C1-05 空调系统能效(COP)优化路径
课程代码 C1-05 · 板块 C 乘员舱空调与 HVAC / 制冷系统与循环 时长 约 3.5 小时(9 讲) 前置 A1-05 COP 与过热过冷;C1-02 四大件选型匹配 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义,是 C1-05 大纲的完整展开版
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| 你手上的事 | 直接看 | 还要配 |
|---|---|---|
| 审一份「空调能效优化」方案 | 第 1 讲:把一个 COP 数字拆成五类可定位的损失,逐条判这份方案打的是哪一项 | 第 6 讲(报数前分子分母两侧口径都要声明)、第 7 讲(按工况谱加权后名次会变) |
| 排一版能效改进的投资优先级 | 第 7 讲:按「权重 w_i × 该工况下的 ΔRange_i」排序,⛔ 不按单工况的绝对耗电排 | 第 5 讲(ΔRange 单点折算式,三个输入量各自怎么拿到自己的数) |
| 定一条能效判据,或给供应商下指标 | 第 6 讲:分子三种 × 分母三种的口径矩阵;本课「不给数」的量列成明表,每条带去向 | 第 8 讲(射程声明模板:工况/工作点/硬件状态/口径四句,缺一不许外流) |
| 诊断一台「同工况 COP 变差」的车 | 第 9 讲:设计期/标定期/在役期三段分诊;再热到底是不是浪费的四步判别链 | 第 1 讲(四项损失+第五类饱和温度滑移各自的体征量) |
| 在本平台上测出本课不给的那几个数 | 第 8 讲:压降到 EER_sys 的斜率、蒸发温度上移的增益斜率与卡诺分数、EER 极值的扫点法 | 第 2 讲(部件曲线与系统曲线必须同时记,只记一条事后推不出极值) |
⛔ 本课不覆盖——
【不讲哪些题目】制冷循环性能指标与过热过冷的基本定义(A1-05,本课的前置)· 四大件选型匹配与容积效率(C1-01/C1-02,压缩机本体去 G1-02)· 内部热交换器本体的结构形式、效能定量与三笔代价核算(G2-08)· 热泵低温制热衰减曲线与除霜循环平均口径(C3-02)· 座舱负荷的逐项取值与围护传热(C1-06)· 整车夏季掉电的分项账(B4-05)· 整车试验规程口径,即设定温度、风量、浸车与日照怎么固定(L3-04)· 跨冷却液回路与风路的排序所需的㶲口径(A5-07)· 在役趋势转服务决策的门限(K5-05)。
【⛔ 真正不给的数】① 标准条款的限值、等级号与条款内容——本课只写各标准管什么、答不了什么,条款须查现行版本原文,版次以现行目录为准;② 本平台的验收阈值:除雾临界(取值与判据去向 C4-04/C1-06,并以本平台实测确认)、制热热源的切换门限与风机风量上限(去向 K 板块的控制标定与本企业规范);③ 教学假设之外的具体产品参数:卡诺分数、压降到 EER_sys 的换算斜率、EER 随冷凝风量的极值位置、工况谱权重 w_i 与年度耗电 E_年——它们随运行点、硬件与地域移动,一旦编一个通用值就会被到处取用,去向第 8 讲的平台标定法。⚠ 有工程典型区间的那些量(蒸发温度上移的增益斜率、P_AC 与 P_drive、饱和温度滑移、热泵制热系数 COP_hp)本课在正文里给区间与常见值锚点,⛔ 不在这一栏。
引言:部件 COP 涨了,而整车的电表读数没变
一场很常见的方案评审:桌上四条措施——换变频压缩机、加大冷凝器、加内部热交换器、把控制策略改成按需制冷。四份材料都写着「可提升 COP」,四条都不假。评审会开了两个小时,结论是「都有道理」,于是预算投给了看得见摸得着的那两块硬件。三个月后台架数据回来:压缩机那一项的 COP 确实涨了,而整车高压总线上的空调总电功率几乎没动。
这门课要治的就是这件事,而它只有两条判断贯穿到底。
第一条:标尺只有一把。本课的主标尺是整车电气边界上的系统能效比 EER_sys——分子是蒸发器的空气侧全热制冷量,分母是系统电气边界的总输入电功率 P_input,即压缩机电功 W_comp 加上冷凝风扇、鼓风机与各路冷却液泵的寄生功 P_par(严格定义与边界在第 1 讲)。它最终折成两个能对外沟通的量:单项措施的续航增益 ΔRange,以及年度空调耗电量 E_年。⇒ 于是有一条今天就能用的判据:一项措施若把部件口径的 COP_c 抬上去、而 EER_sys 掉了下来,在本课口径里它算「没有收益」,⛔ 不是「收益小」。这不是措辞讲究——「收益小」意味着它还排在队列里、还可能被凑数通过,「没有收益」意味着它被踢出队列。这条判据第一次砸下来是在第 1 讲的第四项损失(寄生功),此后第 2 讲的风量极值、第 5 讲的续航折算、第 7 讲的加权年度账都会回到它。⇒ 对应的动作只有一个,而且不花钱:你这份报告里每出现一个 COP 或 EER,就在它旁边写出分子取的哪种口径、分母含哪几路电。做不到这一句,后面所有的排序都不可比。
第二条:优化是有顺序的。顺序是「先拆损失项 → 再对症下药 → 再按工况谱加权折算 → 最后用除雾安全把结果框住」,⛔ 不是抓住一条猛拧,也⛔ 不是只换硬件不动标定。这条顺序有现金价值:本课案例里零边际成本的那一条——把蒸发温度从压死的低位抬到刚够除湿——就占了全部续航收益的近一半(案例三个输入量为教学假设值,⛔ 不对应任何平台,算式在第 5 讲逐步写出供复算)。而缺了「折算」这一步的评审只能说「都能提能效」,钱最容易投到看得见的硬件上,最便宜的那条被留在桌上。
然后是两条最容易读反的话,它们读反之后都不会报错,只会安静地把预算和标定带偏。
反钉子一:「空调在高速工况下耗电占比最高,所以能效优化要盯着高速工况做」——方向正好相反。续航折算式 ΔRange ≈ ΔP_AC/(P_drive + P_AC)·Range 的分母里坐着驱动功率 P_drive:高速时 P_drive 大,同样一份 ΔP_AC 换来的续航比例最小;而低速市区、堵车、驻车浸车这些工况 P_drive 小甚至趋零,同一个 0.3 kW 的节省在那里最值钱。⇒ 照读反的那句去做,会把标定工时与硬件预算投到收益最薄的那一段工况上,而且因为高速段的绝对耗电确实最高,报表上看起来还很有道理——这正是它难被发现的原因。⇒ 正解:耗电占比高的工况 ≠ 优化收益大的工况;排序要按「工况权重 w_i × 该工况下的 ΔRange_i」加权(第 7 讲,那一讲会用同一组措施把名次真的翻一次给你看),⛔ 不按单工况的绝对耗电排。
反钉子二:「看到 PTC 或再热在工作,就判定系统在做无谓再热」——也反了。中等温度高湿工况下的再热是除湿的必要代价:蒸发器必须先把空气降到露点以下把水凝出来,再把它热回舒适温度,这一步砍掉就直接撞上起雾安全线。⇒ 照「有再热就砍」去做,第一个动作通常是把蒸发温度 T_evap 往上抬去消掉那份再热,而第一个撞上的是风挡起雾——那是视野丧失,⛔ 不是一项可以被能效收益抵消的代价。⇒ 判据⛔ 不是「有没有再热」,而是「这份再热是不是由一个低于除湿所需的 T_evap 设定造成的——把 T_evap 抬到刚够除湿,这份再热能不能自己消掉」。第 9 讲把它拆成四步可执行的判别链(量出风温差 → 算所需露点 → 判可消掉的那部分 → 判成因属哪一类)。
本课的射程,以及它答不了什么。这张账的边界是制冷剂回路加上电气寄生功,⛔ 不含整车其它负载;「制冷侧还是水侧先改」这类跨回路排序,用能量口径的表答不了,要换㶲口径(A5-07)。ΔRange 的单点折算只用于单项措施排序,⛔ 不用来回答「这台车夏天到底掉多少电」——那是要逐笔列支再合账的另一本账(B4-05)。本课对平台相关量的处理是:有工程典型区间的给区间加锚点并注明是典型值、须实测确认;确实随运行点与硬件大幅移动、给了就会被当通用值取用的,本课交出的是标定方法与射程声明模板而不是数字——哪些量属于后一类、为什么、去哪里拿,第 6 讲列成一张明表,第 8 讲教你把它们测出来。
九讲的路线。第 1 讲拆账:从卡诺上限逐级掉到 EER_sys 的瀑布,四项损失之外还有一类不长在部件上、长在部件之间的损失(制冷剂侧压降造成的饱和温度滑移),以及一个显式标出的二阶项框。第 2 讲部件级:变排量/变频、加大换热面积(在 EER 口径上有极值,⛔ 不是越大越好)、电子膨胀阀控过热度、内部热交换器回热,并说清压缩机的高效带与整车最优点为什么不重合、往哪一侧偏。第 3 讲控制级:按需制冷、蒸发温度上移、变风量与内外循环、前馈控制。第 4 讲架构级:热泵替代 PTC、余热回收、二次回路权衡、与整车热管理集成,制热热源是一条带条件分支的决策链而不是一次两两比较。第 5 讲把能效折进整车账:预空调、分区送风、ΔRange 式与它的射程、除雾底线,末尾走完整案例。第 6 讲口径体系与属主边界。第 7 讲工况谱与年度账 E_年。第 8 讲在你自己的平台上把那些数标定出来。第 9 讲反过来用:把一台车的能效缺陷判出来,并按代价从低到高逐项处置。
第 1 讲 系统 COP 拆解:从卡诺上限掉到系统 EER
一台车的空调"能效不好",最常见的处置是拿一个 COP 数字去试着改改看——调一下设定点、加大一点冷凝器、换一颗效率更高的压缩机,再回台架上看数有没有变好。这条路的问题不在于它不起作用,而在于它不可归因:数变好了不知道是哪一项在起作用,数没变好也不知道该往哪儿再推一步。
本讲要做的只有一件事:把那个总数拆成"理想上限 − 一串可以单独定位的损失项",并且给每一项配一个独立的体征量和独立的处置。拆完之后,后面每一讲讲的都是其中某一项上的一个具体旋钮。
本讲先把口径钉死,后面九讲都靠它。以下四条是全课的符号与口径纪律,读的时候先记住,正文里不再重复:
- 凡写"蒸发温度 / 冷凝温度"而不加说明的,一律指器内的制冷剂饱和温度——T_evap,coil 与 T_cond,coil。凡是涉及压比 π 的推导,必须换成压缩机吸排气口压力对应的饱和温度 T_evap,suc 与 T_cond,dis,两者之差要显式写成滑移量 ΔT_slip。本课不允许出现不声明取点的"蒸发温度"。
- 压缩机的输入功 W_comp 一律取电功(含电机与逆变器损失),不取轴功。电动压缩机在车上就是从高压总线取电的,取电功才和整车电耗同一本账。若引用供应商数据表上的轴功 COP,必须当场注明口径不同并换算之后再比。
- 制冷量 Q_e 一律取空气侧全热口径:Q_e = ṁ_air·(h_in − h_out),含潜热。只记显热会在高湿工况下把制冷量记小、把 COP 记低。
- 逼近度分两个量记:蒸发侧 ΔT_app,e、冷凝侧 ΔT_app,c,本课不写裸 ΔT_app。它们是两侧不同介质、不同成因的两道温差,混成一个符号之后就没法说清"是哪一头在多付"。
- 舍入:COP/EER 报两位小数,相对增益与占比报到 0.1%,功率报到 0.01 kW,温度报到 0.1 K。同一个量在正文、表、图、图注里同值同舍入。
1.1 先把记账边界钉死:这张表管什么、答不了什么
拆解之前要先回答一个比"怎么拆"更靠前的问题:这张表在给谁记账。
本课的记账边界是制冷剂回路 + 电气寄生功:框里是压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器这一条制冷剂回路,加上四路从高压总线取电的辅机——冷凝风扇、鼓风机、服务于制冷回路的各路冷却液泵(若有二次回路,它的泵也在内)。框外被显式排除的有两个域:冷却液回路与空气侧风路。整车其它负载(驱动、低压用电器、DC/DC 自身损失)都不在分母里。
为什么要把排除域也画出来:因为这张表用的是能量口径,而能量守恒只管数量、不管品位。同样记成 1 kW 的"损失",落在冷凝侧、落在冷却液回路、还是落在风路里,能量口径把它们记成同一笔账——但它们的可用性并不相同。于是这张表答不了一类很常见的问题:"我该先改制冷侧还是先改水侧?"这是跨回路的排序问题,要回答它必须换成㶲(可用能)口径去算熵产与部件级㶲损,方法归 A5-07——那门课正是把本课这张能量口径的表升级成㶲口径的,本课不重讲㶲分析,只负责交出这张表和它的边界声明。
两个高频误用,都发生在边界上:
- 拿这张表去做整车损失定位。它只管制冷回路加四路寄生功;整车夏季那本掉电账里还坐着电池 Chiller 分走的冷量等支出,那本账要逐笔列支再合账(去向 B4-05)。
- 在同一张排序表里混放能量口径与㶲口径的两个数。两个数各自都对,放在一起排序就没有意义。
还有一条边界上的灰色地带要事先讲明:风门电机与控制器待机,本课口径不计入。如果你的平台把它们计入了,那么对账的两侧必须同时改——绝不允许一侧含、一侧不含,那是最难被发现的一类口径错,因为两边的数看起来都很合理。
本节可以立刻拿走的东西:在你的能效报告首页,用一句话写清分母里有哪几路电、分子是全热还是显热。这一句话决定了这份报告能不能和别人的比。
1.2 拆解表的骨架:从卡诺上限逐级掉到 EER_sys
有了边界,就可以画那张瀑布了。左端是同温升下的理论上限:
COP_carnot = T_evap/(T_cond − T_evap),T 必须用 K。
这一步是纯热力学关系,可以逐点复算,不引任何数据表。举个量级的例子:T_cond = 50 ℃(323.15 K)、T_evap = 2 ℃(275.15 K)时,COP_carnot = 275.15/48 = 5.73。注意"48"这个分母——它是温升(K 与 ℃ 的差值相同),而分子必须是绝对温标下的 275.15,写成 2 就全错了。这也是为什么本课把"进卡诺式必须同时写出 K 值"写成一条硬纪律。
从这个上限往右,依次扣掉四级:
- 压缩机那一级——等熵效率与电效率(1.3、1.4 展开);
- 两器逼近度那一级——有限硬件抬高了实际温升(1.5);
- 节流不可逆那一级——等焓节流只产熵、不回收功(1.6);
扣完这三级,落到部件口径的 COP_c = Q_e/W_comp。再往右还有第四级:
- 电气寄生功——扣到系统口径的 EER_sys = Q_e/P_input(1.7)。
为什么这张图上一个百分比都不给:因为四项的相对权重随工况大幅移动。高温 pull-down 时温升大、流量大,逼近度与节流两项占大头;巡航小负荷时压缩机远离设计点,等熵效率那一项抬头。一个"压缩机 40%、两器 30%、节流 20%、寄生功 10%"的分配一旦写进讲义,它会立刻被当成通用值抄到各处去——而它连在同一台车上都不成立。本课不给固定的百分比分配;你要的分配只能在你自己的工况点上算出来。
拿到自己那张表的路径是:在稳态台架上固定一个工况点,同时记录 Q_e(空气侧全热)、W_comp(电功)、四路寄生功、两器进出口的制冷剂压力与空气温度,再按 1.3~1.8 各节给出的体征量逐项归位。工况怎么固定归 L3-04,扫点流程在第 8 讲。
两个易错点:
- 把这张表当"整车损失定位法"用——它只管制冷回路加寄生功,边界见 1.1。
- 把这四项当成全集——它不是。第五类在 1.8,还有一类显式点名但不展开的二阶项在 1.9。
1.3 第一项:压缩机不是"一个效率",是三个相乘的量
方案评审里最常见的一行字是"压缩机效率 0.7"。这一行至少压着三层不同的东西,把它们合并成一个常数代进全工况,账一定算歪:
| 层 | 符号 | 它在损失什么 | 它随什么变 |
|---|---|---|---|
| 压缩过程本身 | η_is | 摩擦、内泄漏带来的不可逆——理想等熵压缩功与实际压缩功之比 | 压比、转速 |
| 电到轴那一层 | η_mot | 压缩机电机与逆变器的电损 | 转速、扭矩 |
| 几何与工况的匹配 | Vi 对 π | 内建容积比 Vi 与系统实际要求的压比 π 对不上,造成欠压缩或过压缩 | 系统给的 π |
η_is 与 η_mot 是两个相乘的量,本课不许合并成一个"压缩机效率"。理由很实在:电动车的压缩机是电驱动的,而供应商数据表上给的常常只是 η_is,或者只是某一转速下的综合值。漏掉 η_mot,部分负荷下的账会算得偏乐观——因为电机与逆变器的效率在低转速、低扭矩区掉得比 η_is 还快,而部分负荷恰恰是乘用车空调待得最久的地方。
三层都是随工作点走的曲面而不是常数。本课不给这三个量的数值;取值必须从你这台压缩机的 MAP 上按实际转速与实际压比查,并且要确认这张 MAP 的分母是轴功还是电功——如果是轴功,η_mot 还得你自己再乘一次。
还有一个诊断上的易错点值得单独记住:看到 COP 偏低就先怀疑两器。真因也可能是 Vi 与 π 失配造成的欠压缩/过压缩,而它的体征完全不同——体征是"排气温度与压比的关系偏离 MAP",不是逼近度变差。两器逼近度变差时,你会看到进出口温差与空气侧温差一起走样;Vi 失配时两器一切正常,异常只出现在压缩机进出口的那一对状态点上。
1.4 Vi 与 π 失配:系统侧能挪的那一半,归本课
上一节末尾那条留了一个尾巴:发现 Vi 与 π 失配之后该干什么?
这里要分清两件事,它们是先后关系,不是二选一:
- 换 Vi、换机型、换压缩机形式——这是部件的事,选型判据与本体结构归 G1-02/G1-09,本课不给 Vi 的选取判据。
- 在系统侧把压比工作点挪到 Vi 的适配区——这是本课的事。
为什么值得先做后者:同一台压缩机 Vi 是固定的几何量,但 π = p_dis/p_suc 是系统给的。也就是说,你手上有三条路可以把 π 往 Vi 的适配区拉,而且这三条路本来就在提 COP,是一举两得:
- 抬 T_evap(把吸气压力抬上去)——第 3 讲;
- 压 T_cond(降冷凝侧逼近度、加冷凝风量)——第 2 讲;
- 削掉吸排气侧的饱和温度滑移(1.8 的第五类)——第 8、9 讲给标定与判别。
把"Vi 失配"直接读成"必须换压缩机",等于一步跳到最贵的那条路;而多数量产平台上,系统侧还有可挪的空间。
能挪多少?由这三条路各自的边界决定,而这两个边界都不在本课:T_evap 的天花板由空气侧的除湿需求给(第 3 讲会接过来当上界,取值归 C4-04/C1-06),T_cond 的地板由环境温度与前端布置给。本课不给通用量级——要知道自己能挪多少,只能把这两个边界代进去,画出本平台的工作点包络,再看 Vi 的适配区落在包络的哪一块。剩下那部分挪不到的偏差,才是选型要解决的问题,那时候再去找 G1-02 才是对的顺序。
1.5 第二项:两器逼近度,是"有限硬件对热力学收的税"
蒸发器里的制冷剂要比被冷却的空气更冷,冷凝器里的制冷剂要比冷却介质更热——否则热传不过去。这道抹不掉的温差就是逼近度:
- ΔT_app,e:蒸发侧,出口处制冷剂与空气之间的温差;
- ΔT_app,c:冷凝侧,出口处制冷剂与冷却介质(空气或冷却液)之间的温差。
本课全程分列这两个量,不写裸 ΔT_app。
为什么它是一笔"税":由 Q ≈ U·A·ΔT,当制冷量与 UA 都定下来之后,驱动温差就是被迫付出的。而它付的方向对 COP 特别不友好——蒸发侧的逼近度逼着 T_evap 比必要值更低,冷凝侧的逼近度逼着 T_cond 比环境更高,两头同时撑大温升。回到 1.2 那条卡诺式:COP_carnot 对温升极其敏感,两头各多付 1 K,温升就多 2 K。
这里要防两个方向相反的错:
- "加大面积总是对的"——不成立。加面积、加密翅片的同时抬高空气侧压降、抬高风机寄生功,绕回 1.7 的第四项,于是部件 COP 单调上升而系统 EER 出现极值。这条极值会在第 2 讲展开(图4)。
- 把残余偏差都硬归到逼近度上去加大芯体——很多时候真因在 1.8 的第五类,加芯体既贵又治不了。
逼近度的目标值本课不给。它由哪一侧卡住要现场判——是空气侧翅片还不够密,还是制冷剂侧换热已经是短板,取决于谁先饱和;具体目标值是 C1-02 选型链与 C1-06 负荷计算书的交付物。本课只交付一件事:逼近度是两项独立记账的损失,它把温升从两头撑开。
1.6 第三项:节流不可逆,体征是闪发气
膨胀阀里压力骤降而焓不变(等焓节流),一部分液态制冷剂当场闪蒸成气。这部分气体进了蒸发器不再贡献制冷量——它已经是气了,没有潜热可放。于是单位质量制冷剂的有效制冷量下降,为了给出同样的 Q_e 就得跑更大的质量流量,压缩功随之上去。
这一项是本课少数可以精确算的量之一:节流后的闪发气质量分数就是 p-h 图上节流后状态点的干度,
x = (h_4 − h_f)/(h_g − h_f),其中 h_4 = 节流前的液体焓(等焓,所以两侧同值),h_f、h_g 取蒸发压力下的饱和液与饱和气焓。
三个焓值都可以从工质数据表或 CoolProp 现算,来源明确、可复现。把定性的"不可逆"换成可比的数字(熵产与㶲损)则要用第二定律口径,方法归 A5-07;本课只用它做量级排序。
关键一点:节流损失不是一个独立旋钮。它与冷凝侧是绑在一起的——T_cond 越高、节流前后压差越大,闪发越多。所以压它的两个抓手都在别处:节流前多拿一点过冷(IHX 或冷凝器过冷段,第 2 讲)和把 T_cond 压下来。你在膨胀阀本身上几乎没有可拧的东西。
反过来讲的那句话是错的,本节点破它:常见说法是"电子膨胀阀比热力膨胀阀更省电,因为它的节流损失更小"。因果反了——等焓节流的损失两者一样,阀型不改变"焓不变"这件事。EXV 真正省在把过热度控准、把蒸发器面积用满(第 2 讲展开)。这个因果写反的代价很具体:读者会去改阀型(花硬件的钱),而真正该改的是标定。
1.7 第四项:寄生功——标尺从 COP 换成 EER
这是本讲的转折点,也是全课的框架句。
冷凝风扇、鼓风机、各路冷却液泵都在从高压总线抽电。它们不在制冷剂回路里,但它们在整车的电表上。于是:
P_par = 冷凝风扇 + 鼓风机 + 各路冷却液泵的电功率 P_input = W_comp + P_par COP_c = Q_e/W_comp(部件口径) → EER_sys = Q_e/P_input(系统口径,本课主标尺)
为什么非换不可:只看 W_comp 时,"加大风量压逼近度"永远是赚的——风量越大逼近度越小、T_cond 越低、压缩机越省。把 P_par 算进来之后它有极值:存在一个风量,过了它风机多吃的电超过压缩机省下的。换标尺就换结论,这不是精度问题,是方向问题。
从本讲起,本课的标尺只有一把:整车电气边界上的 EER_sys。部件 COP 涨了而 EER 掉了的措施,在本课口径里算"没有收益",而不是"收益小"。
P_par 有多大?它在稳态工况下是 P_input 里不可忽略的一块。本课后面的教学算例取 P_AC,0 = 2.80 kW,其中压缩机 2.20 kW、寄生功 0.60 kW——教学假设值,不对应任何平台,不得被当作可取用值。拿你自己那个数的路子很具体:在高压总线上分四路(压缩机/冷凝风扇/鼓风机/泵)分别量电流电压,或者读整车 CAN 上的空调功率报文并确认它的口径含不含辅机。四路分开量还有一个额外好处——1.10 的在役劣化定位要用到其中两路。
两个易错点,都很难被发现:
- 两侧口径不一致却写在同一张表里:报 COP 时用 Q_e/W_comp,报收益时又按整车电耗算。两个数各自都对,放在一张表上就是错的。
- 把空调总电功率写成"只含压缩机":第 5 讲折算续航时会给 P_input 换一个名字叫 P_AC——它们是同一个量,只是换到整车账上时换个称呼。本课不允许出现"只含压缩机"的第三种含义。
1.8 第五类损失:不长在部件上,长在部件之间
到这里四项都齐了。但如果你沿着"压缩机 → 两器 → 阀 → 外围"这条部件顺序去数,有一整类损失根本不会出现——因为它不长在任何一个部件上。
制冷剂在管路里流、在两器内部流,都有流动压降。压降的后果不是"少了一点压力"那么中性,它的体征是饱和温度滑移:
ΔT_slip,suc = T_evap,coil − T_evap,suc(吸气管路与蒸发器内的压降,让吸气口对应的饱和温度低于器内) ΔT_slip,dis = T_cond,dis − T_cond,coil(排气管路与冷凝器内的压降,让排气口对应的饱和温度高于器内)
而压比 π 是按吸排气口算的(π = p_dis/p_suc)。于是压缩机实际要克服的温升,比两器之间那道温差更大——大出来的正好是两个滑移之和。
为什么沿部件枚举时它整类不出现,可以逐条核一遍:1.5 把逼近度限定在"出口处制冷剂与空气/冷却液之间",滑移不在其中;1.3 只算压缩机内部的三层;1.5 提到的压降只到空气侧与水侧。这一类在前四项里一次都没被记账。
这给出一条很干净的诊断顺序:四项逐一比对都"正常"而压比仍然偏高时,先怀疑这一类。
怎么量:同时量蒸发器出口与压缩机吸气口的压力,各自折成饱和温度取差,就是 ΔT_slip,suc;排气侧同理。只在蒸发器出口装一个压力测点是量不出来的——那样你只拿到 T_evap,coil,差值无从算起。
量出来之后跟什么比:吸气侧常见 1~3 K,多数量产平台在 1.5 K 附近;排气/冷凝侧常见 0.5~2 K。⚠ 典型值,不是验收依据,你的平台须按第 9 讲的双点测压法实测确认。明显超出这个量级时,要查的是管径、弯头、集管与两器内部流路(算法归 C1-04)。
两个易错点:
- 把残余偏差硬归到逼近度上,于是去加大芯体、抢前端迎风面——既贵又治不了。
- 想要一个"每多 1 kPa 压降损失多少 EER_sys"的通用换算系数——本课不给任何通用系数,与 C1-04 的口径一致。它取决于运行点、压缩机特性与循环形式。本课交付的是第 8 讲的平台标定方法(固定 Q_e 与工况,在吸气侧/排气侧分别扫压降至少三档,记 P_input,取工作点附近的局部斜率)加一份射程声明模板;而且吸排气两侧必须分开做两条曲线,不是同一个数。
1.9 已知存在、本课不展开的那一类:热侵入
到 1.8 为止,"沿能量路径与温差"这条线索已经走完。但同属这个集合、不在这条线索上的,还有一类:热侵入。
- 吸气管从舱内或机舱环境吸热;
- 低压侧管路外表面结露、结霜,形成一条额外的传热路径。
它们同样在吃制冷量,但它们既不在四项里,也不在滑移里。
本课把它判为二阶项,不展开——但必须在全集图上留一个显式的框。这一条不是客气话,理由很硬:未列入的项会被默认当成"不存在",而默认值不会被任何测试覆盖。读者只有看见那个框,才知道自己手上这张表没覆盖什么。
它什么时候会从二阶升到一阶:在良好保温的乘用车平台上通常是二阶量;但在保温破损、吸气管很长、高湿环境这三种情况下,它能升到一阶。本课不给量级门槛——判法不靠门槛,靠一个动作:把吸气管进出口的温度都量一遍,看有没有本不该有的温升。有,就先去摸保温,别急着动系统。
易错点很具体:在诊断表上把它省掉,于是一台保温脱落的车被反复当成"压缩机效率下降"去换压缩机——四种可能里最贵的那一种。负荷侧的逐项取值与围护传热归 C1-06。
1.10 时间维度:四项损失在服役期单向劣化
前面九节讲的是"一台车此刻的 COP 怎么拆"。还有一条正交的轴:同一台车,一年以后。
四项损失有一个共同的、很不寻常的性质——它们只往一个方向走:
| 损失项 | 在役劣化的形态 | 分项代理量(车端或台架可测) |
|---|---|---|
| 压缩机(η_is、η_mot) | 磨损与内泄漏拉低 η_is | 压比与排气温度的关系(偏离 MAP) |
| 两器逼近度 | 积灰、翅片倒伏、微漏与不凝气推大逼近度 | 两器进出口温差与对应风量 |
| 节流与过热度控制 | 膨胀阀与温压传感器漂移,过热度控制变松 | 过热度的稳定性、阀开度偏置 |
| 电气寄生功 | 风机轴承老化、滤芯堵塞抬高功耗 | 风机与泵的电流(1.7 那四路分开量的回报) |
因为四条都单向,同工况下的 COP/EER 趋势本身就是一个非常灵敏的健康指标——它是退化的总量指标。
但也正因为四条都会把它往下拉,单一指标在信息上不可能区分它们。这一点要说清楚:它是结构性的,不是灵敏度不够,调门限永远解决不了。要定位就必须配上面那张表里的分项代理量——车端采集、按工况归一化、再看趋势。归一化方法与"趋势怎么转成服务决策"归 K5-05;本课交付的就是上面这张"四项单向劣化 ↔ 分项代理量"的对应关系,第 9 讲展开成可执行的判别链。
两个易错点:
- 拿未归一化的 COP 直接比趋势。不同环境温度下的 COP 本来就不同,工况漂移会把劣化信号整个淹没——你看到的曲线在讲天气,不在讲这台车。
- 看到 COP 掉就下结论说是压缩机老化。四选一的命中率只有四分之一,而换压缩机是四种处置里最贵的那一种。
1.11 本讲的产物:一张可以填的损失定位表
这一讲真正要交到你手上的,不是"COP 由四项组成"这句话,而是下面这张表。它把前十节压成一个可执行的顺序:先量体征量,再定位,再决定下一个动作。
| # | 损失项 | 先量什么(体征量) | 定位成立时,下一个动作 | 展开在 |
|---|---|---|---|---|
| ① | 压缩机 η_is × η_mot × Vi/π 匹配 | 压比与排气温度的关系是否偏离 MAP;MAP 的分母是轴功还是电功 | 先在系统侧挪 π(抬 T_evap、压 T_cond、削滑移);挪不动的偏差才去选型 | 1.3、1.4、第 2 讲 |
| ② | 两器逼近度 ΔT_app,e / ΔT_app,c | 两器出口制冷剂饱和温度与空气/冷却液温度之差,两侧分开记 | 判哪一侧是短板再加强;加面积前先算风机寄生功的代价 | 1.5、第 2 讲 |
| ③ | 节流不可逆 | 节流后干度 x = (h_4 − h_f)/(h_g − h_f),三个焓值查工质数据 | 去节流前拿过冷(IHX 或冷凝过冷段)、去压 T_cond;别去改阀型 | 1.6、第 2 讲 |
| ④ | 电气寄生功 P_par | 高压总线上分四路量电流电压,或读 CAN 空调功率报文 | 一律改用 EER_sys 排序;风量类措施要找极值而不是单调外推 | 1.7、第 2 讲 |
| ⑤ | 饱和温度滑移 ΔT_slip,suc / ΔT_slip,dis | 器内与吸/排气口各一个压力测点,折饱和温度取差 | 查管径、弯头、集管与两器内部流路;按第 8 讲标定本平台的压降斜率 | 1.8、第 8、9 讲 |
| — | 二阶项:热侵入 | 吸气管进出口温度,看有没有本不该有的温升 | 先摸保温,再回到 ①~⑤ | 1.9 |
| ⏱ | 在役劣化(正交轴) | 同工况归一化后的 EER_sys 趋势 + 四路分项代理量 | 总量报"变差了",归属只能由分项代理量给 | 1.10、第 9 讲 |
用法上有两条纪律:
- 表里的每一行都要在同一个工况点上填,否则各行之间不可比;工况怎么固定归 L3-04。
- 这张表不回答"制冷侧还是水侧先改"。那是跨回路排序,要换㶲口径(A5-07)。本表的射程就是 1.1 画出来的那个框。
后面九讲,每一讲都在这张表的某一行上拧一个具体的旋钮;而无论拧哪一行,记分的标尺只有 EER_sys 一把。
后面还有 8 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做