摘 要：汽車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的好壞直接影響空調(diào)系統(tǒng)性能的發(fā)揮，好的通風(fēng)能更好的發(fā)揮空調(diào)制冷、采暖及除霜除霧等性能。本文就汽車空調(diào)吹面、 除霜、 除霧和吹角出風(fēng)口面積及風(fēng)速參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與探討。

1  引言

汽車空調(diào)系統(tǒng)已成為汽車中具有舉足輕重的功能部件。汽車空調(diào)系統(tǒng)為汽車提供制冷、 取暖、除霜、 空氣過濾和濕度控制功能，使乘室內(nèi)人員更加舒適，駕駛更加安全。

在整個(gè)汽車空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)道和出風(fēng)口組成空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著將經(jīng)過處理（溫度調(diào)節(jié)，濕度調(diào)節(jié)，凈化）的氣流送到汽車駕駛艙內(nèi)，以完成駕駛艙內(nèi)通風(fēng)，制冷，加熱，除霜除霧，凈化空氣等的功能。通風(fēng)系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)才能使空調(diào)系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最大化，通風(fēng)參數(shù)如何設(shè)定才能駕駛室感覺更舒適、與探討。

2  汽車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1  風(fēng)道的布置

風(fēng)道是連接空調(diào)器與出風(fēng)口的通道,是空調(diào)系統(tǒng)中制冷和制熱空氣的通道。目前空調(diào)系統(tǒng)零部件由空調(diào)廠商提供,作為空調(diào)系統(tǒng)一部分的風(fēng)道設(shè)計(jì), 需汽車整車設(shè)計(jì)部門做匹配設(shè)計(jì), 車廂內(nèi)的空氣流場與溫度場不僅與車廂結(jié)構(gòu)以及空調(diào)制冷系統(tǒng)有關(guān),還與空調(diào)風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形狀密切相關(guān)。風(fēng)道的布置走向、 風(fēng)道占用空間(截面積)以及風(fēng)道中空氣的流速等均影響車廂內(nèi)的制冷效果,影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和舒適性，以轎車為例，風(fēng)道的布置如圖 1。


圖 1 風(fēng)道布置示意圖

2.2  吹面風(fēng)道設(shè)計(jì)

2.2.1  橫截面

欲獲得滿意的出風(fēng)口空氣流量，必先獲得滿足要求的風(fēng)道橫截面積，為達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)給出的流量要求，風(fēng)道設(shè)計(jì)允許的最低限度應(yīng)為 10CFM的流量有 1.0 平方英寸的面積，即風(fēng)道橫截面積不能低于這一最低限度要求。舉個(gè)例子，假如某吹面風(fēng)道出風(fēng)口的流速要求是 65CFM,，則最小橫截面積要求為 6.5 平方英寸。故而通向該出風(fēng)口的風(fēng)道軸向上每一點(diǎn)的橫截面積都必需大于等于 6.5平方英寸，如圖 2。


圖 2 風(fēng)道截面示意圖

在保持最小面積不變的情況下，沿風(fēng)道軸向的橫截面積可能保持不變，也可能逐漸減少（收縮）或變大（擴(kuò)張），對(duì)于收縮部分，收縮角必須小于 40°，一般說來，收縮角要盡量小，如圖 3。


圖 3 風(fēng)道收縮角截面示意圖

對(duì)于擴(kuò)張部分，兩壁間的夾角要小于 14°，以免風(fēng)流紊亂和不必要的壓力損失，這二者會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量減少和噪音增加，如圖 4。


圖 4 風(fēng)道擴(kuò)張角截面示意圖

對(duì)任何截面積的突變都要予以避免，因?yàn)闄M截面的突變會(huì)增加壓力損失，從而導(dǎo)致風(fēng)量的減小。在 HVAC 與吹面風(fēng)道的對(duì)接處，風(fēng)道垂直深度不能小于出風(fēng)寬度，這樣做的目地是避免吹面風(fēng)道進(jìn)風(fēng)高壓損失，進(jìn)而風(fēng)量減小，如圖 5。


圖 5 風(fēng)道垂直長度示意圖

2.2.2  轉(zhuǎn)角

所有轉(zhuǎn)角折彎都須有很大的轉(zhuǎn)角半徑以使轉(zhuǎn)角處的壓力損失最小化。減少風(fēng)道轉(zhuǎn)彎次數(shù)并盡量保持風(fēng)道在轉(zhuǎn)角處以最大內(nèi)側(cè)半徑轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑的尺寸最小要于轉(zhuǎn)角處風(fēng)道寬度相等。例如：風(fēng)道寬度 50mm，則轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑最小為50mm。假如轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑太小的話，將會(huì)引起風(fēng)流紊亂。風(fēng)流紊亂致使轉(zhuǎn)角后部出現(xiàn)渦旋，會(huì)極大的減小風(fēng)道的有效橫截面積，進(jìn)而導(dǎo)致壓力損失、噪音增加以及風(fēng)量減小。如圖 6。


圖 6 風(fēng)道轉(zhuǎn)彎半徑示意圖

當(dāng)有造型要求時(shí)，需要用到風(fēng)道的長寬比來滿足系統(tǒng)性能，所必須的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角半徑可以通過風(fēng)道自身來減小，即將風(fēng)道設(shè)計(jì)成沿橫截面最小長度來轉(zhuǎn)彎。如圖 7。


圖 7 風(fēng)道轉(zhuǎn)彎半徑示意圖

2.2.3  風(fēng)道的分支

對(duì)于有兩個(gè)或更多分支的風(fēng)道，每個(gè)分支的最小橫截面積需要根據(jù)所需的出風(fēng)口風(fēng)速來定。例如三分支的風(fēng)道橫截面積的需求。#3 出風(fēng)口的出風(fēng)面積是出風(fēng)口 #1 和#2 的兩倍，因?yàn)槌鲲L(fēng)口#3 的風(fēng)量要求是其他兩個(gè)出風(fēng)口的兩倍，如圖 8。


圖 8 風(fēng)道分支風(fēng)速與截面積示意圖

例如五分支的風(fēng)道橫截面積的需求，如圖 9。


圖 9 風(fēng)道分支風(fēng)速與截面積示意圖

2.2.4  風(fēng)流方向性

風(fēng)道和出風(fēng)口的設(shè)計(jì)應(yīng)能使吹面風(fēng)直接吹到乘員身體上的正確目標(biāo)點(diǎn)，乘員應(yīng)能通過吹面風(fēng)道格柵的葉片根據(jù)舒適性需求自如的調(diào)節(jié)風(fēng)向，經(jīng)典目標(biāo)區(qū)域垂直分布于目標(biāo)點(diǎn)（乘員眼部）和 H點(diǎn)（乘員髖部）之間，橫向目標(biāo)區(qū)域?yàn)槊恳粋€(gè)乘員的從左側(cè)至右側(cè)的區(qū)間，吹面風(fēng)應(yīng)能自然的將目標(biāo)面積中的每一個(gè)角落吹到。當(dāng)風(fēng)道上出風(fēng)那一段是直接指向目標(biāo)區(qū)域的中點(diǎn)時(shí)，出風(fēng)格柵葉片是影響風(fēng)向的第一要素。筆直指向出風(fēng)口的風(fēng)道長度最少應(yīng)為 “壓力直徑” 的 3 倍，風(fēng)道的壓力直徑由以下式定義：

壓力直徑 =4×橫截面積÷風(fēng)道周長

2.3  除霜除霧風(fēng)道設(shè)計(jì)

除霜風(fēng)道最重要的作用是將結(jié)在擋風(fēng)玻璃外側(cè) 的 冰 融 化 掉 ， 目 前 本 公 司 采 用 的 是 國 標(biāo)“GB11555-2009汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法”。除霜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是清除標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前擋風(fēng)玻璃的區(qū)域、鼓風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能防止擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面結(jié)霧等。為達(dá)到以上目標(biāo)，需要確定出風(fēng)口數(shù)量和出風(fēng)口位置等，不同數(shù)量的出風(fēng)口有以下優(yōu)缺點(diǎn)及出風(fēng)口位置，如表 1、 表 2。

表 1 不同數(shù)量出風(fēng)口的優(yōu)缺點(diǎn)列表


表 2 擋風(fēng)玻璃角度與出風(fēng)口位置示意圖


為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)預(yù)期目標(biāo)，風(fēng)道在除霜出風(fēng)口前應(yīng)有一段筆直的部分，其長度是 2 倍的壓力直徑。流向與擋風(fēng)玻璃的夾角（流向影響角），應(yīng)控制在30°到 60°之間。如圖 10。


圖 10 風(fēng)速流向與擋風(fēng)玻璃的夾角示意圖

2.4  吹腳風(fēng)道

吹角風(fēng)道的作用是向駕駛員和附駕駛員的腳部輸送暖風(fēng)，并通過后吹腳風(fēng)道分配一部風(fēng)流量到后排空間出風(fēng)口風(fēng)速 400 英尺 / 分。吹腳模式下由 HVAC 吹出的總風(fēng)量分配如表3。

表 3 HVAC 出風(fēng)口風(fēng)量分配


對(duì)于有后吹腳風(fēng)道的汽車，前部和后部的風(fēng)量分配都要做到左右均衡，推薦對(duì)風(fēng)量作如表 4。

表 4 HVAC 后吹腳風(fēng)道分配