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原文传递采用低GWP制冷剂的电动汽车空调系统性能研究

论文题名：	采用低GWP制冷剂的电动汽车空调系统性能研究
关键词：	电动汽车;空调系统;全球变暖潜能值;制冷剂;热负荷
摘要：	近年来，纯电动汽车作为汽车未来的发展方向，能有效地缓解能源危机和减少大气污染，因此受到了广泛的关注。相比燃油汽车，纯电动汽车采用电机驱动，车舱不能利用发动机的余热供热，空调成为耗能最大的辅助设备，其能效比将对车辆的续航里程造成严重影响；随着欧盟关于在汽车空调中使用低全球变暖潜能值（GlobalWarmingPotential，GWP）制冷剂的环保法案的实施，世界各国也加速了对目前汽车中普遍使用的R134a制冷剂的更替。本文将高效节能的热泵系统作为研究对象，选取可以在R134a系统中直接替代的低GWP制冷剂R1234yf和R513a作为替代制冷剂，设计了一套纯电动汽车热泵空调系统，对使用低GWP制冷剂的空调系统的制冷性能进行了实验研究，并对热泵空调在低温环境下的制热性能进行了探索。本文的主要研究内容和研究成果如下：　　一、对国内外相关研究的进展进行了文献综述。对比了几种纯电动汽车空调系统的优缺点，通过对低GWP制冷剂R1234yf和R513a的热物性和在汽车空调中的系统性能等方面文献搜集和分析，确定了R1234yf和R513a在R134a热泵系统中直接替代的可行性。　　二、采用稳态分析法对整车热负荷进行计算，并对热泵系统循环过程进行了分析。根据所搭建的汽车热泵空调系统，建立纯电动汽车空调系统及其主要部件的稳态仿真模型。通过KULI软件对系统进行一维稳态仿真计算，将系统稳态计算值与实验结果进行对比，仿真计算的误差在可接受范围内，可用来对优化设计后的汽车空调系统进行模拟计算。　　三、设计并搭建了纯电动汽车热泵空调系统性能测试台架。实验台的部件根据空调负荷计算进行选型，系统基于目前在燃油汽车中普遍使用的三换热器空调进行设计，适用于R134a和R1234yf等制冷剂，可实现在变转速、变开度、变风速等工况下的系统性能测试实验。　　四、对所搭建的空调系统分别采用R1234yf、R513a和R134a制冷剂进行了变工况系统测试，包括制冷剂充注量实验、压缩机转速和电子膨胀阀开度实验，对比分析三者的系统性能。实验结果表明，R134a、R513a和R1234yf系统的最佳充注量分别为1100g、1050g和1000g；开度在20%~25%之间时三个系统的性能均达到最佳；随着压缩机转速的提高，系统的制冷量增大，但COP（Coefficientofamp;nbsp;Performance）降低；R513a系统和R1234yf系统的制冷量和COP均低于R134a系统。　　五、考虑到纯电动汽车热泵空调在低温下制热性能衰减问题，建立了采用补气增焓技术的汽车热泵空调系统的热力学分析模型，对比了补气增焓技术对R134a、R513a和R1234yf热泵系统的影响。在低温环境下，补气增焓对系统的制热量提升较为明显且制热能力更为稳定，但对系统COP的影响不大。通过对比发现，补气增焓技术对R1234yf系统性能的提升效果最好。
作者：	张蓓乐
专业：	流体机械及工程
导师：	陈小砖
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2020