摘要：本文搭修了带水环道的R290电动汽车热泵空调实践台，考虑了差别工况下体系的制冷本能和制热本能。实践结果解说：35 ℃通例制冷工况时，压缩机转速从1 800 r

摘要：本文搭修了带水环道的R290电动汽车热泵空调实践台，考虑了差别工况下体系的制冷本能和制热本能。实践结果解说：35 ℃通例制冷工况时，压缩机转速从1 800 r/min增进到6 600 r/min，体系制冷量从1 789 W擢升至4 027 W，而体系COP从3.65消浸至1.82；45 ℃高温制冷工况时，压缩机转速从2 700 r/min增进到4 500 r/min，体系制冷量从1 973 W擢升至3 031 W，而体系 COP从2.10消浸至1.88；正在-20 ℃/20 ℃低温制热工况、压缩机转速6 000 r/min时，体系制热量为2 911 W，对应的体系 COP为1.80；正在-25 ℃/20 ℃低温制热工况、压缩机转速3 600 r/min时，对应的体系制热量为1 658 W、体系COP为2.16。同时浮现采用水环道的体系形势，普及了体系的安然牢靠性，但与通例轮回体系比拟，体系本能存正在必然水平的衰减，制冷量衰减300～500 W，制热量衰减200～400 W。

电动汽车具有可达成节能减排的特色，受到国际汽车行业的众数注意，近年来获得了神速的生长。然则电动汽车冬季行使时，特别正在严寒或厉寒区域，采暖题目对其生长具有必然的限制性。现有的电加热供暖式样能效低，主要影响行驶里程，热泵身手是普及体系能效的紧张方法。古板R134a制冷剂正面对被逐步取代的题目，于是斥地基于环保制冷剂的电动汽车热泵空调体系是车用空调行业的紧张考虑目标。

自然工质R290的GWP 为0，ODP小于20，具有优越的环保本能和热物理特征，且运转压力与R134a处于统一水准，被以为是一种有出息的取代计划，受到越来越众体贴。正在家用空调范畴，不少学者举办了R290 取代R22制冷剂的联系考虑，囊括制冷本能、低温制热本能、部件本能成亲、充灌量、小管径换热特征等。正在汽车空调范畴，R. K. Dreepaul正在汽车空调装备平分别举办了R134a、R290/R600a(1∶1)的共混物的体系本能测试，结果解说：R290/R600a体系的制冷COP普及了6.5%，排气温度下降了12 ℃；制冷剂充注量仅为R134a体系的35%。Liu Cichong等实践考虑了严寒天气下电动汽车用一次轮回R290热泵体系的制热本能。结果解说：-20 ℃/20 ℃境遇温度、压缩机转速5 000 r/min时，体系的制热量为3 200 W，COP为1.62，出风温度到达46 ℃；而压缩机转速3 000 r/min时，体系的制热量消浸至2 082 W，COP擢升至2.28。同时浮现室外境遇温度对体系制热量有很大的影响，但对体系COP的影响不大，而室内境遇温度对体系制热才智和COP的影响则相反。

目前合于R290取代R134a制冷剂的考虑首要聚积于简单的制冷或制热本能方面，合于R290体系优化及冷热两用的热泵体系的考虑较少。本文正在电动汽车R134a及R1234yf热泵体系考虑的根本上，搭修了带水环道的R290热泵体系实践台，测试压缩机转速、车外境遇温度等对体系的制冷及制热本能的影响。

图1 实践体系道理图Fig.1 Schematic diagram of experimental systemR290热泵体系道理如图1所示。可通过二通阀1～7、电子膨胀阀1和2，达成体系制冷和制热成效的切换。通过载冷剂(即水)向车室供冷和供热，避免制冷剂R290向车室内流露。按照电动汽车空调体系的管事境遇，愚弄NIST9.1软件区别打算夏日通例工况(35 ℃)及高温工况(45 ℃)、冬季通例工况(0 ℃)及低温工况(-20 ℃)下，R290热泵体系的表面轮回本能，此中，压缩机排量25 cm3/r，结果如表1所示。表1 热泵体系表面打算结果Tab.1 Theoretical calculation results of heat pump system

将纯电动汽车用R290热泵空调体系实践台修树于焓差室，愚弄焓差室的室内和室外两侧的境遇参数调控模仿车室内/外境遇及换热器的进风量，如图2所示。采用的R290压缩机排量为25 cm3/r；车外换热器为微通道平行流，53排，2流程，外形尺寸为610×347×14.53(W×H×D，mm3)；车内换热器也是微通道平行流，外形尺寸为290×160×38(W×H×D，mm3)；电子膨胀阀的开度通过脉冲信号调度，调度领域为0～500。

图2 R290热泵体系实践装备Fig.2 R290 heat pump system experiment device

式中：Q为制冷/制热量，W；q为被测车内换热器测点风量，m3/h；ha1为车内换热器进风氛围焓值，kJ/kg；ha2为车内换热器出风氛围焓值，

体系的制冷/制热本能系数 COP的打算伎俩睹公式(2)。此中，系功统耗为压缩机的输入功率，不囊括风机及水泵功耗。R290工质完全物性参数均来自NIST9.1[17]。

式中：Qr为制冷剂侧制冷/制热量，W；mr为被测体系制冷剂流量，kg/h；hr1为板式换热器入口制冷剂焓值，kJ/kg；hr2为板式换热器出口制冷剂焓值，kJ/kg。

式中：Qw为水侧制冷/制热量，W；mw为被测体系水流量，kg/h；tw1为车内换热器入口水温，℃；tw2为车内换热器出口水温，℃。表2为实践体系衡量仪表的不确定度。按照Moffat方程，即公式(3)和公式(4)，不妨估算体系制冷/制热量及COP的相对衡量差错。打算结果解说，制冷/制热量和体系COP的最大相对差错均为±3.0%；制冷剂侧和水侧制冷/制热量的衡量值最大相对差错区别为±4.0%和±2.1%。

基于上述实践台举办了电动汽车空调体系的制冷本能和制热本能的实践考虑。开始，举办了体系制冷剂的最佳充注量实践。R290充注量的肇端点设为130 g，随后以100 g、70 g、50 g、30 g 或20 g的增量向体系充入制冷剂，直至得到最大的体系COP。最终，该体系的最佳制冷剂的充注量为500 g。完全实践结果均基于最佳充注量。图3为境遇温度及压缩机转速对R290热泵体系制冷本能的影响，设定车内温度为27 ℃。跟着压缩机转速的增进，体系制冷量和排气温度接续上升，而体系COP逐步削减。境遇温度35 ℃、压缩机转速从1 800 r/min 增进到6 600 r/min时，制冷量从1 789 W上升到4 027 W，排气温度从68.0 ℃上升到101.3 ℃，而COP从3.65消浸到1.82。境遇温度45 ℃、转速从2 700 r/min 增进到4 500 r/min时，制冷量从1 973 W上升到3 031 W，排气温度从93.1 ℃上升到105.7 ℃，而COP从2.10消浸到1.88。压缩机转速3 600 r/min的要求下，与35 ℃工况比拟，45 ℃工况的制冷量削减11.4%掌握、COP消浸26.2%掌握、排气温度上升20.9%掌握。由图4可知，与无回热器的体系比拟，带回热器的体系制冷量较大，设定制冷量的增幅为回热量；跟着压缩机转速的擢升或境遇温度的增进，回热量逐步变大。此中境遇温度35 ℃、压缩机转速6 600 r/min时，回热量为138 W；与无回热体系比拟，制冷量增进了约3.54%，体系COP擢升了约3.48%。这阐明回热器的行使，有用地改良了体系的制冷本能，显着地减缓了高转速或高温工况下制冷本能的衰减。

图3 差别工况下体系制冷本能Fig.3 Cooling performance of the system

图4 差别工况下体系回热成效Fig.4 Comparison of reheating effect of the system本文核心考虑了境遇温度-20 ℃和-25 ℃工况下体系的制热本能。剖判了电子膨胀阀开度、压缩机转速、车室送风风量对体系制热本能的影响，并索求体系本能蜕化的出处。图5(a)和(b)所示为境遇温度-20 ℃、车内温度20 ℃，体系COP与制热量随电子膨胀阀开度调度的蜕化处境。

图5 (-20 ℃, 20 ℃)工况下体系制热本能Fig.5 Heating performance of the system under(-20 ℃, 20 ℃) conditions跟着电子膨胀阀开度的增进，体系COP与制热量，均映现先上升后消浸的趋向。统一工况下，最优COP对应的膨胀阀开度为最佳阀开度，此时体系制热量到达最大。这解说合意的膨胀阀开度，有助于擢升热泵体系本能；别的，跟着压缩机转速的擢升，最佳开度逐步增大。正在最佳阀开度的要求下，跟着压缩机转速的增进，体系制热量亲切线性增进，而体系COP接续消浸。能够看出：转速正在6 000 r/min，体系制热量为2 911 W，COP为1.80。与6 000 r/min比拟，转速正在3 600 r/min时体系制热量下降约32.5%，而COP普及约27.6%。别的，压缩机转速从5 000 r/min增至6 000 r/min，体系输入功增进了367 W，而供暖才智增进了415 W，是输入功增量的1.13倍，采暖效力仍优于高压PTC电压热。图5(c)和(d)为最佳阀开度时，等熵压缩效力η及换热器对数均匀温差的蜕化趋向。图5(c)可知，跟着压缩机转速的增进，等熵压缩效力呈线 r/min时，等熵压缩效力消浸到0.78。图5(d)可知，板式换热器的对数均匀温差为9.7～14.0 ℃，车内换热器的对数均匀温差为7.2～10.6 ℃，车外换热器的对数均匀换热温差为2.8～3.6 ℃，随压缩机转速的增进呈上升趋向，这首要受制冷剂流量和排气温度的影响。正在压降方面，板换制冷剂侧压降为1～2 kPa，车外换热器压降为13～25 kPa，随转速的擢升而增大，这首要受制冷剂流量和工质黏度的影响。体系运转中，换热器的传热温差、压降及其震荡幅度均不大，呈现了R290工质优越的传热及滚动特征。这也是R290热泵体系具有优越地低温制热本能的出处之一。本文进一步测试了境遇温度-25 ℃、压缩机转速3 600 r/min的极低温工况下，体系的制热本能。图6(a)为车室送风风量对体系制热本能的影响，增大送风风量，体系制热量和COP随之增进。送风量为550 m3/h时，体系制热量和COP区别为1 658 W和2.16。别的，送风量从250 m3/h增至390 m3/h时，制热量和COP区别擢升约12.5%和18.2%；送风量从390 m3/h增至550 m3/h时，制热量和COP区别擢升约6.3%和12.5%。从中能够看出：跟着送风量的擢升，制热量和COP的增进幅度逐步减小。图6(b)为该实践工况对应的体系轮回p-h图。p-h图是按照实测数据绘制的，正在绘制p-h图时，假设膨胀经过是等焓膨胀经过。跟着车内风量的增进，蒸发压力根基维系稳固，冷凝压力大幅度下降，体系COP获得擢升。随风量的增进，冷凝压力的降幅逐步变小，导致体系COP呈非线性增进趋向，增幅逐步减小。于是，增进风量对体系本能改良水平是有限的。

图6 (-25 ℃, 20 ℃)工况下体系制热本能Fig.6 Heating performance of the system under (-25 ℃, 20 ℃) conditions带水环道的体系形势，不妨巩固体系的安然牢靠性，但与通例热泵体系比拟，通过载冷剂(即水)与制冷剂的换热，增进了体系的换热失掉。此时，通过比照制冷剂侧与水侧的制冷/制热量，得到体系本能的衰减处境。本文剖判了车内温度27 ℃，境遇温度45 ℃的制冷工况及车内温度20 ℃，境遇温度-20 ℃的制热工况下，体系本能的衰减处境，本能衰减量为公式(3)与公式(4)换热量之差，结果如图7所示。经剖判可知，与通例体系比拟，带水环道的体系制冷量衰减300～500 W，制热量衰减200～400 W。

图7 差别工况下体系制冷/制热本能衰减Fig.7 System cooling/heating performance degradation under different working conditions

4 结论本文通过实践考虑了带回热器的纯电动汽车用R290热泵空调体系的夏日制冷、冬季制热本能。结果解说：1)正在35 ℃/27 ℃通例制冷工况，压缩机转速1 800～6 600 r/min时，体系制冷量和COP区别为1 789～4 027 W和1.82～3.65；45 ℃/27 ℃高温制冷工况，压缩机转速2 700～4 500 r/min时，体系制冷量和COP区别为1 973～3 031 W和1.88～2.10。2)转速3 600 r/min、车内温度27 ℃时，境遇温度由35 ℃升至45 ℃时，制冷量和COP区别削减约11.4%、 26.2%，排气温度增进20.9%掌握。别的，行使回热器不妨改良体系制冷本能，减缓体系本能衰减；正在高转速或高温工况，成效特别明显。3)正在-20 ℃/20 ℃低温工况、压缩机转速6 000 r/min时，体系制热量到达2 911 W，对应的 COP为1.80；转速3 600 r/min时，制热量为1 965 W，COP为2.30。正在-25 ℃/20 ℃低温工况、转速3 600 r/min，体系制热量为1 658 W，COP为2.16。由此可睹，R290热泵体系正在低温境遇下具有明显供热上风。4)因为R290的易燃性，体系增进了二次换热的水环道，巩固了安然牢靠性，但正在必然水平上酿成了体系本能的衰减；与通例热泵体系比拟，带水环道的体系制冷量衰减300～500 W(境遇温度45 ℃、车内温度27 ℃)，制热量衰减200～400 W(境遇温度-20 ℃、车内温度20 ℃)。

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