汽车空调_制冷速度不够快_原因分析

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针对汽车的特殊使用环境 ,夏季露天暴晒后的启动降
温过程是最具有代表性的热湿环境“显著变化 ”过
程。
文献 [ 1 ]指出 ,在整个的启动过程中 ,人与车内的
热交换可分为 2个阶段 :降温过程刚开始时 ,车内空
气温度较高 ,人处于人体加热阶段 。此时 ,人从环境
的得热是正值 ,再加上人体本身新陈代谢所产生的能
联系 ,且在风机档速固定的条件下 ,二者呈正比例变 化关系 。
2. 2 启动降温过程空气温度变化规律 文献 [ 1, 4 ]对汽车启动过程中 ,有人和无人模型
分别进行了推导 ,都有下述的类似表达式 :
t=A B
A B
- T0
eBτ
(5)
式中 t —任一时刻的车内空气温度 , ℃;
A —表征传入车内空气的热量 ,是太阳辐射热与
为了测试汽车空调的最大降温性能 ,在车内驾
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制冷技术 2009年第 1期
座 、副座 、左 、右后座相当于驾乘人员鼻子所在位置布 置四个测温热电偶 ,同时在仪表板的四个出风口和内 外循环风口 ,汽车前端隔栅进风口布置测温热电偶 。 系统同时也记录了压缩机 、TXV、冷凝器进出口温度 和压力 。所有的测点都通过数据采集仪器与电脑连 接 ,每 10秒采集一次数据 。
的意义不大 。
(2)在新车型开发过程中 ,快速的预测上市后的 是否能达到行业平均水平 。
对于实际工程应用 ,可以按照式 ( 11 )绘制如下 的等 曲线族 ,来方便的预测系统是否已达到行业平 均水平 。
男性印堂穴 :
tsk = 22. 485 + 0. 3246 ta - 1. 5353v
(1)
男性右合谷穴 :
tsk = 18. 3216 + 0. 4311 ta - 1. 4109v
(2)
式中 tsk —皮肤表面温度 , ℃;
ta —空气温度 , ℃;
v —空气流速 , m / s。
以式 1为例 ,求微分有
“A C d o e s n ′t g e t c o ld e n o u g h - fa s t e n o u g h ”
Zhang Yanli3 1, 2 , Q ian Rui2 , Chen J iangp ing1 ,W ang Nan3 (1 - Shanghai J iao Tong University, 2 - Pan A sia Technical Automotive Center Co. , L td,
如下的结论 :在热瞬变的环境中 ,影响舒适的是皮肤
温度的变化率而不是皮肤温度的绝对值 。
文献 [ 3 ] ,在一系列试验的基础上发现 ,空气温度
和空气流速是影响皮肤温度的主要因素 ,并分别回归
了男性和女性印堂穴和右合谷穴皮肤温度关于空气
流速和空气温度的二元线性函数 ,现摘录男性皮肤温
度表达式如下 。
图
2 ln
P
PH
和
θ 0
B
散点图
由图
2可以看到 ,
ln
P
PH
和
θ 0
B
之间有显著的线
性关系 ,回归曲线得到 :
P PH = 92. 3e- 0. 301θ0B
(11)
对式 (9)求导数 ,得到温度变化率曲线
θ′=
dθ dτ
=
-
θ 0
B
e-
Bτ
(12)
那么最大的温度变化率为
M ax | θ′| =
dθ dτ τ= 0
用客观存在的车内空气温度的最大降温变化率来表
征 。与 Gagge所阐述的 :“在热瞬变的环境中 ,影响舒 适的是皮肤温度的变化率 ”的判断相一致 。
式 (15)表明 , PPH值对 M ax | θ′| 的导函数按照 指数规 律 衰 减 。在 实 际 工 程 应 用 中 , 可 以 认 为 当
d P PH
量 ,此时人体必须靠大量的显性汗液蒸发来排出体内
的热量 ,人处于极不舒适的状态 。随着降温过程的推
进 ,当车内温度低于人体着装表面平均温度时 ,人处
于人体蒸发调节阶段 。此时 ,人从环境的对流得热是
负值 ,人体靠体表的隐性汗液蒸发来调节自身的热
量 ,并最终随着车内温度和湿度的降低与环境平衡 。
Gagge[ 2 ]等在一系列关于热瞬变的试验后 ,得出
3 作者简介 : 张彦丽 (1972 - ) , 女 ,工程师 ,在读工程硕士 。通讯地址 : 上海市浦东龙东大道 3999 号 ,泛亚汽车技术中心空调科 , 邮编 : 201201。电子邮箱 : yanli_zhang@patac. com. cn ,电话 : 021 - 28941475。
Байду номын сангаас
2009年第 1期 制冷技术
毫无疑问 ,基于 GM 标准实验规范的测试过程和 方法为评价汽车空调的制冷性能提供了一个可以比 较的平台 。 3. 1 回归 PPH值函数
得到降温散点图后 ,用式 ( 9)的函数表达式做线 性回归 ,求得表征空调性能的系数 B。接着 , 选用 θ0 B 为回归自变量 , lnPPH 为函数值做回归分析 ,其散点 图如下 。
3. 2 工程应用问题
在实际工程应用中 ,往往有以下 2个方面的问题
需要解决 。
(1)在每年的调查结果出炉后 ,判断某车型的 PPH是否有改进的空间 。
对式 (14)求导数并取绝对值 ,有
d P PH
dM ax | θ′|
= 27. 7 e- 0. 301M ax|θ′|
( 15 )
式 (14)清楚地表明 ,反映热感觉的 PPH 值可以
=|
- θ0 B
|
=
θ 0
B
将式 (13)代入式 (11)后得到
P PH = 92. 3e- 0. 301M ax|θ′|
(13) (14)
式 (14)清楚地表明 ,反映热感觉的 PPH 值可以
用客观存在的车内空气温度的最大降温变化率来表
征 。与 Gagge所阐述的 :在热瞬变的环境中 ,影响舒
适的是皮肤温度的变化率的判断相一致 。
d tsk = 0. 3246d ta - 1. 5353dv
(3)
一般而言 ,对于启动降温过程 ,人们都习惯于用
最高档的风机转速来进行降温 ,此时可以近似的认为
空气的流速值为常数 ,即 : dv = 0 。且对式 ( 3)等号 二边同时除以表示时间的微分算子 dτ,则得到皮肤
温度的变化率与车内空气温度的变化率的关系式如
率的函数关系式 ,将该函数用于汽车空调系统设计 ,有助于指导汽车空调设计工程师评估空调系统降温特性对舒适性的影响 。
【关键词 】 制冷速度不够快 ; J. D. Power值 ;最大降温速率
A n a lys is o f c a u s e o f a u tom o b ile a ir c o n d itio n e r
“制冷速度不够快 ”是人的主观感觉 ,是人对客 观热湿环境刺激的生理和心理反应 。它反映的是人 对于客观存在的热湿环境的变化“快慢 ”程度的认同 程度 ,是一个典型的非稳态热湿环境下的热舒适问 题 。J. D. Pow er关于“制冷速度不够快 ”的 PPH 调查 值 ,数值上反映了人对于这种客观热湿环境的主观认 同程度 , 表示人的热感觉 。因此 , 当热湿环境发生 “显著变化时 ”,讨论“制冷速度不够快 ”才有意义 。
3 - Shanghai Modine AC Company Huangpu Rep. Office)
【Abstract】 “AC doesn’t get cold enough - fast enough”is one of the m ajor automobile air conditioning system s issues which published. , In this paper the function relationship between J. D. Pow er PPH and M ax cool down rate was obtained by regression analysis which can help the designing engineers to evaluate the effect of automobile AC system cool down perform ance on com fortableness when they design the air conditioning system s.
车体蓄热能力相对比值 ,反映了车体蓄热能力的
大小 ;
B —表征汽车空调除去的热量与车体蓄热能力
的相对比值 ,反映汽车空调制冷系统的降温能
力;
T0 —降温开始时的车内空气温度 , ℃; τ—降温的时间 , s。
对式 (5)求极限 ,有 lim t = A ,即有
τ→∞
B
Tn
= lim t = A
τ→∞
B
(6)
式中 Tn —降温结束后车内的空气温度 , ℃; 令 ,过余温度
θ = t - Tn
(7)
那么有 :
θ 0
= T0
-
Tn
(8)
将式 6、7、8带入式 (5)计算并整理得到
θ
=
θ 0
e- Bτ
(9)
对式 (9)求对数有
lnθ = lnθ0 - Bτ
( 10 )
3 影响 P PH值的因素探讨
笔者的公司曾对市场上的 11款车型按照 GM 标
准化的测试方法 ,在环境模拟室里进行了汽车空调的
最大制冷性能测试 。测试的过程和工况大致如下 。
实验目的 :测试汽车空调的最大制冷性能 。 实验条件 :汽车在 1000W /m2 的光照强度 (模拟 地球上多数区域夏天正午太阳的光照强度 ) 、38℃的 环境温度和 40%相对湿度条件下 ,保温至少 1小时 , 保证内 部 环 境 温 度 和 车 外 环 境 温 度 一 致 ; 然 后 以 50km / h的车速 ,内循环模式 ,鼓风机最大档位 (车内 空气流速可近似认为不变 ) ,吹面模式进行降温试 验。
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制冷技术 2009年第 1期
汽车空调“制冷速度不够快 ”原因分析
张彦丽 3 1, 2 钱 锐 2 陈江平 1 王 囝 3 (1 - 上海交通大学 , 2 - 泛亚汽车技术中心有限公司 , 3 - 上海摩丁空调有限公司黄浦办事处 )
【摘 要 】 “制冷速度不够快 ”是 J. D. Pow er公布的有关汽车空调的主要问题之一 ,本文回归了 J. D. Pow er数据和最大降温速
【Keywords】 AC doesn’t get cold enough - fast enough; J. D. Pow er PPH score; M ax cool down rate
1 前言 J. D. Pow er公司成立于 1968 年 ,是总部设在北
美的专业从事汽车市场研究的第三方调研机构 。J. D. Pow er使用标准化的方法对用户满意度进行测评 , 该问卷由八大类 , 228个问题组成 。通常 , J. D. Pow er 的调查结果用 PPH 值 ( Problem Per Hundred) - 每 百辆车的问题数用 PPH 来表示 , 值越高表明问题越 明显 。
图 1 2007年汽车空调 调查结果分类
具体到汽车空调方面 ,一共有 14 个问题 , 2007
年行业平均水平的总 PPH 值为 22. 6。其中 ,制冷速 度不够快 、通风机噪音 、车窗易起雾和空气有异味四 个方面的问题尤为突出 ,所占的比例很大 ,见图 1。 如何有效的解决这 4 个问题是赢得汽车消费者青睐 的关键 ,也是空调工程师必须面对的棘手问题 。本文 将围绕“制冷速度不够快 ”这一问题展开讨论 。 2 “制冷速度不够快 ”的形成原因 2. 1 “制冷速度不够快 ”是人的主观热感受
dM ax | θ’|
Φ 1时 ,对于系统的改进结束 。这是因
为 ,此时 M ax | θ′| 每增大一个单位 , PPH 的变化都
小于等于 1,而且 PPH的变化率随着 M ax | θ′| 的增
大呈指数关系下降 。换句话讲 ,当
d P PH
dM ax | θ′|
Φ
1
时,
通过改进系统 ,增大 M ax | θ′| 来实现 PPH改进
下。
d tsk
dτ
= 0.
3246
d ta
dτ
(4)
从上述的分析可以看出 ,在整个的启动降温过程
中 ,人的感觉是由极不舒适状态渐变到舒适状态的过
程 。“制冷速度快不快 ”反映的就是这个渐变过程的
“快慢 ”,人对于热环境的感觉 ,取决于皮肤温度的变
化率 ,而与皮肤温度的绝对值没有必然的联系 。而皮
肤温度的变化率与车内空气温度的变化率有密切的