浙江吉利汽车研究院有限公司领克品牌研究院 浙江省宁波市 315336
摘要：基于可持续战略目标下，我国提出低碳、环保、绿色理念，尤其是在汽车能源消耗方面。近几年，各种新能汽车开始出现在人们视野中，新能源汽车对环境保护、能源节约具有积极影响。新能源汽车空调制冷使用电动压缩机，这种压缩机为新能源发展创造了良好的契机，在今后发展中还需加大研发高节能性热泵空调系统，从而推动汽车市场走向更高领域。
关键词：压缩机转速；新能源汽车；空调制冷性能；影响分析
基于环境保护与能源节约的影响下，新能源汽车产业飞速发展。其中，空调系统研究得到了重视，传统的空调系统已经落后新能源汽车发展。因此，怎样高效节能的控制空调系统制冷性能成为重要研究内容。压缩机转速的影响随着压缩机转速的改变，其性能曲线也要发生改变。转速升高，压缩机叶轮传给气体的能量越大，在同样的体积流量下，气体的压力也越大，性能曲线上移。反之，转速下降，性能曲线下移。
一、新能源汽车空热泵空调系统
新能源热泵型空调系统选择电动变频涡旋压缩机，节流阀选择EXV，换热器分为冷凝器、蒸发器、换热器，使用多流程微通道换热器。蒸发器与冷凝器处于同一个风道中，蒸发器在冷凝器前。该结构原理是利用电磁阀与单向阀达到制冷、制热、除湿效果。制冷运行过程是循环工质通过压缩机进入了换热器冷凝，电子膨胀阀1节流蒸发。经过气液分离系统返回到压缩机。制热循环过程与制冷相似，只是在冷凝后进入电子膨胀阀2节流，达到车外换热器蒸发，不断循环（如图一）。
图一 空调制冷系统
二、实验过程
首先，选择焓差法检测空调属性状态，创建焓差室模拟不同条件下环境状态。各环境室内设置两台制冷机组、前后端加热设备、加湿器、循环风机、参数控制系统。温度传感器检测精度在0.1±0.5℃，湿度保持在30--100%之间，准确度±2%。其次，设置检测点与控制装置。空调系统电气控制分为膨胀阀脉冲信号控制设备、通断控制设备、压缩机控制系统。实验信息搜集包含空调观测信息与环境风侧信息，前者包含压缩机进出口、过冷器出口、膨胀阀进口、压缩机电压、功率。后者主要观测换热器出风面分数、室外换热器进风量、温度。将不同传感设备信号传输到数据搜集设备中，再录入计算机系统。控制信号借助PLC录入计算机，通过集成搜集控制系统记录风侧与系统信息信号。同时，对控制构件展开监控。最后，充注量优化实验，得出系统制冷剂充注量是1400g。系统实验前开启环境室设备，结合设计的实验状态设置温度与湿度。当环境室状态稳定后，低转速起动空调系统压缩机，各设计转速下控制电子膨胀阀开度，找到最佳运行状态。压缩机在不同转速下调整电子膨胀阀开度，系统稳定后，蒸发器出风温度在0.5℃后运行5min并记录参数。
三、结果研究
（一）最佳运行状态
压缩机转速实验前对系统最佳运行状态分析，当电子膨胀阀开度在330步与300步下，系统无过冷度可以看到有气泡产生。制冷剂通过冷凝器与过冷器后处于气液两相状态，两相截留后温度高使得系统内蒸发器出风温度高。在开度为270步时，系统过冷度7.0℃，可以看见无色透明液体，制冷剂通过冷凝器与过冷器后处于纯液状态，节流效果理想，蒸发器出风温度低。开度在260步时，系统过冷度11℃，节流效果良好，蒸发器出风温度较低。开度在270与260时系统制冷量为5745.1、5664.3W，压缩机功耗为2425、2487.2W，COP为2.47、2.31。总结得出，系统无过冷度下稳定性与性能效果较低；有过冷度下性能良好；过冷度较大时，制冷量与系统COP有明显降低（如图二）。
图二 过冷度、出风温度、功耗变化
（二）压缩机转速影响分析
不同的压缩机转速对应最佳运行下的EXV开度。实验得出，冷凝压力、蒸发压力与压缩机转速有着直接影响。温度保持不变提高压缩机转速能够提升循环流量，低压较低高压较高，压力比增加造成压缩机功率消耗与制冷量提高。的此外，压缩机转速对膨胀阀开度与蒸发器出风温度也有直接影响。压缩机转速由2000r/min提升至7000r/min时，膨胀阀最佳开度为180、230、260、270、280步。由此得出，膨胀阀随着压缩机转速的升高的升高，速率不断降低。当压缩机转速由2000r/min提升至7000r/min时，的蒸发器出风温度为21、18、17、16、15℃。表示蒸汽出风温度随着压缩机转速的提高不断降低，出风温度降低速率逐步减少。究其原因，伴随着转速的提升制冷剂流量增加使得膨胀阀与管路循环阻力提高，冷凝侧压力升高，节流后的蒸发压力减少、蒸发温度降低。蒸发器风量不变，出风温度逐渐降低，但由于循环组阻力与流量提高使得压缩机消耗功率过大。所以，保持适宜的出风温度需要做好压缩机转速控制。
（三）制冷量、功率、COP的影响
空调系统中，制冷量与COP是重要判断参考。根据实验，制冷量与压缩机功耗与压缩机转速呈正比，COP呈反比。制冷量曲线为上凹状态，表示伴随着转速的提升制冷量提高速率不断降低，压缩机功耗则呈直线状。所以，COP随着转速的升高不断减少。由此可得，较高转速下有助于制冷量提高，减少汽车内降温时间，但功率消耗较大。所以，想要达到高效节能效果还需要立足于多方面影响因素分析。
结语：
综合分析，空调系统过冷度达到6--8℃时，制冷量与COP效果最佳。伴随着压缩机转速的提升，膨胀阀最佳开度随之增加，但增加速率降低。蒸发器出风温度与速度陆续降低。此外，转速提升冷凝压力增加，蒸发压力减少，压缩机功耗与制冷量提高，COP减少。经过多方面影响因素分析，压缩机转速提高有助于迅速降低温度，但功率消耗较高。所以，还需适当做好压缩机转速控制，转速不可过快。
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论文作者:刘威
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
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