A1-05 · 基础理论与共性技术 / 传热与热力学基础
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 计算制冷 / 制热 COP，并定位 COP 的主要制约因素
- 量化过热度、过冷度对循环效率与压缩机安全的影响
- 根据热负荷匹配制冷量，理解变工况与部分负荷特性
- 在能耗（续航）与制冷量之间做工程权衡
内容大纲
- 性能指标定义
- 制冷 COP_cool=Q̇_evap/W_comp；制热 COP_heat=Q̇_cond/W_comp=COP_cool+1——**同工况点的恒等关系，不可跨工况互推**
- 部件口径 COP vs 系统口径 COP：口径之别在**边界**不在名字（EER 与 COP 之别是量纲或制冷/制热）；SEER 是房间空调的季节能效，车用无对应定义，全年能耗用 WLTC/CLTC 行驶循环口径
- 卡诺上限与逼近程度：**制冷上限 T_evap/(T_cond−T_evap)、制热上限再 +1**；上限一律按蒸发/冷凝温度（内部基准）算，与源温基准不可混报
- 㶲效率视角（引子）：COP 只答搬了多少热，㶲效率答离理想差多少、损失落在哪个环节——熵产与㶲损的定量算法见 A5-07
- COP 的影响因素
- 蒸发/冷凝温差越小 COP 越高（每 1℃ 约影响 2–4%）
- 压比与压缩机等熵效率
- 环境温度对冷凝的挤压
- 风量/水量对两器换热的影响
- 过热度控制
- 蒸发器出口过热度目标区间
- 过热度过小 → 压缩机液击风险
- 过热度过大 → 蒸发器面积浪费、制冷量损失
- TXV / EXV 的过热度闭环控制
- 过冷度
- 冷凝器出口过冷度对制冷量的增益
- 抑制节流前闪发气体
- 过冷度 vs 冷凝面积/充注量
- 经济器/回热对过冷的作用
- 制冷量匹配与变工况
- 设计工况 vs 全气候实际工况
- 部分负荷与频繁启停
- 变频/变排量压缩机调节
- 高温怠速、快充散热等极端工况
- 启停代价随负荷率**非单调**：f_cycle 在 LR≈50% 的半载点最高，两端反而低；季节能效被开停机损失系数 C_D 扣一块；变频只把开停机推迟到最低可持续转速以下、并未消灭它（判据与硬件路线见 K3-02、G1-02）
关键公式
COP_c = Q_e / W = (h₁−h₄)/(h₂−h₁)
制冷能效：制冷量与压缩功之比
COP_heat = Q̇_cond/W_comp = COP_cool + 1
制热能效比制冷高 1（多回收了压缩功那份热）。**只在同一工况点成立**——它是 Q_c = Q_e + W 在**同一台机器、同一对蒸发/冷凝温度**下的恒等变形。冬季制热与夏季制冷是两个不同工况点，**不能拿夏天的 COP_c 加 1 去推冬天的 COP_h**
COP_carnot = T_c/(T_h − T_c)
逆卡诺循环理论上限，温差越小上限越高（温度用绝对温标）
Q_e = ṁ·(h₁−h₄)
制冷量 = 质量流量 × 单位制冷量；流量随压缩机转速/排量变
EER = Q_e / P_input
能效比：用输入电功率（含风机泵）算，比 COP 更贴整机
f_cycle ∝ LR·(1−LR)·Q̇_comp,min/(C_sys·ΔT_db)
定容量开停机的启停频次量级关系（LR=负荷率、Q̇_comp,min=压缩机最小可持续容量、C_sys=被控对象有效热容、ΔT_db=控制死区）：**极大值出现在 LR≈50% 的半载点**，负荷两端反而低；本课只给量级，判据取值与硬件决策见 K3-02
关键概念
COPEER / SEER卡诺 COP过热度过冷度闪发气体制冷量匹配变频调节液击经济器部件口径 COP / 系统口径 COP开停机损失系数 C_D
推荐工具与标准
CoolProp / REFPROP GT-SUITE（系统级循环仿真） KULI / AMESim Dymola / Simscape（Modelica 库）
GB/T 37123-2018《汽车用电驱动空调器》（2018-12-28 发布 / 2019-07-01 实施，推荐性）与 QC/T 656-2023《汽车空调用空气调节装置总成》（2023-04-21 发布 / 2023-11-01 实施，代替 QC/T 656-2000）——电动压缩机空调整机的对口件；原挂的 GB/T 21361《汽车用空调器》射程是燃油车（发动机驱动）空调器整机、且只管制冷，不覆盖本课的电动车、热泵与制热。热泵制热能效判据是否被上述两件覆盖，按现行版本确认 SAE J2765（现行版 J2765_201707 / JUL2017，Procedure for Measuring System COP of a Mobile Air Conditioning System on a Test Bench）——**射程仅限制冷（A/C）工况的台架系统 COP 测量**；本课只引它界定「系统 COP 含风机水泵等辅件」这条**分母口径**，不作制热判据，热泵 / 制热能效口径须按对应的现行标准确认 ISO 5151 / ASHRAE 相关能效测试
工程案例
电动车高温怠速空调 COP 塌陷：环境 40℃、怠速风量小 → 冷凝温度飙到 65℃+、压比拉大、COP 从 3+ 掉到 1.5，制冷量与续航双输。分析怎么靠加大冷凝器面积/增强前端风量/提高过冷/换热泵架构来救。
动手做
交付物 · 对一台电动车空调，给定制冷/制热两组工况的 p-h 数据，① 分别算部件口径 COP_cool、COP_heat 与系统口径 COP_sys（并标出各自的分母边界）；② 分析高温工况 COP 塌陷的主因；③ 提出 2 条可量化的改善措施并估算收益。
常见误区
- 只看制冷量不看 COP，牺牲能耗（续航）换制冷
- 过热度设太小导致压缩机周期性液击损坏
- 用设计工况 COP 代表全气候全工况
- 算 COP 只算压缩功、漏掉风机/水泵电耗（应看 EER）
- 拿制冷的卡诺上限当热泵天花板：制热上限要再 +1（低温工况这一少就是约三成）；另外按蒸发/冷凝温度（内部基准）与按舱内/环境源温算出的上限差数倍，不可混报、更不可交叉算逼近度
- 以为"负荷越低启停越频繁"：频次的极大值在半载点（LR≈50%），标定与验证只挑最冷/最热两端会正好漏掉最难受的工况
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