炎炎夏日,打开车内空调后,很快会变得凉爽,大家有没有想过,空调是如何将车内的温度降低的?空调制冷的原理,是制造冷气还是搬运热量呢?答案就藏在一对物理现象里,蒸发和冷凝。蒸发就是液态变为气态,是吸热的。冷凝就是气态变为液态,是放热的。

新能源车与燃油车空调区别对比表

对比维度

燃油车空调

新能源车(纯电/混动)空调

压缩机驱动方式(核心区别)

发动机皮带机械带动,需A/C键控制电磁离合器吸合

高压电动压缩机,独立电机驱动,不依赖发动机

制热原理

利用发动机冷却液余热吹暖风,几乎不额外耗能

主流为PTC陶瓷加热(耗电高)或热泵空调(节能,低温受限),需额外耗电

能耗影响

空调消耗燃油,对行驶里程影响较小

空调为耗电大户,冬夏制冷/制热均会明显折损续航

驻车使用场景

熄火后无空调;怠速开空调费油、有尾气、易积碳,不可长时间密闭驻车使用

通电即可开空调,标配驻车/露营/睡眠模式;无尾气、无噪音,可长时间原地使用

核心结构

压缩机、皮带、电磁离合器、张紧轮等,结构相对简单

电动压缩机、高压回路、热泵阀组、换热器等,结构更复杂

维护成本与难度

结构成熟,易损件(皮带、离合器)维修便宜,配件易获取,普通维修店可处理

高压部件维修成本高,需专业新能源维修资质门店,维修难度更大

启动与暖风等待时间

需启动发动机,暖风需等待发动机升温后才有

通电即可启动空调,PTC制热快速,热泵制热稍慢(低温下)

一、空调制冷系统的组成

由电动压缩机、冷凝器(散热风扇)、压力开关、储液罐、膨胀阀、蒸发器(鼓风机)及管路组成。(蓝色字体为室外机部分,绿色字体属于室内机)。


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1.空调压缩机(室外机,噪音大,振动大,发热严重)

空调压缩机在空调系统回路中起驱动制冷剂的作用。压缩机把低温低压的制冷剂(气体)压缩成高温高压的气体。

气体理想方程:PV=nRT

P:压强(压力)

V:体积

n:气体物质的量(≈制冷剂多少、质量) 

R:常数(不用记数值) 

T:热力学温度(开尔文,K)

压缩机是密闭绝热腔体,气体被压缩后剧烈碰撞,会产生大量热量,温度T升高,体积V降低,压强P增大。变更高温高压的气体。

从能量守恒的角度看,气体被外力做功,又不向外散热,做功全部转化为气体内能 → 温度 T 必然升高。


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2.冷凝器(室外机)

冷凝器的作用是对压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进行冷却,使之凝结成高温高压的液体,散热风扇将制冷剂冷凝放出的热量排到大气中。生活中冷凝的例子很多,比如冬季车窗玻璃起雾,夏季从冰箱里拿出一瓶冰冻饮料,瓶身周围变湿,这些都是因为空气中的水蒸气遇冷放热,由气态变为液态,发生冷凝的原因。


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3.蒸发器(室内机)

蒸发器也是一个热交换器,作用与冷凝器相反,它是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化,吸收蒸发器表面周围空气的热量而使之降温,风机将冷风吹到车室内达到降温的目的。类似生活中的烧水壶,吸收热量,由液体蒸发成气体。


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4.膨胀阀

膨胀阀一般安装于储液干燥罐和蒸发器之间。膨胀阀的作用是使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽,然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷的效果。类似于喷头,高压液态制冷剂,突然穿过细小孔,进入宽敞的低压空间,压力会降低,瞬间散开变雾,吸收自身热量,温度直接被拉低。

膨胀阀的核心作用就是节流降压、雾化降温、控制流量。


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5.储液干燥器

(1)储液

接收冷凝器来的高压液态制冷剂,按需供给蒸发器。 

(2)过滤

过滤铁锈、污垢、金属屑等杂质,保护膨胀阀、压缩机。 

(3)干燥

内部干燥剂吸收系统水分,防止冰堵和腐蚀。


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6.压力开关

(1)检测压力

压力开关作用检测制冷系统内部压力,保护制冷系统。

(2)控制压缩机工作

压力过高 :切断压缩机离合器 / 禁止压缩机工作

压力过低 :(缺氟)→ 也切断压缩机,防止损坏

(3)控制冷凝风扇

压力达到设定值 :风扇启动。 

压力更高 : 切换为高速档。 


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7.空调控制器(空调遥控器)

空调控制器作为空调系统的总控中心,协调控制空调系统的工作。空调控制器在通信网络中属于舒适网,与电动压缩机、PTC模块组成空调子网。


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二、空调制冷原理

空调制冷的原理就是压缩-冷凝放热-节流膨胀-蒸发吸热的循环。


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制冷剂通过压缩机后变成高温高压的气体(为什么变为高温高压的气体,请看上文),温度可以达到80-100℃,压力约1-1.5MPa,进入冷凝器(一排铜管)后,与室外空气(温度约30-40℃)进行热交换,80-100℃的气体经过冷凝器后会放热,冷凝成中温高压的液体,所以经过室外机的时候,会感到热浪扑面而来。

液体进入储液罐后,根据蒸发器的需要流经膨胀阀变成低温低压的气液混合物,低温约5℃,通过蒸发器,吸收蒸发器周围的热量,变为气态。室内鼓风机把蒸发器周围的低温吹向室内,降低室内温度。

蒸发器内的低温低压的制冷剂气体再次进入压缩机,开启下一循环的压缩-冷凝-膨胀-蒸发的流程。


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对新能源汽车的空调制冷来说,调节温度的核心手段就是控制压缩机转速。压缩机转速,直接决定空调制冷强弱及降温快慢。

压缩机转速越快,冷媒循环越快,制冷就越强、降温就越快;转速越慢,制冷越弱。

除了压缩机转速,还有这几个辅助调节手段,比如子膨胀阀开度调节、风门调节、鼓风机转速调节等。