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内外循环风门与新风控制

大纲的完整展开版——讲师授课蓝本 / 学员自学材料

C2-09 内外循环风门与新风控制

课程代码 C2-09 · 板块 C 乘员舱空调与 HVAC / HVAC 空调箱(总成) 时长 约 3.5 小时(8 讲) 前置 C2-01 HVAC 空调箱总体架构与分类;A2-04 湿空气物理与焓湿图 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义,是 C2-09 大纲的完整展开版


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你手上的事 直接看 还要配
审一份内外循环控制策略方案 §3.3 稳态最小新风量判据与它的失效点 · §3.4 防雾高于省能这条二元优先级 第 6 讲:四个请求源怎么仲裁,以及压在它们之上的安全强制置位
定「最少给多少新风」这条判据 §3.3 水汽反算 · 第 4 讲 CO₂ 同构式与两行取严表(取 max,谁更严随工况翻转) 第 8 讲:用三个内部试验反算本车产湿率与 CO₂ 爬升时间
给标定工程师一组起始值 第 7 讲:防雾阈值、迟滞带、切换速率的起始量级与各自的反解式 收尾「典型参考值表」:本课全部平台相关量集中一页
写风门与执行器的规格要求 第 2 讲:门型、两个极限位的密封口径、两位切换 vs 比例控制 · 第 8 讲末:三态失效的默认落位 第 2 讲 2.6 与第 7 讲 7.5:事故态门位按漏风量而不是位置误差验收(第 6 讲只给这一档的触发源、自锁与可见性)

⛔ 本课不覆盖 · 栏一(不讲哪些题目,每样带去向):实时限幅与三级降级阶梯 → C5-03 低温起雾机理与主动防雾控制;玻璃内表面温度的估算与冷点位置 → C5-02 风窗气流组织与除霜风道 CFD;「拿什么判据去切、什么时候必须切回来、什么时候不信传感器」这张联动判据状态机 → C4-01 空气过滤:PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感 第 6 讲 6.3;滤芯本体与 AQS 选型 → C4-01 空气过滤:PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感;整车空气品质评价体系 → C4-02 车内空气质量(VOC/异味)与净化技术;车身渗透与整车换气量实测 → C2-18 座舱空气收支与舱压平衡:排气格栅/泄压阀(PRV)、车身渗透与整车换气量实测;漏风量的测法 → C2-10 空调箱密封与漏风(air leakage)控制;风量软测量 → C2-04 鼓风机与蜗壳设计:风量—噪声平衡 §5.6;执行器选型与失电安全位 → C2-03 风门驱动电机与执行器(步进/有刷/PWM)选型;除霜除雾法规考核结构 → C5-01 前风窗除霜除雾法规与性能设计;请求源仲裁骨架与人机接管 → K3-16 座舱 HVAC 请求源仲裁与人机接管:安全强制、AUTO 退出/恢复与设定记忆 / K3-01 整车热管理控制策略总览与模式管理。

⛔ 本课不覆盖 · 栏二(真正不给的数,每样带去向):GB 11555 与 GB/T 27630 的任何条款限值、等级与试验参数——本课未独立核对两者现行版原文,只写它们各自管什么;版次与实施日期以现行标准目录为准,引用前须自行核原文 · 漏风量限值 → C2-10 空调箱密封与漏风(air leakage)控制、滤芯效率等级 → C4-01 空气过滤:PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感 · 教学假设之外的具体产品参数——全课算例共用一套教学假设输入,每处均标「教学假设,不对应任何平台」,⛔ 不得当作可取用值;换到你的车上按第 8 讲那三个试验重取。

引言:一片门挡在整箱最上游,它选错的空气,后面谁也救不回来

空调箱里有很多片门,但只有这一片改变进风状态量本身。其余风门做的是分配——把已经处理好的空气送到吹面、吹脚、除霜;而内外循环门做的是选气源:它坐在气流路径的最上游(气源 → 内外循环门 → 滤芯 → 鼓风机 → 蒸发器 → 暖芯与混合 → 分配门,路径本身承接 C2-01 HVAC 空调箱总体架构与分类(半/全集成、单/双蒸发),本课不重定义)。它把哪一口空气交给下游,蒸发器、暖芯、风道就只能在那口空气上做文章。选错了,后面整箱的性能都补不回来。

先把符号钉死,后面八讲都用它:φ 是内循环比例——进入鼓风机的总送风里,来自舱内回风的那一份所占的质量比例;新风比例 = 1 − φ。φ = 1 为全内循环,φ = 0 为全外循环。⚠ 它是比例,不是流量。

钉子 A:φ 不是一个舒适偏好,它是三条守恒式同时约束下的受限变量

省能那一侧只有一条道理,而且它非常干净:混合进风的比焓 h_mix = φ·h_recirc + (1 − φ)·h_ambient,空气侧负荷 Q_load = ṁ_a·(h_mix − h_supply)。夏天室外那口空气又热又湿,它是全车最贵的一口;把它换成已经凉下来的回风,负荷就直接往下掉。这条道理单调地要 φ 越大越好——本课统一算例下,φ = 0 / 0.8 / 1.0 对应 Q_load = 6.09 / 2.94 / 2.16 kW,全内循环约为全外循环的 36%;灵敏度 ∂Q/∂φ ≈ −3.9 kW,即内循环比例每提高 10 个百分点,负荷降约 0.39 kW(教学假设算例,⛔ 不对应任何平台,四个输入换一个数就全变,重算方法在第 1 讲)。

而水汽守恒与 CO₂ 守恒各自从另一侧压下来一条下限——不是「建议多开一点新风」,是「新风量低于这个数就不合格」。两条下限换算回 φ,就把它顶出一个硬上限。

⇒ 全课的形状由此定死:先把两条下限各自反算出来、取严者,把剩下的空间才交给省能。⛔ 不是先定一个省能或舒适策略、再回头看会不会起雾。这个顺序不能倒,因为下限是安全与健康项、优化是经济项;倒过来做,优化器会一路把 φ 推到 1,而那两条下限只在事故发生之后才被想起来。⚠ 还有一条容易做错的:两条下限之间是取 max,⛔ 不是平均、⛔ 不是加权——取平均会得到一个两条同时不满足的数。而谁更严随工况翻转:统一算例里冬季干冷天防雾给出新风比 42%(φ ≤ 0.58),温和天气不起雾时 CO₂ 成为唯一约束、给出 22%(φ ≤ 0.78)(同为教学假设算例)。⛔ 别把它记成「冬天看防雾、夏天看 CO₂」这类固定结论。

钉子 B:本课交付的是「稳态那一层」,而且必须把这句话说出来

最小新风量式按稳态产湿率反算一条不能低于的地板,它回答的问题是「不能超过多少」——交付一个硬上限和一个失效点。至于此刻该给多少、裕度薄下来时怎么实时限幅、怎么分级牺牲,归 C5-03 低温起雾机理与主动防雾控制。两层是同一条水汽守恒的两种给法,⛔ 不许互相替代:只有稳态那条,雨天上车、开车门这类脉冲湿源期扛不住;只有实时那条,缺一条兜底的下限。读者若把本课的稳态门槛当成下游的实时限幅去用,做出来的就是错的动作。

反钉子:「室外湿度 95%,切外循环只会把水汽引进来」——这句话在冬天是反的

它听起来无懈可击,而错就错在把相对湿度当成了水汽的绝对量。相对湿度是相对于当地饱和量的比值,而饱和含湿量随温度近指数下降:0 ℃/80% RH 的室外空气含湿量 d_ambient 只有 3.03 g/kg,而舱内允许的最高含湿量 d_in,max(对应露点 2 ℃)是 4.38 g/kg(101.325 kPa 下由湿空气物性现算;教学假设算例的输入,⛔ 不对应任何平台)。⇒ 低温外循环是一台不用电的除湿机。

读反之后会做错哪个具体动作,说得很具体:读者会在最该开新风的那一档,把唯一还在工作、而且零能耗的湿汇关掉,于是必然起雾——冬天恰恰是起雾风险最高的季节,也恰恰是「为续航把内循环拉满」这条理由听起来最充分的时候。

⛔ 但这条纠正同样不许写成全称,它自带一条失效边界,本课给它一个固定名字:分母塌陷。当 d_ambient 逼近 d_in,max(回南天、连绵阴雨)时,分母 (d_in,max − d_ambient) → 0,每一口新风能带走的水汽趋近于零,判据本身发散 ⇒ 此时加大新风量买不到除湿量,只买到加热账单。正确动作是掉头走第二条除湿路:起压缩机,让蒸发器把水凝下来。这条边界与它配套的动作在 §3.3 展开。

还有两条小反钉子,先在这里摆明,正文里各自还账:

  • 「比例开度给了 20% 新风,新风量就够了」——φ 是比例不是流量。鼓风机降到 1 档时,同一个开度对应的绝对新风量可能只有判据要求的三分之一。⇒ 凡判据要的是绝对量,必须先换算成 ṁ_a,fresh = (1 − φ)·ṁ_a 再比大小;限幅了 φ 却没限幅风量是一个真实的坑。
  • 「执行器失效就保持最后状态最保守」——若最后状态恰是全内循环,等于把车锁死在最容易起雾的那一位上,而此刻控制器已经指挥不动这片门,没有任何策略能救。

本课的射程:接手什么,交出什么

本课接手的前提是「空调箱架构已定、气流路径已知」(上游是 C2-01 HVAC 空调箱总体架构与分类(半/全集成、单/双蒸发) 的气流路径与 A2-04 湿空气物理与焓湿图:空调负荷计算基石 的湿空气物理),交出八件:① 风门本体与两个极限位的密封要求 · ② 模式定义与符号 φ · ③ 稳态最小新风量判据及其分母塌陷失效点 · ④ 内循环比例硬上限与最小新风量的典型值 · ⑤ 一条二元优先级 · ⑥ 三个标定量的起始量级 · ⑦ 安全事件强制置位与事故态门位口径 · ⑧ 执行器三态失效的默认落位。其中五件是可算的数或式子,三件是口径与归属。

⚠ 把上一节那些「只给去向」的条目读成「不重要」,是最常见的一种误读:它们每一条都是本课某个式子的输入或出口——缺一条,那个式子就只能代教学假设值走一遍,⛔ 拿不去做实车验收。

分工地图:中央大框内竖排八个交付物小框,左侧两个上游框(空调箱气流路径 C2-01、湿空气物理与焓湿图 A2-04)以箭头指入,右侧九条向外箭头各指一门去向课(C5-03、C5-02、C4-01 第6讲6.3、C4-01、C4-02、C2-18、C2-10、C2-04 §5.6、C2-03),下方一条宽条列出六项本课明确不做的事。本图为定性分工示意,不得据图取值。
图1 本课的八件交付物、两个上游与九条去向;读出三件:本课交付的是八件具体的东西而不是「讲清内外循环」,九条外向箭头写明了哪一类问题该去哪门课,下方宽条列出的六项是明确不做的。本图为定性分工示意,不得据图读取任何数值、优先级序号或时间先后。

八讲怎么走

第 1 讲把省能那一侧的账算出来,并给出可以和 φ 上限相乘的斜率;第 2 讲回到硬件——门型、极限位密封、两位切换与比例控制的分水岭,以及五个模式的定义;第 3 讲立起第一条下限(防雾)与那条不能商量的二元优先级;第 4 讲用同一手法换一个被守恒的物质,做出 CO₂ 那条下限并与防雾取严;第 5 讲讲外部污染与 AQS 的能力边界(有一整类污染物根本不在它的传感轴上);第 6 讲把四个请求源收进一个仲裁器,并在其上单列安全强制置位这一层;第 7 讲给策略状态链、定时换气兜底与三个标定量的起始量级;第 8 讲是验证矩阵与执行器三态失效的默认落位。

⇒ 读完引言就能用的一件:下次评审一份内外循环策略,先问它有没有把两条下限反算出来、有没有取 max,而不是先问它省了多少电。如果它只有一条省能曲线和一组阈值,那么它交付的是一个舒适开关,⛔ 不是一条能验收的判据。

第 1 讲 为什么内循环省能:焓差、正反馈,和这片门的账单

内循环省能不是玄学,它的全部道理压在一个词上——焓差。这一讲把这个词讲透,再把它变成一个能在评审会上报出去的数,最后交代清楚这笔省能是拿什么换来的。后面四讲所有「该不该关这片门」的判断,都建立在这一讲的两条式子和一张账单上。

本讲的符号与计算基准(先立在这里,后面不再重复)

  • φ = 内循环比例——进入鼓风机的总送风里,来自舱内回风的那一份所占的质量比例。新风比例 = 1 − φ。φ = 1 为全内循环,φ = 0 为全外循环,无量纲(0~1,也写成 %)。这个方向在全课、全部公式、全部图上只有这一种写法——下游课程直接拿这个符号写自己的式子,方向一反,那些式子会符号不变而含义相反,而且没有任何东西会报错。
  • φ 是比例,⛔ 不是流量。凡是判据要求「绝对新风量」的地方(第 3 讲的最小新风量、第 4 讲的 CO₂ 换气量),都必须先换算成 ṁ_a,fresh = (1 − φ)·ṁ_a 再比大小。这里先点破一次:鼓风机档位一降,同一个 φ 对应的绝对新风量成比例下降——「比例给够了」不等于「量给够了」。
  • ṁ_a = 空调箱总送风质量流量(内循环份 + 新风份之和,⛔ 它不是新风量),单位 kg/s,讲义内显示用 g/s。
  • h_ambient / h_recirc / h_mix / h_supply 分别是室外空气、舱内回风、混合进风、送风目标状态的比焓,单位 kJ/kg(干空气基准)。
  • Q_load = 空调箱需处理的空气侧负荷,单位 kW。
  • 计算基准:本课所有含湿量与比焓一律在 p = 101.325 kPa 下,用湿空气物性库(CoolProp HAPropsSI)现算。⚠ ⛔ 不做高原修正——高原上同一组温度/相对湿度对应的含湿量与焓都会变,用在高海拔工况前必须按当地大气压重算。显示精度全课统一:含湿量三位有效数字(g/kg)、比焓一位小数(kJ/kg)、露点取整数 ℃。

1.1 负荷正比于焓差,而外循环处理的是最贵的那口空气

空调箱做的事,本质是把一股空气从「进口状态」处理到「送风目标状态」。它要付的代价——空气侧负荷——正比于这两个状态之间的焓差,而不只是温差。两条式子就是全部道理:

h_mix = φ·h_recirc + (1 − φ)·h_ambient

Q_load = ṁ_a·(h_mix − h_supply)

第一条说:φ 只通过 h_mix 这一个通道影响负荷——这片门能做的事只有一件,就是替空调箱挑一口更便宜的空气。第二条说:挑得便宜多少,乘上风量就是省下多少。

为什么必须用焓,不能只用温度。焓里既含显热(温度那一份),又含潜热(水汽那一份)。夏天室外空气的潜热那一份常常比显热还大:外循环的每一口空气不但要降温,还要在蒸发器上把水汽凝出来,而内循环取回的空气已经被蒸发器抽干过一轮。只按温差算,会系统性低估外循环的代价,而且潮湿地区低估得最厉害——这就是为什么「切内循环负荷掉得真猛」的体感在南方比北方强得多,省掉的不是那点温差,是那口空气反复抽湿的潜热。

两个必须当场划清的边界(后面每一次引用 Q_load 都按这个口径):

  • Q_load ⛔ 不是压缩机功率——中间还差一个 COP。要谈电耗,得先把 Q_load 除以该工况下的系统能效。
  • Q_load ⛔ 不是整车热负荷——它只算空气侧这一路,透过车身的传热、日照得热、乘员散热都不在里面。整车口径见 B1-04 目标设定:降温速率、冬季续航热损、快充温升。

⇒ 今天就能用的一句话:判断一个「省能措施」值不值,先问它动的是 h_mix 还是 ṁ_a。这片门只动 h_mix;降风量动的是 ṁ_a,那是另一条路、另一笔舒适代价。两者的收益可以相加,但⛔ 不能互相代替。

1.2 高温 pull-down:全内循环是标准开局,而且它是个正反馈

夏天车在太阳下晒了一上午,舱内可能六七十度(热浸,hot-soak)。上车第一件事是快速把舱温拉下来,这个阶段叫 pull-down,它的目标(多长时间拉到多少度)由整车热舒适需求定义,见 B1-04 目标设定:降温速率、冬季续航热损、快充温升。

pull-down 的标准开局是全内循环,道理顺着 1.1 往下推:压缩机在那一刻能给出的制冷量是有限的,你希望这份有限的冷量尽可能多地落在「降舱温」上。走外循环,冷量被大量耗在处理室外那口高焓空气上;走全内循环,进风焓低、单位空气的负荷小,同样的冷量能把更多的降温落进舱内。

这里有一层必须点破的结构:它是一个正反馈。舱温一开始往下掉 ⇒ 内循环取回的空气更凉 ⇒ h_recirc 下降 ⇒ 同样风量下负荷更小 ⇒ 剩余冷量更多 ⇒ 降得更快。这个回路自我强化,所以 pull-down 的收益是非线性的:曲线越往后越陡,而这一段最不该掺新风——每掺一点,都是在正反馈最有效的时候往回拉。

⚠ 但「正反馈」⛔ 不等于「会发散」。它被两件事锁死:送风温度有下限(蒸发器防冻结),舱温有目标值(到了就进入稳态调节)。真正终结这一段的不是发散,而是第 3、4 讲那两条下限——舱内湿度和 CO₂ 会随时间累积,到某一刻由不得你继续全内循环。

⚠ 还有一个边界要记住:热浸刚上车的那几十秒,内循环并不占优——此时舱内比室外还热,h_recirc > h_ambient,式子自己会告诉你这时候先吹一段外循环把最热的那口气排掉更划算。内循环的优势是在舱温压到室外温度以下之后才开始自我放大的。

两条舱内温度—时间曲线自同一热浸初温出发、向同一目标温度带收敛:标注「全内循环」的一条明显更陡且越往后越陡,标注「全外循环」的一条平缓,两条曲线与目标温度带的交点处各打标记给出达标时刻;右上角注记框写明这是集中参数热平衡模型、教学假设输入。本图为教学假设输入下的量级示意,⛔ 不得据图读取达标时间、温度阈值或能耗数值
图2 该读出三件:两条曲线的斜率差(同样的冷量花在已经凉下来的空气上)· 两个达标时刻之差(pull-down 收益的直接度量)· 内循环那条越往后越陡,这就是正反馈的几何形状。两条曲线除 φ 外输入完全相同,这是它们能被对比的前提。本图为教学假设输入下的量级示意,⛔ 不得据图读取达标时间、温度阈值或能耗数值

1.3 冬季同理,而且对电动车续航意义更大

冬天符号翻过来,结论不变。室外是冷空气,走外循环意味着要把冷空气从室外温度一路加热到舒适温度,这段加热量全是新付的;走内循环,取回的是已经暖了的舱内空气,只需补一小部分热。h_ambient 远低于 h_recirc,(h_recirc − h_ambient) 这个差随室外温度下降线性放大——越冷,内循环省得越多。

冬天多一层夏天没有的分量:这笔加热账在电动车上是直接拿电买的。燃油车有发动机余热,冬季制热几乎免费;电动车没有这份余热,座舱采暖要从电池里抠电,是冬季续航的头号支出项(整车能量流口径见 B4-02 冬季续航掉电与热管理能耗拆解)。所以内循环在冬天省下的不是「一点电」,是「几公里」。

⚠ 而正是在这一档上最容易做错动作:为续航把内循环拉满,省下的电换来一片糊住的前风窗——冬天恰恰是玻璃最冷、舱内最湿、起雾风险最高的季节。这条冲突不在这一讲解决:第 3 讲会把「防雾到底允许你把 φ 开到多高」反算成一个可以代数的上限,并交付一条优先级。这里只把话说死:冬季内循环的省能收益是真的,它的上限不由省能这一侧决定。

1.4 它的位置决定了它的破坏半径:鼓风机进口最上游

这片门装在鼓风机进口侧,是全箱最上游的一片门。整条气流路径是:气源 → 内外循环门 → 滤芯 → 鼓风机 → 蒸发器 → 暖芯与混合 → 分配门(路径全貌承接 C2-01 HVAC 空调箱总体架构与分类(半/全集成、单/双蒸发),本课⛔ 不重定义)。

位置在最上游有两层后果。

其一,它是气源选择器,⛔ 不是一个局部部件。它决定了往后所有部件处理的到底是室外空气、舱内空气还是两者的混合。下游的蒸发器、暖芯、风道再好,也救不回一个选错的气源——这就是它的破坏半径:整箱。

其二,它的两个上游口各自带着自己的外部世界。外循环口那一侧连着车外:雨水、落叶、虫子、室外污染物,都从这里进;进来的水会直接淹滤芯,这是真实的售后项(防水与排水的结构做法在下一讲,霉变那条线见 C2-12 冷凝水排放、防霉与蒸发器自清洁)。内循环口那一侧连着乘员舱:乘客的包、脚垫、坐垫都可能把它捂住。

还有一件必须在这张图上说破的事:只画「应该走的路」是不够的,要同时知道「实际走的路」。两条实际路径画不进理想流程图里,却每天都在发生——

  • 极限位封不死:行车时迎面动压把室外空气从门缝压进来,你以为在全内循环,其实一直在掺新风。⚠ 它不报任何故障码,表现只是 pull-down 慢、能耗高。这条失效在下一讲展开,漏风量的验收口径归 C2-10 空调箱密封与漏风(air leakage)控制。
  • 内循环口被遮挡:一个包捂在取风口上,风量骤降,而⚠ 售后无法复现——车一进厂包就拿走了。

⇒ 今天就能用的一步:拿到一台样车,别先看控制策略,先做两件事——把手放在关严的外循环口处感受行车时有没有气流(判密封),再看内循环取风口周围有没有画出禁放区(判遮挡)。这两件都不需要仪器,而它们各自对应一整类此后很难归因的抱怨。

空调箱进气段剖面:左侧外循环口(上游画 cowl 水槽、挡水板与粗格栅)与内循环口(标注在副驾脚部、为禁放区)两路进气汇入内外循环门所在的混合腔,再经滤芯、鼓风机通向蒸发器入口;风门画出两个极限位与一个中间位三种形态,极限位处一条细箭头标注「封不死导致假内循环、无故障码」,内循环口处一个方块标注「被遮挡导致风量骤降、售后不可复现」。本图为定性结构示意,⛔ 不得据图取值
图3 该读出三件:这片门在全箱最上游,它选错的气源后面谁也救不回来 · 两路进气各自带着自己的外部世界(水与杂物 / 遮挡物),两条失效在图上各有独立标签 · 中间位时两股气流在混合腔强行掺混,那个坑在下一讲展开。本图为定性结构示意,⛔ 不得据图取值

1.5 算一笔账:内循环比例对负荷到底影响多大

前面讲的都是「为什么省」。评审会上真正要你回答的是另一句:到底省多少?这一节把两条式子代上一套输入,算出一个能报出去的量级,再把它变成一个能和后面的上限相乘的斜率。

先把输入摆齐,每一个都带来源。下表是全课统一的教学算例,第 3、4、7 讲的算例都用它——教学假设算例,⛔ 不对应任何平台,中途换一组会让各讲的结论无法互相相乘。

输入 取值 来源与口径
室外空气 35 ℃ / 60% RH ⇒ h_ambient = 90.5 kJ/kg 湿空气物性,p = 101.325 kPa 下用 CoolProp HAPropsSI 现算(焓湿图读图同理,见 A2-04 湿空气物理与焓湿图:空调负荷计算基石)。教学假设的夏季工况,⛔ 不对应任何平台
舱内回风 25 ℃ / 50% RH ⇒ h_recirc = 50.4 kJ/kg 同上;取「已凉下来、已被蒸发器抽干过一轮」的舱内状态
送风目标 10 ℃ / 95% RH ⇒ h_supply = 28.4 kJ/kg 同上;过蒸发器后接近饱和
总送风量 ṁ_a 300 m³/h × 1.18 kg/m³ ÷ 3600 ≈ 98 g/s 密度基准:约 25 ℃、101.325 kPa 的湿空气。乘用车空调箱送风量常见落在 250~450 m³/h,多数量产平台的常用档在 300 m³/h 附近。⚠ 典型值,⛔ 不是验收依据;你的平台须实测确认。拿到本车真值的路:在本车鼓风机 P–Q 曲线上按系统阻力定工作点(C2-04 鼓风机与蜗壳设计:风量—噪声平衡),最高档与常用档分别取。⚠ 本项目未取得可核出处,它来自行业工程实践的常见范围,⛔ 不是任何标准的条款数据

代进 h_mix = φ·h_recirc + (1 − φ)·h_ambient 与 Q_load = ṁ_a·(h_mix − h_supply):

内循环比例 φ 新风比例 1 − φ h_mix (kJ/kg) Q_load (kW) 相对全外循环
0(全外循环) 100% 90.5 6.09 100%
0.8(掺 20% 新风) 20% 58.4 2.94 48%
1.0(全内循环) 0 50.4 2.16 36%

⚠ 教学假设算例,⛔ 不对应任何平台、⛔ 不得当作可取用值——这三个数随上表四个输入全都在动。

三个能带走的结论。

  1. 量级答案:这套工况下全内循环的空气侧负荷只有全外循环的约 36%,两端相差约 3.9 kW。这是「内循环省能」该报出去的量级,⛔ 不要再说「省很多」。
  2. 灵敏度比总量更有用:Q_load 对 φ 是线性的,斜率 ∂Q/∂φ = ṁ_a·(h_recirc − h_ambient) ≈ −3.9 kW,折成一句可用的话:内循环比例每提高 10 个百分点,负荷降约 0.39 kW。⚠ 线性只在 h_recirc、h_ambient 固定的那一瞬成立——pull-down 过程中 h_recirc 一直在降,斜率跟着变,所以这条斜率是用来做稳态工况点比较的,⛔ 不是用来积分整段 pull-down 的。
  3. 斜率的真正用法:和上限相乘。读者真正要回答的问题不是「内循环省多少」,而是「防雾这条红线到底让我多花多少电」——那就是 (省能最优的 φ − 被判据压出来的 φ 上限) × 3.9 kW。用第 3 讲冬季干冷天算出的那一档(φ 上限 0.58,⚠ 同样是教学假设算例结果)代进去:(1.0 − 0.58) × 3.9 ≈ 1.6 kW。这个数才是能摆到评审桌上的——它把一条安全红线翻译成了一个功率代价,而⛔ 不是一句「防雾优先」。

换你的车怎么重算(四个输入各自从哪来):

  1. h_ambient:取目标市场的设计工况温度与湿度,用湿空气物性现算。⛔ 只取温度不取湿度,这一步就已经把夏天的账算小了。
  2. h_recirc:取你要算的那一时刻的舱内目标状态(温度 + 湿度)。pull-down 中它一直在动,稳态比较取稳态目标值。
  3. h_supply:取本车蒸发器出风的实测状态(接近饱和)。⛔ 不要拿名义蒸发温度直接当送风温度。
  4. ṁ_a:取本车鼓风机在该档位的工作点(C2-04 鼓风机与蜗壳设计:风量—噪声平衡),最高档与常用档分别算一遍——因为 φ 的判据要的是绝对新风量,而它随档位成比例变。

三条结论(三分之一量级、对 φ 线性、斜率可折算成每 10 个百分点多少 kW)与具体取值无关,换车只换数不换形状。

横轴为内循环比例 φ(0~1,注明 φ 是内循环比例、新风比例等于 1 减 φ),纵轴为空气侧负荷 Q_load(kW)。一条直线上标出三个点:φ=0 为 6.09 kW、φ=0.8 为 2.94 kW、φ=1.0 为 2.16 kW;线旁标出斜率约 −3.9 kW 并用带箭头的小三角形画出「Δφ=0.1 对应 ΔQ≈0.39 kW」;图左侧一条竖直堆叠条把 φ=0 那一档的总负荷拆成「显热那一份」与「潜热那一份」两段并注明分母是该 φ 下的总负荷;图右侧一条浅色竖带标注 φ 上限由第 3、4 讲两条下限取严反算、位置随工况移动。本图输入为教学假设算例,⛔ 不得据图取值
图4 该读出四件:三个负荷值与「全内循环约为全外循环 36%」这个比 · 斜率(每 10 个百分点 0.39 kW,这是能和 φ 上限相乘的那个量)· 左侧堆叠条给出潜热那一份有多大,它解释了为什么用焓不用温度 · 右侧竖带表示 φ 上限是可移动的,⛔ 不是一条验收线。本图输入为教学假设算例,⛔ 不得据图取值

⚠ 图左侧那条显热/潜热拆分是按同一组状态点算的:显热那一份取干球温差折算、潜热那一份取含湿量差折算,两段共用同一个分母(该 φ 下的总负荷)。要在自己车上复现,只需把上表四个输入换掉重算一遍——⛔ 不要把两段拿去和别的图里以别的分母算出的比例直接比大小。

1.6 新风归零的代价是三样,而它们不在同一条轴上

内循环的好处到这里讲完了,但前面一直压着一个前提没说:内循环把新风量压到零。新风一断,三样东西开始在密闭舱里累积。

关键不在于「有三样」,而在于它们不在同一条轴上:前两样有可代入反算的平衡式,第三样没有。沿「污染物的名字」去数,会得到「三样都该有一个阈值」这个错误结论;要沿「有没有可反算的平衡式」这条轴去分:

累积项 有没有可反算的平衡式 本课怎么处置
水汽 有——水汽守恒可反算出最小新风量(露点顶到玻璃温度即起雾) 第 3 讲给判据,进新风下限取严表
CO₂ 有——CO₂ 守恒可反算出所需换气量 第 4 讲给判据,进取严表
异味 / VOC 没有——它是多组分混合物,嗅觉阈值因人、因成分差好几个量级,⛔ 没有一个浓度上限能像露点和 CO₂ 那样代进公式反算出新风量 ⛔ 不进取严表,改由三条兜底承担(见下)

前两样在本课分别算到 41 g/s(冬季干冷天的最小新风量,第 3 讲)与 67 m³/h(四人、常见控制目标下的换气量,第 4 讲)——⚠ 两者都是教学假设算例的结果、⛔ 不是验收依据,且它们各自的取数路在那两讲里给。第三样一个数都给不出,而这正是它的特征,⛔ 不是资料没查到。

⛔ 不要为了把表凑成三行而给异味编一个阈值——本课程体系里它本来就没有一个可反算的属主,编一个就是编造。它由三条兜底承担,且这三条都不需要一个阈值就能生效:

  1. 活性炭吸附(主力):气态异味与 VOC 靠吸附式滤芯拿掉。滤芯本体选型、效率等级归 C4-01 空气过滤:PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感,本课⛔ 不给等级号。
  2. 定时换气:按周期强制换一段新风,把一切「随时间单调累积的东西」封在一个上限内。它对异味的价值恰恰在于不需要判据也生效——周期与每段时长怎么由实测曲线反解,在第 7 讲。
  3. 整车空气品质评价体系:气味与车内挥发性有机物是整车级的评价对象,有独立的评价体系与试验方法,见 C4-02 车内空气质量(VOC/异味)与净化技术;国内对应的是 GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》。⚠ 版次与实施日期以现行标准目录为准,引用前须核原文;本课未独立核对其现行版原文,只写它管什么与去向,⛔ 不写任何条款内容。

⇒ 所以第 4 讲那张「多条下限取严者」的表只有两行,⛔ 不是把异味漏了——记住它走的是过滤加定时换气这条线。

这一讲的账因此是完整的:内循环省的是能耗(1.5 算出量级与斜率),付的是空气品质,而空气品质里有两项(视野、CO₂)直接关系到行车安全。⇒ 全课的形状由此定死:先把两条下限各自反算出来、取严者,把 φ 的上限定下来,再把剩下的空间交给省能——⛔ 不是先定一个省能或舒适策略,再回头看会不会起雾。⚠ 两条下限是取 max,⛔ 不是平均、也⛔ 不是加权折中。

本讲小结:内循环省能的唯一物理理由是把进风换成低焓空气,而 φ 只通过 h_mix 这一个通道起作用;用焓不用温度,因为夏天潜热那一份常常比显热还大。pull-down 全内循环是标准开局,靠的是「舱温降 ⇒ h_recirc 降 ⇒ 负荷更低 ⇒ 降得更快」这个正反馈,它被送风温度下限与目标温度锁住、⛔ 不会发散。冬季符号翻过来结论不变,而电动车没有余热,这笔账直接落在续航上——也正是这一档最容易为续航拉满内循环而起雾。这片门在鼓风机进口最上游,是气源选择器,选错连累整箱;两条不报故障码的实际路径(极限位封不死、取风口被捂死)要在样车上用手先摸一遍。省多少是能算的:教学假设算例下 φ = 0 / 0.8 / 1.0 对应 Q_load = 6.09 / 2.94 / 2.16 kW,全内循环约为全外循环的 36%;斜率 ∂Q/∂φ ≈ −3.9 kW,每 10 个百分点 0.39 kW,把它乘上第 3 讲反算出的 φ 上限,就得到「防雾这条红线值多少 kW」。代价是新风归零后三样东西累积,其中水汽与 CO₂ 有可反算的平衡式、进取严表,异味没有,改由活性炭吸附、定时换气与整车空气品质评价三条兜底。

后面还有 7 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做

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