补气的压比数值分别呈现最大和最小。  

 

这是由于：  

压比不是自变量，而是由排气和吸气压力通过相比得到的一个比值，而压缩机转速的增大，这时会引起吸气压力的减小以及排气压力增大，这就会致使最后的压比开始增大。  

 

如下图 4.17 为三种补气方式下提高压缩机转速时系统的排气温度的变化过程，我们可以看出排气温度在不补气系统下表现出变化幅度较大的上升状态，而在低压和中压补气方式下整体的变化幅度较小且上升趋势较缓。  

 

如图 4.18 为系统的制冷量在三种补气方式下提高压缩机转速的变化趋势，三种补气方式下的制冷量整体上都呈现为上升，而且整体来看三种补气方式下的制冷量相比较下低压补气要稍大一些。  

这主要是由于：  

压缩机转速的提高使得单位时间内对制冷剂的吸入与排出量增大，从而使得系统内的循环周期变短以及换热器单位时间内换热增加，最终使得系统制冷量增加。  

 

如图 4.19 所示，三种不同的补气方式下系统的 COP 与压缩机转速的变化都呈现出相反的变化趋势（即转速越大 COP 越小）。  

总体来看：  

首先三种补气方式系统的 COP 在最低转速 3000r/min 取得最大值并呈现出下降的趋势，但这时系统制冷量最低；  

在转速 5400r/min 时制冷量为最大值时，系统的 COP 相较于其它测试点较小；  

在转速 3600r/min 时系统的制冷量与 COP 有较大的变化幅度，除此之外低压补气的制冷量与 COP 均是更优的，所以综合考虑转速 3600r/min 并且低压补气更加适合该系统。  

 

     

二、补气方式 对汽车空调系统制冷性能的影响

         

   

在标椎状况下，车内干湿球温度为 27 ℃、 19 ℃，车外干球温度为 35 ℃，车外风机开至 90% ，压缩机转速为 3600r/min ，车内风机开至 100% ，主路膨胀阀过热度设置为 5K ，低压和中压补气的补路膨胀阀过热度都设置为 10K 进行实验。  

 

如图 4.20 所示，在环境温度相同的条件下，三种不同补气方式的排气温度相比较下不补气时最高。  

 

 

如图 4.21 所示，在环境温度达到一致的工况下，三种补气方式的压缩机功率整体上相比较下中压补气要高于其它两种补气方式。  

 

产生这种变化的原因：  

由于中压补气方式会使得进入压缩机的制冷剂增加，从而会引起压比的升高，这就会最后致使压缩机功率的提高。  

 

 

如图 4.22 所示，在同一环境温度条件下，三种补气方式中不补气的制冷量最小。  

产生这种变化的原因为：  

通过使用补气虽然会使得制冷剂进入补路，但是也能够将车内换热器吸气和排气口处的焓差变大，这就会使得最终的制冷量上升。在车外环境温度为 27 ℃和 35 ℃时，三种补气方式下的制冷量相比较下不补气要整体低于其它两种，而且其中低压补气的要更高一些；在车外环境温度为 45 ℃时，三种补气方式下的制冷量相比较下中压补气的更高一些，提升幅度也明显增大，温度较高时中压补气较好一些。  

如图 4.23 所示，在车外环境温度不高时（比如 27 ℃、 35 ℃），此时的低压补气系统的制冷量以及 COP ，相较于其它两种方式要更优一些，该温度工况下采用低压补气更加适合该系统；在车外温度较高时（如 45 ℃），这时的中压补气系统的制冷量和 COP 都要稍高一些，所以此温度工况下系统采用中压补气更优。  

 

     

三、车外环境温度 对汽车空调系统制冷性能的影响

         

   

根据 实验研究方案，车内干湿球温度为 27 ℃、 19 ℃，车外风机开至 90% ，压缩机转速为 3600r/min ，车内风机开至 100% ，主路膨胀阀过热度设置为 5K ，低压和中压补气的补路膨胀阀过热度都设置为 10K ，将车外环境温度依次设定为 21 ℃（最低温制冷，车内温度 21 ℃）、 27 ℃（凝露制冷）、 35 ℃、 43 ℃、 45 ℃、 50 ℃进行实验。  

 

如上图 4.24 所示，三种补气方式下压缩机的排气温度整体上都呈现为随车外环境温度的增大而上升。  

这是由于：  

当车外环境温度的提升降低了冷凝器对外界的散热能力，这就会使得冷凝温度变高，而这时蒸发器侧整体几乎不变，这就会致使最后的压缩机的排气温度持续变高。  

 

 

如图 4.25 所示，系统的制冷量在三种补气方式下均呈现出随车外环境温度上升而降低，并且中压补气的制冷量在车外环境温度达到 35 ℃以后慢慢高于低压补气。  

这主要是因为：  

环境温度的升高，低压补气的效果开始慢慢弱于中压补气造成的。车外环境温度的提高会引起冷凝器与车外环境的温差减小，从而使得冷凝器的换热效果减弱，最终导致制冷量减小。  

 

如图 4.26 所示，在不补气、低压补气、中压补气三种补气方式下，随着车外环境温度的升高，系统的 COP 和压缩机功率呈现出相反的变化趋势（即 COP 不断下降，压缩机功率不断上升）。  

这是因为：  

由于车外环境温度升高，这就会致使冷凝压力随之变大，而这时的蒸发器侧整体几乎不变，从而压比也随之变大，进而就会使得最终的压缩机功率上升。  

如上图 4.27 所示，由于随着车外环境温度的上升，这时的系统的制冷量不断下降并且压缩机功率呈上升状态，这就导致了两者共同作用而决定的 COP 呈现为下降状态。  

 

除此之外，该实验还做了车内外温度均为 21 ℃的工况点。通过对该点的实验数据分析可以发现：不补气相较于低压补气和中压补气，虽然系统的制冷量较低（但相差不大），但是有着较高系统的 COP 以及较低的压缩机功率，所以综合来看该工况点可以选择不补气。     

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