空调系统CAE分析

空调系统CAE分析更新时间：2014-2-26资讯：空调系统技术发展趋势1.汽车空调市场进入发展新阶段随着我国经济的稳步增长，人们的生活水平和消费水平也有相应的提高，有车一族的数量也越来越多，因而对汽车乘驾舒适性的要求有了更高的标准，汽车空调行业也应运而生。在全球汽车电子产业规模持续增长，应用比例不断提高的大环境下，随着中国汽车保有量和销售量的提高，以及消费者对汽车驾乘舒适性的追求，使得中国汽车空调的市场规模进一步扩大。报载2005年我国市场销售汽车空调339万套，同比增长32.94%，销售额达到了26亿元人民币，同比增长30%。彩钢百叶窗从销售量增长情况来看，2005年中国汽车空调市场的增长高于整年市场15%左右的增长速度，但是我们也应该看到，在市场需求快速增长的背后，中国汽车空调市场正在进入新的发展阶段，市场竞争进一步深化，表现出一系列新的特点。用户观念正在改变。如今，随着中国经济的持续稳步增长，居民收入都得到了一定的增加，生活水平和消费能力也相应提高，消费观念也在逐步改变，更多的人开始追求生活的舒适化。这反映到汽车消费中，就体现在追求汽车的内饰，安装多媒体影音系统和汽车空调，以及要求人性化的设计等方而。比如，现在载货车空调的安装率就大幅提高，以前用户认为载货车就是挣钱的，安装空调没有必要，而如今越来越多的用户认为虽然载货是挣钱的，但是挣钱也不能挣的太辛苦，也开始选装汽车空调和高级音响等没备了。可以预见，随着最终用户消费观念的进一步改变，必将促进汽车空调产品的市场销售。产品需求日趋个性化。汽车空调的直接用户是整车厂商，最终用户是消费者，因此，市场对汽车空调产品的需求受到整车厂商和最终消费者的影响。从整车厂商的角度来看，不同类型的整车对汽车空调的要求是不一样的，比如载货车空调和轿车空调就不一样，并且每一款车可能都需要有特殊物理没计的汽车空调，由此可以看出整车厂家对汽车空调的需求是极度个性化的，相应地，汽车空调厂家要根据整车厂的要求开发定制化的个性汽车空调产品。从最终用户的角度来看，虽然消费者可能对汽车空调的物理或者技术特征不很了解，但消费者会通过汽车空调的品牌和使用效果来做出评价。另外，随着我国汽车市场竞争的进一步加剧，特别是轿车市场，新产品推出的速度越来越快，而每一款新车的推出就会要求有新的汽车空调与之配套，也就是说汽车空调产品的生命周期越来越短，需求进一步的个性化发展。技术发展环保节能化。在国际环保主义潮流的影响下，汽车空调的环保问题也引起了汽车相关群体的关注，汽车空调技术也正在朝环保化方问发展。汽车空调系统具有制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制等功能。虽然目前轿车的燃油余热足够提供轿车内的采暖和除霜的需要，但高效汽油和柴油发动机燃烧效率更高，燃油余热会进一步减少;而电动车和混合动力车则不得不牺牲驱动性能来提供采暖和制冷，因此必须通过提高汽车空调系统的效率来减轻汽车的动力负担。对于新一代环保型汽车，如电动、混合动力、燃料电池和其它的低排放车辆，由于本身动力远小于传统动力车辆，能够提供给空调系统的动力极为有限。鉴于此，提供节能高效、性能可靠的空调系统对占领市场至关重要，这也必将是未来一段时间内中国汽车空调技术的发展方向。作为一种专用的空调设备，汽车空调与家用空调相比具有自己的特点，那就是其销售量与整车的产销量紧密联系，脱离了整车制造产业，汽车空调也就没有存在的价值。中国汽车市场在21世纪初获得了两年井喷式的高速增长，近年来开始中国汽车市场增速放缓，进入平稳增长阶段。作为整车配套产品，汽车空调市场与整车市场有相同的变化方问，因此汽车空调的增长速度也随着整车增长速度的放缓而放缓。我国汽车市场已经进入了稳步增长阶段，在未来五年内将保持15%左右的增长速度;相应地，中国汽车空调市场的增长也必将保持一个稳定的增长幅度。2.汽车空调系统已成为汽车市场竞争的主要手段之一近年来,环保和能源问题成为世界关注的焦点,也成为影响汽车业发展的关键因素,各种替代能源动力车的出现,为汽车空调业提出了新的课题与挑战。国际汽车市场竞争日趋激烈,为获得市场,生产出价廉、安全、舒适和低排放的汽车是各大汽车生产商的努力目标,汽车制造商不断地根据用户的要求更新汽车设计,并期望通过利用新技术来提供更好的性能,而是否需要增加成本则主要取决于获得的利益(如环保)是否足以补偿。汽车空调系统作为影响汽车舒适性的主要总成之一,为汽车提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。其中,采暖系统可使乘员避免过量着装、为车窗提供除雾和除霜功能,提供舒适性和安全服务;冷气系统则通过制冷、除湿来提供舒适性,通过使司机保持警醒、允许关窗等措施提供了安全服务;采暖和冷气系统还可提供除尘、除臭的功能。这些功能已成为车辆必不可少的要求。虽然目前轿车的燃油余热足够提供轿车内的采暖和除霜的需要,但近期研制的高效汽油、柴油发动机的余热会进一步减少,电动车和混合动力车则不得不牺牲驱动性能来提供采暖和制冷,因此必须通过提高汽车空调系统的效率来减轻汽车的动力负担。对于新一代的环保型汽车,如电动、混合动力、燃料电池和其它的低排放车辆,由于本身动力远小于传统动力车辆,能够提给空调系统的动力极为有限。拥有一套节能高效、性能可靠的空调系统对开拓市场至关重要。3.汽车空调系统中的新技术外部调节的变排量压缩机。目前，在德国大众汽车公司使用的外部调节的变排量压缩机主要有电装公司的7SEU16、7SBU16和6SEU12。其工作原理与内部调节的变排量压缩机相似，不同之处在于控制阀具有一电磁单元，操纵和显示单元从蒸发器出风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节。控制阀由机械元件和电磁单元组成。机械元件按着低压侧的压力关系借助于一位于控制阀低压区的压力敏感元件来影响调节。电磁单元由操纵和显示单元E87通过500Hz的通断频率进行控制。在无电流的状态下，阀门开启，高压腔和压缩机曲轴箱相通，高压腔的压力和曲轴箱的压力达到平衡。全负荷时，阀门关闭，曲轴箱和高压腔之间的通道被隔断，曲轴箱的压力下降，斜盘的倾斜角度加大直至达到100%的排量；关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，曲轴箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度减小直至低于2%的排量。当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和曲轴箱进一步被隔离，从而使压缩机达到100%的排量；当系统的吸气压力特别低时，压力元件被释放，使挺杆的调节行程受到限制，这就意味着高压腔和曲轴箱不再能完全被隔断，从而使压缩机的排量变小。新结构皮带轮。外部调节变排量压缩机采用了新结构皮带轮。皮带盘由皮带轮和随动轮组成，通过一橡胶元件将皮带轮和随动轮有力地连接起来。当压缩机因损坏而卡死时，随动轮和皮带轮之间的橡胶元件的传递力急剧增大，皮带轮在旋转方向将橡胶元件挤压到卡死的随动轮上，橡胶元件产生变形，对随动轮产生的压力增大，随动轮随之产生变形直至随动轮和皮带轮之间脱离连接，从而避免了皮带传动的损坏。随动轮的变形量取决于橡胶元件温度的高低，橡胶元件的弹性取决于结构件的温度。由于橡胶元件和随动轮的形变，避免了发动机皮带传动的损坏，同时防止了诸如水泵和发电机的损坏，起到了过载保护的作用。外部调节的变排量压缩机的优点：压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性；通过调节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹配，减少了再加热过程，使出风口的温度、湿度恒定调节；由于排量可以降低到近0%，省去离合器可使质量减轻20%(约500～800g)；压缩机的功率消耗下降，燃油消耗下降；新结构的皮带轮用于皮带传动和空调压缩机之间的力传递，消除了扭矩波动并同时起到过载保护的作用。冷凝器组件。冷凝器组件的特点是储液干燥器作为整体焊接在冷凝器的一侧，从而取消了现今的连接管和两个螺栓，而用集流管和与集流管平行布置的储液干燥器之间的开口代替。为减少安装空间，储液干燥器相对于冷凝器表面非对称布置。模拟计算和台架试验表明，当冷凝器部分传热面用于制冷剂的过冷，制冷装置的制冷功率将提高，在过冷度为15K时达到最大值，和无过冷相比可提高4%。制冷功率最大值几乎和装置的工作状态无关。现今的方法是对制冷装置进行一定量的过量充注而得到过冷，从而使制冷功率得到改善，通过制冷剂向冷凝器的倒流使一部分传热面用于过冷。这种方法的缺点在于，过冷度在不同的行驶状态下将有很大的变化；在制冷剂有较小损失的情况下，过冷度很快就没了。除了由此产生的功率损失外，液体管中饱和状态的液态制冷剂在接收到较少的热量或有较少的压力损失时马上沸腾，产生的蒸气使得膨胀阀达到其调节范围的极限，这导致蒸发器出口处制冷剂的过热度提高,从而使蒸发器传热面积的利用率下降。在压缩机频繁通断的工作过程中，由于压力变化的叠加作用加强了沸腾过程，液体管中的蒸气量大得可以在膨胀阀处产生严重的超高的脉冲噪声。冷凝器组件避免了上述缺点，储液干燥器下部的液态制冷剂通过开口进入冷凝器的过冷段以得到进一步的冷却。通过选择过冷器的面积可以从结构上确定一个需要的过冷度的值。冷凝器组件的优点如下：降低了汽车生产厂在生产、物流和安装方面的费用；降低了维修工作量；降低了系统所需的制冷剂的量，从而进一步改善了空调装置的环保性。最终用户将得益于在较大的充注量范围内而长时间能保持的优化的功率和舒适性。4.减少直接或间接排放的手段汽车动力的更新和新技术的应用,对汽车空调系统提出了新的挑战,也给许多新技术的应用创造了机会。“蒙特利尔议定书”规定,原来在汽车空调系统使用的工质CFC12,在发达国家的使用已经在1996年停止,在发展中国家则在2006年停止。由于各方面的努力，CFC12已逐渐被HFC134a所取代,我国从2001年1月1日起已禁止在新生产的车辆中使用CFC12为工质的汽车空调。HFC134a具有ODP(大气臭氧层破坏指数)为零、GWP(温室效应指数)为CFC12的六分之一、不可燃、低毒性、制冷量和系统性能与CFC12相当等优点,因而作为过渡性的替代工质在世界范围内得到认可,但由于它的温室效应指数仍然较高(为CO2的1300倍),已列入京都协议,规定限制发展的工质范畴。温室气体的直接和间接排放量依赖于空调系统及其零部件的设计水平和产品质量,同时跟车辆运行环境的温度和湿度有关。对一定的制冷剂,直接排放率主要受系统工作压力影响,而环境温度和压缩机输入功率又决定了制冷系统的工作压力。间接排放主要由生产系统所需的能量、保证一定舒适性所必须提供的冷量及制冷系统的效率决定。在某些环境下,燃料消耗引起的间接排放远远大于制冷剂泄漏引起的直接排放量,尤其是在报废之前使用制冷剂回收装置。而在某些气候条件下因为很少使用空调,直接排放则是LCCP的主要部分。减少直接排放的措施:在维修和车辆报废时使用制冷剂回收和再利用设备;改进零部件质量减少泄漏,降低软管汇漏率并尽可能减少软管长度,改进管路接头,在可能的情况用“全封闭”的结构代替开启式压缩机的轴封；减少制冷剂充注量；改用低GWP值且蒸汽压力适当、渗透率较小的制冷剂。减少燃料消耗引起的间接排放:一是通过增加车厢隔热层厚度、改善车厢密封性、减少玻璃传热(如采用光线选择性玻璃、隔热膜)等措施减少车厢热负荷。二是进行压缩机容量调节,减少过度制冷后再加热而引起的能量损耗。如日本电装开发的电控变排量压缩机用电磁阀代替原有变排量压缩机的气动阀,使压缩机输气量可在0～100%范围连续调节,这种结构不仅节能,而且不必安装离合器,因而减轻了压缩机的质量,并大大提高了系统可靠性。三是通过控制、减少摩擦、蓄热、改善传热等措施来提高系统零部件的能源利用效率。换热器将传统的冷凝器、贮液器、干燥过滤器和过冷器合成一体,可确保节流阀前的过冷度而提高效率,且因减小了贮液器的内容积而可减少制冷剂充注量；四是使用高效率零部件以减轻质量；五是采用新的系统或新的制冷剂来达到更佳的LCCP值,并提供令人满意的加热、冷却、除霜、除湿、除雾和湿度控制性能。如一般车辆在冬季将外部空气经加热器引入车室内除雾(新风模式)时,同样量的热风被排出车外,因此造成采暖