一种车用空调系统新风回风率测定方法探析

摘要：近年来新能源汽车行业的飞速发展，节能、安全逐渐成为其行业健康可持续发展的必然需求。空调系统作为整车上仅次于电机的耗能大户，众多节能方案及设计思路涌现，其中新风回风模式因实现成本低、节能效果可观成为最常用的方案。据此，介绍了一种基于蒸发器后端排气压来测定空调系统新风回风率的方法，该方法与采用传统风量或风速采集仪进行测试的方法相比具有众多优势，对提升车用空调系统舒适性、节能性及安全性有着积极的作用。

关键词：车用空调；风量测试；新风回风率；蒸发器排气压

中图分类号：U467.12 收稿日期：2023-05-19

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.029

1 前言

当前，新风回风模式因实现成本低、节能效果可观，成为最常见的方案之一。该模式主要通过在外气导入模式时，混入部分车内循环空气来减少车外新风量的进入从而降低整车新风负荷。新风负荷作为空调负荷的主要组成部分，特别是低温采暖时，即便在空调低送风量下，仍具有较大的占比。若能在满足用户新风需求及舒适性的前提下适当减少新风量，可较大程度地降低空调系统能耗。因此，如何综合考量空调系统的舒适性、节能性及安全性，设定不同工况下最佳回风率，成为新风回风模式设计中的关键。汪爽等[1]则通过CAE仿真分析了HVAC回风率对电动汽车采暖能耗的影响，可知提高回风率可缩短乘员舱达到目标温度所需要的时间，以及不同环境温度下设定不同的回风率对整车续航里程的提升效果。

同时，设定最佳回风率离不开实车风量测试标定及验证。现阶段多采用传统风量或风速测试设备进行出风口风量测定的方法。罗敬业[2]介绍了一种汽车空调小风量测试仪，可同时对多个出风口进行测试，提升了测试效率；尹海涛等[3]申请了一种空调出风口风量的测试装置及测试方法，可实现对实车空调出风口风量的准确测量。但传统测试方法常存在设备体积大、移动操作困难，及易因测试人员作业手法差异导致结果精度不足或试验重复性差等问题。且回风率会受到车速、空调风挡等众多因素影响，非恒定值，往往需要通过大量的试验工况来测定，工作量繁重。针对上述问题，本文介绍一种基于蒸发器后端排气压测定新风回风率的方法，该方法相较于以往传统测试方法具有较大的优势。

2 新风回风率测定方法

空调系统处于外气导入模式，通过计测试验车辆的全风量及新风量并根据下式求得新风回风率：

式中，[QT]为全风量，m3/h，从空调各出风口吹出风量之和；QF为新风量，m3/h，从车身外侧进风口进入车内的外部新鲜空气；R为新风回风率，即车内循环风量在空调全风量中的占比，%。

全风量、新风量流动状态如图1所示，其中QT≥QF；当QT=QF时，空调系统处于全外气导入模式；若QT＞QF，则系统内部存在新风回风现象，其中全风量及新风量可通过下述方法进行计测。

2.1 测定新风量QF

通过空调鼓风电机驱动来实现新风导入的车辆，通常采用车室内外压差法测定其新风量[4]。

2.1.1 测试装置及布置图

2.1.2 测定方法

a.测试需在不受风影响的室内进行，车辆处于静止状态。

b.鼓风电机、送风流量计需预热准备，圆弧形集流器满足GB 1236要求。

c.按图2所示，把送风流量计及车内气压测定用真空管安装于侧窗，并用胶带把搭接间隙密封住。

d.空调系统设定为内气循环模式、吹面模式及最冷状态。

e.封堵车身处空调排水口，调节面部出风口格栅全开且朝向正面，关闭车窗、车门。

f.将DC定电压电源接至送风流量计电机端并以1 V的间隔阶梯递增。

g.通过测定车室内气压Pi、车室外气压Po、集流器压力值Δh及吸入空气温、湿度，根据下式求得标准空气状态下的吸入新风量：

式中，α为集流器流量系数，α=0.99；ε为集流器膨胀系数，当Δh≤500 Pa时，ε=1；Δh为集流器压力值，Pa，此处负压视为正压进行计算；d为集流器直径，m；v1为测定空气比容，m3/kg；v2为标准空气比容，m3/kg。

由上制成如图3所示的QF～（Pi-Po）特性图（新风量～车室内外压差）。

i.拆除送风流量计，将真空管与侧窗间的间隙用胶带重新密封好。

j.拆除车身处空调排水口封堵。

k.空调进风模式调节至外气导入模式，其他状态维持不变。

l.将DC定电压电源接至空调鼓风电机处，电压调节范围从4～13 V，以1 V阶梯递增。

m.通过压力计测器测定车室内气压Pi及车室外气压Po，制成如图4所示的（Pi-Po）～V特性图（车室内外压差～鼓风机端电压）。

n.整合图3、图4，作成如图5所示QF～V特性图，得到新风量与鼓风机端电压间的关系。

2.2 测定全风量QT

通过基于蒸发器排气压的测量方法来测定全风量。

2.2.1 测试装置及布置图

在空调箱蒸发器后端位置处安装压力测定用真空管并通过侧窗接至车外压力计测器上［5］，其他装置及布置同图2。

2.2.2 测定方法

a.在新风量QF测定步骤12时，同步测量蒸发器排气压Pe并制成如图7所示的（Pe-Pi）～V特性图，其中Pe-Pi为全风量从蒸发器后端到车室内流经风道所产生的压损。

b.用胶带封塞新风回风阀，重新调节鼓风电机端电压从4～13 V，以1 V阶梯递增。

c.测定车室内气压Pi、车室外气压Po、蒸发器排气压Pe，制成如图8所示的（Pe-Pi）～（Pi-Po）特性图。

d.由于新风回风阀被封堵，空调处于全外气导入模式，QT=QF；并通过整合图3、图8制成如图9所示的QT～（Pe-Pi）特性图，从而得到全风量与流道压损间的关系。

e.整合图7、图9制成如图10所示的QT～V特性图，得到全风量与鼓风机端电压间的关系。

2.2.3 计算新风回风率

依据计测的QF～V及QT～V特性曲线，结合式（1）制成如图11所示的R～V特性图（新风回风率～鼓风机端电压），最终得出外气导入模式时不同鼓风机工作电压下空调系统的新风回风率［6］。

4 结语

改进后的基于蒸发器排气压的新风回风率测定方法，较传统采用风量或风速测试设备具有以下几点优势：

a.减少了测试设备（风量/风速采集仪等）的投入，降低了整车风量测试的门槛及成本。

b.减免了传统运用风量或风速采集仪繁琐的测试步骤，精简测试工序、提升测试效率。

c.避免了风量测试设备及测试手法对试验结果的影响，提升测试结果可信度及试验重复性。

d.车辆走行状态下也可测试，克服了绝大多数风量测试设备无法用于走行工况的缺点。

e.同样原理，该方法也可运用于空调系统其他吹风模式或温度设定下的新风回风率测定。

该方法利用了空调蒸发器后端流道压降与风量间的特定关系，同时规避了传统方法中风量测试设备的运用，因而降低了测试成本，提升了测试效率及精度，且克服了以往无法测量走行工况的不足；运用范围更广泛，对于提升车用空调系统舒适性、节能性及安全性有着积极的作用。

参考文献：

[1]汪爽，雍安姣，俞志伟，等.HVAC风量及回风比例对电动汽车采暖能耗的影响分析[J].机电信息，2022（22）：46-51.

[2]罗敬业.一种汽车空调小风量测试仪：中国，CN 206648694U[P].20170425.

[3]尹海涛，徐关羽，谢辉，等.一种空调出风口风量的测试装置及测试方法：中国，CN 115452083A[P].20221209.

[4]蒋帅.一种整车风量试验测试方法及运用[R].第十八届河南省汽车工程科技学术研讨会.郑州，2021.

[5]GB 1236-85 通风机空气动力性能试验方法[S].

[6]方贵银，李辉.汽车空调技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

作者简介：

马永民，男，1983年生，工程师，研究方向为车用空调系统。