汽车空调技术课件凌永成 第1章 汽车空调概论

汽车空调技术沈阳大学凌永成[e-mail]配套教材信息教材名称：汽车空调技术教材主编：凌永成教材定价：39RMB出版社：机械工业出版社出版时间：2014年5月国际标准书号（ISBN）：978-7-111-45539-4教材所属系列：应用型本科汽车类专业“十二五”规划教材第1章汽车空调概论1.1热力学基础知识1.1.1温度与湿度1.温度温度（temperature）是用来衡量物体冷热程度的物理量，测量温度的标尺称为温标。工程上常用的温标有摄氏温标、华氏温标和热力学温标三种。图1-1温度计（1）干球温度和湿球温度干球温度（dry-bulbtemperature）是指用干球温度计测量空气温度时，干球温度计所指示的温度，就是我们通常使用的温度计所测量的空气温度。湿球温度（wet-bulbtemperature）是指在稳定条件下，湿球温度计所指示的温度。图1-2湿球温度的测定标准湿球温度应在感温球周围有3～5m/s的风速。空气的干球温度和湿球温度可以用干湿球温度计（图1-3）测量。图1-3干湿球温度计（2）干湿球温差用干、湿球温度计测量未饱和空气时，干、湿球温度计所显示的温度不同，湿球温度低于干球温度，二者形成的温差叫作干湿球温差，这个温差越大，表明空气越干燥，反之，空气越潮湿。（3）露点温度湿度为100％的温度叫作水蒸气凝结成露水的温度——露点温度。（4）冷凝温度冷凝温度是指物质状态由气态转变为液态的临界温度。一般来说，外界气压增加，冷凝温度会升高，反之则会降低。在汽车空调系统中，在冷凝器中制冷剂在一定高压下由气态变为液态时的温度称为冷凝温度。（5）蒸发温度蒸发温度是指物质状态由液态转变为气态的临界温度。一般来说，外界气压增加，蒸发温度也会升高，反之则会降低。在汽车空调系统中，在蒸发器中制冷剂低压汽化时的温度称为蒸发温度。2.湿度湿度（humidity）用来表示空气的含湿程度，1m3湿空气中所含水蒸气的重量，叫作空气的绝对湿度（absolutehumidity）。由于湿空气是空气和水蒸气的均匀混合物，所以绝对湿度在数值上等于水蒸气的含量，用rw表示。相对湿度（relativehumidity，RH）定义为湿空气中实际所含的水蒸气量与同温度下饱和湿空气所含的水蒸气量的比值，用表示，即%100swswpprr式中rw——空气的绝对湿度；rs——饱和湿空气的密度；pw——空气中水蒸气的分压力；ps——饱和湿空气中的水蒸气分压力（简称饱和水蒸气压力）。空气的相对湿度可用湿度计进行测量。一般来说，当空气温度在15~26℃之间、相对湿度在40%~70%之间时，人会感觉比较舒适。相对湿度的意义相对湿度计？相对湿度计1.1.2压力与真空度常用的压力表示方式有绝对压力、表压力和真空度三种。1.绝对压力绝对压力（absolutepressure）表示实际的压力值，是把完全真空状态作为零值。2.表压力通过压力表上指示读出的压力值，称为表压力值，简称表压力（gaugepressure）。表压力是将标准大气压作为零值，在此基础上进行压力计量的结果，故又称为相对压力。表压力一般用p表或pG表示。3.真空度低于大气压力的数值称为真空度（vacuumdegree）。表压力p表=绝对压力p绝－大气压力B真空度p真=大气压力B－绝对压力p绝图1-5压力与真空度的关系1.1.3汽化与冷凝1.物态变化物质的存在状态称为物态。大部分物质存在三种状态，即固态、液态和气态。如图1-6所示，在压力一定的条件下，物质由液态转变为气态时，物质要吸收热量；物质由气态转变为液态时，物质要散发热量。图1-6物态变化与热量转移2.汽化物质由液态变为气态的过程称为汽化（vaporization）。1kg物质由液体转变为气体需要的热量（单位为J或kJ时），叫作该物质的汽化热。汽化过程有两种形式，即蒸发和沸腾。蒸发（evaporation）是指在任何温度下液体表面上所发生的汽化过程，蒸发过程一般为吸热过程。沸腾是一种在液体表面和内部同时进行的汽化现象。任何一种液体只有在一定的温度下才能沸腾，沸腾时的温度称为沸点。在一定压力下，蒸发可以在任何温度下进行，而沸腾只能在一定温度下发生。制冷剂在蒸发器内吸收了热量后，由液态汽化为蒸气，这个过程就是沸腾（boiling）。在制冷技术中，对蒸发一词通常是理解为液体的沸腾过程。3.冷凝冷凝（condensation）是指气态物质经过冷却（通过空气或水等热交换方式）使其转变为液态的过程。冷凝过程一般为放热过程。在制冷技术中，指制冷剂在冷凝器中由气态凝结为液态的过程，同时放出热量，放出的热量由冷却空气带走。在汽车空调制冷系统中，制冷剂在冷凝器中由气态变成液态的变化过程就是一个冷凝过程。1.1.4饱和温度与饱和压力液体和蒸气处于动态平衡状态，即饱和状态时所具有的温度称为饱和温度（saturationtemperature），所具有的压力称为饱和压力（saturationpressure），处于饱和状态时，液体和蒸气的温度相等。饱和温度一定时，饱和压力也一定；反之，饱和压力一定时，饱和温度也一定。温度升高时，会在新的温度下形成新的动态平衡状态，即物质的饱和温度和饱和压力是一一对应的。1.1.5过冷与过热1.过冷在制冷技术中，“过冷”是对制冷剂液体而言的。将冷凝后的液体制冷剂在压力不变的情况下继续冷却，其温度就会比冷凝时的饱和温度更低。当压力不变时，使液体制冷剂的温度低于该压力对应的饱和温度的热力过程称为过冷（sup-er-cooling）。处于过冷状态的液体称为过冷液体，其温度称为过冷温度。饱和温度与过冷温度之差称为过冷度（degreeofsup-er-cooling）。2.过热在制冷技术中，“过热”是对制冷剂气体而言的。使蒸发器中的干饱和蒸气继续定压吸热的热力过程称为过热（super-heating）。处于过热状态的干饱和蒸气称为过热蒸气。过热蒸气的温度称为过热温度，它比干饱和蒸气的饱和温度更高，两者之间的温度差值称为过热度（degreeofsuper-heating）。如果保持蒸气的温度不变，对干饱和蒸气进行降压，也可以使干饱和蒸气转变为过热蒸气。在蒸气压缩制冷系统中，压缩机吸入和排出的制冷剂蒸气都是过热蒸气。1.1.6热量与热容1.热量由于存在温差而导致的能量转化过程中所转移的能量称为热量（heat）。热量的单位为焦耳（J）。热的传递有传导、对流和辐射三种形式。2.热容把单位质量的物质的温度升高1K所需要的热量称为热容（heatcapacity）。热容大的物体有不易热和不易冷的性质。热容的单位为J/K。1.1.7显热与潜热物质受热，其温度就会上升，当温度上升到一定程度时，物质的存在状态就会发生变化。a）冰（固态）b）吸热后变成水（液态）c）吸热后变成水蒸气（气态）图1-7水的物态变化图1-8物态变化与显热及潜热的关系1.1.8节流膨胀节流膨胀（throttlingexpansion）是较高压力下的流体（气体或液体）经多孔塞（或节流阀）后向较低压力方向进行的绝热膨胀过程。1—节流前的流体截面；2—节流后的流体截面；P1—节流前的流体压力；V1—节流前的流体流速；P2—节流后的流体压力；V2—节流后的流体流速图1-9节流膨胀示意图1.1.9制冷能力与制冷负荷1.制冷能力制冷机就是把热量不断地从低温物体转移给高温物体的装置。制冷能力的大小是以单位时间内所能转移的热量来表示的，单位为J/h。2.制冷负荷为了把汽车内部的空气热湿参数（温度和湿度）保持在一定的范围内，必须将来自车外太阳的辐射热和车室内人体散发出的热量排到大气中去。这两种热量的总和就叫做制冷负荷（coolingload）。由于汽车制冷负荷受到车身形状及外界大气温度、湿度、车速等客观条件和乘员数量的影响，所以，汽车空调系统的制冷负荷较大。1.1.10热力学基本定律1.热力学第一定律外界传递给系统的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和。2.热力学第二定律热量不能自动地由低温物体（或物体的低温部分）传向高温物体（或物体的高温部分）。但是，热量可以有条件地由低温物体（或物体的低温部分）传向高温物体（或物体的高温部分），这个条件就是要消耗外功。其关系表达式为：式中：——从高温热源放出的热量；——从低温热源吸收的热量；——制冷压缩机所消耗的功。WQQcHHQcQW1.2汽车空调简介1.2.1汽车空调的功能空调是空气调节（AirConditioning，A/C）的简称，其含义是指在封闭的空间内，对空气的温度、湿度、流速及清洁度进行调节和控制。相应地，空调系统的四个基本功能就是对封闭空间进行降温、除湿、清洁、通风。a）降温b）除湿图1-10空调系统的四个基本功能c）清洁d）通风汽车空调的基本功能是在任何气候和行驶条件下，改善驾驶人的工作条件和提高乘员的舒适性。由于汽车空调的调节对象是车内的人，故偏重于人的舒适性的要求。舒适性是由人对车内的温度、湿度、空气流速、含氧量、有害气体含量、噪声、振动、气味、灰尘、细菌等参数指标的感觉和反映决定的。衡量汽车空调质量的指标主要有四个，即温度、湿度、空气流速和空气清洁度。1.温度在夏季人感到最舒适的温度是22～28℃，在冬季则是16～18℃，且要求“头凉足暖”，温差大约为2℃。2.湿度人觉得最舒适的相对湿度夏季是50%～60％，冬季则是40％～50%。3.空气流速人在流动的空气中比在静止的空气中要舒服，这是因为流动的空气能促进人体向外散热的缘故。通常空气流速在0.2m/s以下为好，并且以低速流动为宜。4.空气清洁度由于车内空间小，乘员密度大，全封闭空间的空气极易产生缺氧和二氧化碳浓度过高；汽车发动机尾气中的一氧化碳和道路上的灰尘、野外有刺激性的花粉都容易进入车内，造成车内空气污浊，严重时会影响乘员的身体健康。图1-11舒适性环境参数图（环境参数对舒适性的影响）1.2.2汽车空调的工作特点汽车空调的主要特点如下：1）因汽车空调安装在运动中的车辆上，其零部件及连接管路应有足够的强度和抗振能力，接头牢固并防漏。因此，汽车空调系统对密封性的要求更高。2）在非独立式汽车空调系统中，存在空调系统与汽车驱动系统“争食（争夺动力）”问题，采用非独立式空调系统必然会影响汽车的动力性能，但比采用独立式空调系统在设备成本和运行成本上都经济。3）热湿负荷变化大，故要求汽车的制冷、制热能力强。4）汽车空调结构紧凑、质轻。5）汽车空调的采暖方式与房间空调完全不同。1.2.3汽车空调技术的发展1.汽车空调技术的发展历程汽车空调的功能是随着人们对汽车舒适性的要求不断提高，而从低级到高级，由功能简单向功能齐全方向发展的，其过程可以概括为以下五个阶段：第一阶段：单一供暖。第二阶段：单一制冷。第三阶段：冷暖一体化。第四阶段：自动控制的汽车空调。第五阶段：微处理器控制的汽车空调。目前，全自动汽车空调已经与车身计算机系统组成局域网络，极大地提高了调节效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和乘坐舒适性。2.汽车空调技术的发展历趋势1）汽车空调系统的控制方法向自动微调智能化方向发展。2）汽车空调系统的调控要求向个性化方向发展。3）变排量压缩机将得到进一步的推广使用，电动机驱动（直接驱动）将成为未来汽车空调压缩机的主要驱动方式。4）有鉴于CO2制冷剂在环境保护方面的显著优势和相关技术的逐步成熟，采用跨临界CO2制冷技术将成为未来汽车空调制冷系统的主流。5）采用热泵技术的双向空调将在汽车空调领域逐步推广。1.3汽车空调系统的组成与分类1.3.1汽车空调系统的组成现代汽车全功能空调系统由制冷系统、采暖系统、通风系统、空气净化装置及控制系统等几部分组成。1.通风系统2.采暖系统3.制冷系统4.空气净化装置5.控制系统图1-12现代汽车全功能空调系统1.3.2汽车空调系统的分类1.按功能划分（1）单一功能型空调单一功能型空调的制冷系统、采暖系统、通风系统各自安装，单独操作，互不干涉，多用于大型客车、载货汽车和加装冷风装置的乘用车上。（2）冷暖一体型空调冷暖一体型空调的制冷、采暖和通风共