热泵技术与空调浅谈电动车的制热问题
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电动车越来越多,最近听到几个有关电动车在冬天表现不好的新闻,本文将为大家简略介绍一下热泵技术的基本原理,以及电动车所遇到的问题。
家里老爷子是制冷系统的工程师,从70年代初开始从事相关工作,所以本人也耳濡目染,对空调和制冷系统有所了解。
1 这个世界只有热量,没有“冷量”
这个世界只有热量,没有“冷量”,所谓的制冷,不是把“冷量”搬到了冰箱里或者室内,而是把热量搬运了出去。这个概念是个很基本的概念,相应的知识是在高中物理中讲到过,学文科的一些朋友可能不了解。其核心概念是,任何物体都是有热量的,即使是零下几十度的严寒,都是有热量的,热量都可以被运走。
只有达到绝对零度(-273摄氏度),才是没有热量的。
2 什么是热泵技术?
理解现代制冷技术的基础就是先得理解热泵技术,否则后面谈的一切均不容易理解。
“泵”这个东西大家都知道,常见的就是水泵,水泵的最大特点并不是把水传输到另一个地方,而是“可以把水从低处送到高处”。
而“热泵”这个概念,就是“可以把热量从低处送往高处”的一种机器,比如我们常用的家用的冰箱,家用的空调,无论是制冷还是制热都是热泵。
而大型的中央空调的原理则比较复杂,室外机负责制冷的部分有好几种制冷的方式,而在夏天把热量搬出办公室的,通常是通过循环水系统,这个系统并不是热泵。
3 热泵系统的原理是什么?
热泵系统的特点是可以把热量从低温处送往高温处,例如在夏季,就是把室内的热量搬向室外,而在冬季制热时,把室外的热量送到屋内。
而实际上,温度越低,温差越大,对于热泵的要求就越高,目前很多国产的家用空调,是很
难完成在冬季的制热的,这是因为他们用的压缩机的功率小,密封性差,用的铜管薄,耐压程度小导致的,所以插一句,大家如果买冷暖空调,会注意到国产的廉价空调都使用什么电辅技术,这其实是很不好的,会非常费电。而进口的一些高档空调,不使用电辅技术,即便在冰天雪地的东北,也可以实现靠压缩机制热。大家可以在网上查到,带有“电辅技术”的空调,通常是两千多元的低端货,而优质的空调,反而都不带“电辅技术”。
这是最简化的热泵系统的原理图
上面这个图就是我们常见的热泵系统的原理图,压缩机将管路里的冷媒(原来是氟利昂,现在是R134A)进行压缩,冷媒从气态变成液态,这个过程就会放热,而经过一个节流阀之后,液态的冷媒压力忽然降低,汽化,就会吸收大量的热。这样就可以实现对热量的输送。
4 汽车上的空调是什么?
在普通的汽车里,空调的原理就是典型的热泵系统,只不过和家用空调不同的是,家用空调使用的是电动机驱动的压缩机,(在家用空调里,电机加压缩机两部分合在一起叫做压缩机。)而汽车的压缩机是由发动机的皮带带动的。极少数的汽车用的压缩机是使用电力驱动的。
汽车的空调原理和家用空调的相同
5 家用空调为什么可以制热?
家用空调的制热和制冷的道理是相同的,不过并不是重新把空调反装一次,也不是让压缩机倒转,而是通过一个巧妙的四通阀实现了制冷和制热的切换。
四通阀这个东西很巧妙,让压缩机的运行方向没有改变的情况下,替换了蒸发器和冷凝器的位置,从而改变了冷媒的运行方向,从而实现了冷暖的切换。
四通阀实物,由电磁控制
6 汽车空调可以制热吗?
普通的汽车上,因为汽车有发动机这个热源,空调系统里是没有设计四通阀的,也就是只能制冷,而不能制热。
7 电动车遇到的尴尬?
电动车上的空调,在夏季还比较好解决,只需要将压缩机变成电动驱动即可。而到了冬季,就会遇到麻烦,因为电动车没有发动机这个热源,所以很多厂家选择了一种最简单的取热方式,就是“电热”,就是利用电阻的热效应产生热量。这样的好处就是简单,但是带来的一个问题就是费电。
具体哪款车用的是空调热泵制热,哪款车使用的是电热制热,这个资料挺难查的,所以笔者对以下描述并不能确认,也欢迎大家多指正:
北汽E电动版:从使用制热会影响续航里程上分析,应该是电阻制热。
北京出租车司机反映:冬天开暖风会缩短续航里程
比亚迪秦:不清楚
雷诺ZOE:
我的同事范鑫同学给了我一组早先他拍的照片,是雷诺ZOE电动车的介绍,图片中可以看出
冬天空调制热一般开到多少度合适他们宣称“使用1KW的电量,产生3KW的制冷,或者2KW的热量”,这个数据就是典型的热泵系统的特点,可以用较少的能源,实现更多制热或者制冷,但是从原理图上面,没有看到四通阀的存在,这点笔者也非常奇怪。