汽车蒸发器抗结霜性能评价方法的探讨与应用

秦昀

摘 要：随着汽车工业的不断发展，人们对汽车的舒适性要求越来越高，对汽车空调系统的性能提出了更高的要求。汽车蒸发器是汽车空调系统的关键部件之一，其主要功能是使压缩机内的制冷剂汽化，吸收空气中的热量，达到降低车内温度的目的。在夏天汽车蒸发器容易结霜，导致系统性能退化，甚至失效。因此评估并提高汽车蒸发器的抗霜性是十分必要的。

关键词：汽车蒸发器 抗结霜性能 评价方法

汽车空调蒸发器的抗霜性对汽车空调系统能否正常工作有很大的影响。结霜会使蒸发器表面结冰，影响气流流动，降低换热效率，同时也会降低制冷效果。这不仅会导致车内温度不能及时调节，而且会造成行车过程中的视线模糊，从而发生危险。因此对汽车空调蒸发器的防霜性进行评估，对保证汽车空调系统安全可靠地运行，提高行车安全具有重要意义。同时对汽车蒸发器防霜性能进行评估，对于节能减排也具有重要意义。对蒸发器抗霜性能进行评估，可为优化空调系统设计和运行，有利于提高能源利用率，降低环境污染。

1 对汽车蒸发器抗结霜性能进行评价的意义

1.1 有利于促进汽车空调系统的正常运行

汽车空调系统中蒸发器所起的作用是不容忽视的，它采用蒸发式制冷技术，对室内空气进行降温，使车内温度保持在一个较舒适的范围内。然而在低温环境下，蒸发器表面极易出现霜层，从而降低系统的效率，甚至丧失制冷功能[1]。因此研制一种抗霜性好的汽车蒸发器，可以有效地解决上述问题，确保汽车空调系统能够在不同的环境条件下正常工作。所以通过对汽车蒸发器的抗结霜性能进行评估将为汽车空调系统的安全运行提供理论依据，并为汽车空调系统的节能减排提供理论依据。随着汽车工业的持续发展及环境保护意识的不断增强，研究与评估汽车蒸发器的抗霜性是未来汽车空调设计与制造的一个重要方向，能为人们提供更舒适、更环保的驾乘体验。

1.2 有利于促进节能减排目标的实现

汽车蒸发器的防霜性不仅是一个技术指标，而且是实现节能减排的重要环节。当今世界，环保、节能减排已经成为一种共识，汽车工业也应该积极响应，为减轻环境污染做出贡献。通过对汽车空调蒸发器抗霜性能进行评估，可以提高汽车空调的使用效率。因为结霜会使汽车蒸发器表面结冰，降低换热效率，导致空调系统要想获得同样的制冷效果，需消耗大量能源。通过对汽车蒸发器抗霜性能的评估与改善，可有效降低结霜，提高传热效率，降低能耗，达到节能减排的目的。而且通过对汽车空调蒸发器抗霜性能进行评估，对延长汽车空调系统寿命具有重要意义。因为结霜会导致蒸发器表面腐蚀、损坏，严重影响了空调系统的正常工作。因此通过对汽车蒸发器的抗结霜性能进行评价，可以有效降低结霜对系统造成的破坏，从而达到延长系统寿命、降低资源浪费的目的。因此对汽车蒸发器防霜性能进行评估，对实现节能减排目标至关重要，同时也有利于推动我国汽车工业向更加环保和可持续发展的方向发展。

2 当前汽车蒸发器抗结霜性能评价中存在的问题

2.1 抗结霜评价方法存在单一性特点

目前汽车蒸发器抗霜性能评估存在诸多问题，其中最突出的就是抗霜性能评估方法单一。目前汽车蒸发器的抗霜性评价主要是在实验室条件下进行的，通过对蒸发器在一定温度、湿度下的表面进行结霜试验，对其抗霜性能进行评估。但是由于评价方法过于单一，评价结果可能不够全面、准确[2]。由于汽车蒸发器在实际应用中会遇到多种复杂的环境，如不同的季节，不同的区域，不同的车辆使用状况，所以在实验室条件下是不能完全模拟的。而且汽车蒸发器抗结霜性能评价方法较为单一，还制约了其技术革新与性能优化。目前汽车生产企业及研究机构对蒸发器结霜性能的评价往往过于依赖实验室测试结果，而忽略了影响蒸发器抗霜性的其他因素。这一限制限制了汽车蒸发器技术的进步与性能的提高。所以为了提高汽车蒸发器抗霜性能评价方法的多样性与准确性，可以通过引入多种评价指标和测评手段，对汽车蒸发器抗霜性能进行全面评估。通过对蒸发器结霜时间，结霜厚度，结霜均匀度等指标的综合评价，从多个角度对蒸发器的抗霜性能有一个全面的认识。或者借鉴其它行业在抗霜材料与技术方面的研究成果，将其应用到汽车蒸发器抗霜性能的改善中。

2.2 缺乏统一的评价体系

目前汽车蒸发器抗霜性评价方法缺乏统一的评价指标体系和标准化的检测手段。因此汽车蒸发器的抗霜性评价标准及结果存在较大不确定性，直接影响到车辆的正常使用与安全。因此建立统一的评价指标体系与标准化检测方法，是提升汽车蒸发器抗霜性评估精度与可靠性的关键。由于缺乏统一的评价体系，不同研究对汽车蒸发器的抗霜性评价结果存在很大差别。不同的研究可能使用不同的指标与方法，从而导致结果不具有可比性。例如一些研究仅关注汽车蒸发器的结霜时间，而忽视了一些重要的指标，如结霜厚度、覆盖面积等。由于缺乏统一的评价体系，不同研究结果之间难以进行对比，不利于对汽车蒸发器防霜性的深入认识与改进。而且目前汽车蒸发器的抗霜性测试方法很多，没有统一的标准测试流程及参数设定。不同的试验环境、试验条件、试验方法可能存在差异，从而影响试验结果的可信度和准确度。同时由于缺乏标准化的检测手段，导致不同研究间的对比困难，影响结果的可信性与可重复性。

3 汽车蒸发器抗结霜性能评价的方法

3.1 对蒸发器进行结霜实验

汽车蒸发器是汽车空调系统的关键部件，其防霜性能直接关系到汽车空调系统能否正常运行。结霜试验是评价汽车蒸发器抗霜性能的重要手段，為了模拟汽车空调系统在不同环境条件下的工作状态，需要建立实验平台[3]。在此基础上，根据试验设计要求，选取适宜的工作条件（温、湿、风等）进行试验。在实验室模拟蒸发器抗霜性条件下，观测蒸发器表面结霜情况，可对其抗霜性能进行客观评价。实验过程中，常将蒸发器置于较低的温度下，通过对环境温湿度的控制，使其表面逐渐形成霜层。通过对蒸发器表面的霜层速度、霜层厚度、霜层分布等参数的监测，可以对蒸发器的结霜性能进行评价。比如蒸发器结霜的一个常用方法就是采用恒温恒湿箱，在恒温恒湿箱中，可对环境温湿度进行精确控制，模拟各种结霜情况。在进行试验之前，先对蒸发器进行清洗，确认其表面无杂质。然后将蒸发器置于恒温、恒湿箱内，进行结霜试验。实验过程中，还可以利用红外热像仪等仪器实时监测蒸发器表面的结霜状况。同时这一系统还能对环境温度、湿度和结霜时间进行记录，以供分析使用。通过对蒸发器结霜速率、结霜均匀度等参数的连续监测与记录，获得了不同结霜条件下蒸发器的性能。通过结霜试验不仅能对汽车蒸发器抗霜性能进行评价，而且还可以将其作为优化设计及选材的依据。在此基础上对不同材料、结构及涂层的蒸发器进行对比试验，找出最优的防霜方案，从而提高汽车空调系统的运行可靠性。

3.2 对蒸发器开展热交换效率测试

汽车蒸发器是汽车空调系统的关键部件，其防霜性是保证系统正常运行的关键。因此有必要评估汽车蒸发器换热效率。换热效率的测定是评价蒸发器抗霜性的重要手段。通过对蒸发器换热效率的测量，对汽车蒸发器的抗结霜性能可以有更进一步的了解。对蒸发器换热效率的测试，目前普遍采用的方法是在实验室内进行模拟试验。通过室内实验，实现了对温度、湿度等环境参数的控制，从而精确测定不同工况下蒸发器的换热效率。比如在实验前需要先准备一套空调系统仿真试验台，包括温湿度控制器，传感器，数据采集系统等。然后将车载蒸发器安装到仿真台架上，连接相应的管线及传感器。在此基础上利用温湿度控制器对蒸发器运行过程中的空气温湿度进行实验。在此基础上还需要引用一套实时监测系统，对蒸发器进、出风口温差、制冷量等运行状态进行了实时监测。在试验过程中，通过改变周围环境条件或调节空调系统运行状态，如改变制冷剂的流速等，对不同工况下的换热效果进行评价。将不同工况下的实验数据进行对比，得到蒸发器换热效率曲线，以此来评估蒸发器的抗霜性。或者还可以通过引入表面温度分布、结霜率等测试手段，对蒸发器抗霜性能进行全面评估。这些方法能较准确地评价结霜工况下蒸发器的运行状况，对改善蒸发器抗霜性能具有一定的指导意义。在此基础上对蒸发器进行换热性能的测试，不仅能对其防结霜性能进行评估，而且对优化设计、改进工艺具有重要的指导意义。随着汽车空调系统向智能化方向发展，为满足新技术应用与发展的需要，需要对蒸发器性能进行评估。

3.3 构建数字模型评估其抗结霜性能

汽车蒸发器是汽车空调系统的核心部件，它通过蒸发冷却降低室内温度，为汽车提供舒适的驾乘体验。然而汽车蒸发器容易因结霜而影响制冷效果，严重时还会引起系统故障。因此，对汽车蒸发器的防霜性进行评价具有重要意义。目前对汽车蒸发器的抗霜性进行评估主要有试验和数字化模拟两种方法。实验方面，主要是通过搭建实验台，模拟实际工作条件下的结霜过程，通过观测结霜方式及时间，对蒸发器的抗霜性进行评估[4]。该方法能直接获得霜层的实测数据，但由于实验条件所限，试验结果可能会有误差。为克服试验研究的局限，人们开始尝试采用数字化值模拟方法对汽车蒸发器抗霜性能进行评估。在此基础上，建立蒸发器结霜数值模型，对不同运行条件下蒸发器结霜过程进行模拟，分析结霜形态及时间，评价其抗霜性。数字化模拟方法成本低，效率高，重复性好，对汽车蒸发器的设计与优化具有重要的参考价值。建立数学模型对汽车蒸发器的抗霜性进行评价时，需综合考虑多种因素。比如在建立汽车蒸发器的数字化模型时，要充分考虑汽车蒸发器的结构、材质和工况等因素。采用数学建模与计算机模拟相结合的方法，对不同结霜条件下汽车蒸发器的结霜速率、厚度、面积等参数进行精确模拟。在此基础上对汽车蒸发器的抗霜性进行定量评价，确定影响其性能的主要因素。而且通过利用数字化模拟方法，还可以对不同设计方案的汽车蒸发器防霜性进行研究。对比分析不同结构、材料和工艺参数对蒸发器结霜性能的影响，确定优化设计方案，以改善汽车蒸发器的结霜性能。这种方法既节省了时间，又节约了成本，提高了设计的精度和可靠性。

3.4 使用表面处理技术提升抗结霜性能

汽车蒸发器是汽车空调系统的重要组成部分，它的防霜性直接关系到汽车行车的安全性与舒适性。因此对汽车蒸发器的防霜性进行评价具有重要意义。近几年来随着科技的进步，研究人员也开始尝试将表面处理技术应用于改善汽车蒸发器的防霜性，这种方式方法能有效地提高汽车蒸发器的防霜性。表面处理技术其实就是指通过化学、物理或生物学手段使材料表面发生变化，从而改变材料的性能。为了提高汽车蒸发器的抗霜性，常用的表面处理方法有表面镀层，表面纳米化，表面修饰等。其中表面镀层是一种常用的表面处理技术，它是将特定材料或涂料涂覆到汽车汽化器表面，使汽化器表面形成一层保护膜，以提高汽化器的防霜性。如疏水涂层可有效降低蒸发器表面水汽凝结，降低结霜几率。另外某些具有抗菌和抗氧化功能的涂料还能进一步提高汽车蒸发器的性能。除表面镀层外，表面纳米结构在汽车蒸发器防结霜方面也得到了广泛的应用。在蒸发器表面构筑微纳结构，增大表面积，加快水蒸气扩散速率，降低结霜几率。同时该纳米结构还能提高蒸发器表面疏水能力，减小水滴与蒸发器表面的粘附力，从而进一步提高汽车蒸发器的防霜性。另外对蒸发器进行表面改性，也可以提高蒸发器的抗霜性。对蒸发器表面进行功能化修饰和表面化学修饰，可提高蒸发器的抗霜性。比如通过引入亲水基团来提高材料的亲水性，从而缩短液滴在材料表面的停留时间，从而达到防止结霜的目的。通过采用表面处理技术可以有效提高汽车蒸发器抗霜性能。在此基础上，通过进一步完善表面处理技术，提高汽车蒸发器抗霜性能，可以为汽车工业提供更可靠、更高效的解决方案。

3.5 制定统一的评价体系和标准

防霜性是汽车空调蒸发器性能的重要指标，它直接关系到汽车空调系统低温运行的稳定性与效率。因此评估汽车蒸发器抗霜性能并使其标准化检验具有重要意义。为建立统一的防结霜性能评价指标体系，必须明确防结霜性能的定义及其影响因素。防霜性是汽车蒸发器在较低湿度环境中不发生结霜现象的能力[5]。汽车蒸发器的抗霜性与蒸发器材料、表面处理工艺、冷媒流量及气流速度等因素有关。并以此为基础，提出一套综合评价蒸发器抗霜性能的指标体系。在这种综合的评价体系中应该包含汽车蒸发器的结霜时间、结霜的厚度以及结霜的面积等内容，以此对汽车蒸发器的抗结霜性能进行综合的评估，为汽车蒸发器抗结霜性能的提升奠定坚实的基础。对于标准化测试，还应建立统一的测试方法与标准，保证测试结果的准确、可比。其中评价方法可分为室内试验和现场试验两种。室内试验可对环境条件进行控制，具有良好的重复性，可对蒸发器抗霜性能进行更准确的评价。而现场试验能较好地模拟实际工作环境，更接近实际情况，能对试验结果进行验证。标准化试验还应从试验仪器的选用与校准、试验程序的标准化、试验数据的规范化等几个方面进行评价。只有建立一套完善的评价指标体系，标准化的测试手段，才能对汽车空调系统的抗霜性能进行准确评估，从而保证汽车空调系统的平稳运行。

4 结语

综上所述，汽车蒸发器是汽车空调系统中的关键部件，其抗霜性能直接关系到汽车空调系统能否正常运行。所以对汽车蒸发器防霜性能进行评估，不仅是技术问题，而且关系到车辆的安全性、舒适性及能源效率。要保证汽车空调系统能够在各种环境条件下稳定可靠地工作，必须经过科学的评估与不断地改进。通过优化评价方法，提高试验精度，为汽车蒸发器的抗结霜性能的优化及节能减排提供更可靠的技术支撑。

参考文献：

[1]战斌飞，李佩儒，张海南，田长青.变风量速冻工况下结霜对蒸发器性能的影响[J].冷藏技术，2021，44（04）：15-20.

[2]李雪丽，盛伟，兰庆云，裴阳.结霜工况下不同结构微通道蒸发器换热性能实验研究[J].制冷，2020，39（01）：1-9.

[3]刘悦超，黄玉杰，朱阳春，隋红军.蒸发器结霜对直冷式冷藏箱性能影响的试验分析[J].制冷与空调，2020，20（03）：50-53.

[4]朱建民，王丹东，陈江平.环境参数对平行流蒸发器结霜动态性能的影响[J].制冷技术，2017，37（02）：44-50.

[5]鄭国胜.空调箱内部结构对汽车空调系统性能影响的研究[J].汽车科技，2015，（01）：20-25.