摘 要：汽車空調(diào)通風系統(tǒng)的好壞直接影響空調(diào)系統(tǒng)性能的發(fā)揮，好的通風能更好的發(fā)揮空調(diào)制冷、采暖及除霜除霧等性能。本文就汽車空調(diào)吹面、 除霜、 除霧和吹角出風口面積及風速參數(shù)的設(shè)計進行了經(jīng)驗總結(jié)與探討。

1  引言

汽車空調(diào)系統(tǒng)已成為汽車中具有舉足輕重的功能部件。汽車空調(diào)系統(tǒng)為汽車提供制冷、 取暖、除霜、 空氣過濾和濕度控制功能，使乘室內(nèi)人員更加舒適，駕駛更加安全。

在整個汽車空調(diào)系統(tǒng)中，風道和出風口組成空調(diào)的通風系統(tǒng)，擔負著將經(jīng)過處理（溫度調(diào)節(jié)，濕度調(diào)節(jié)，凈化）的氣流送到汽車駕駛艙內(nèi)，以完成駕駛艙內(nèi)通風，制冷，加熱，除霜除霧，凈化空氣等的功能。通風系統(tǒng)如何設(shè)計才能使空調(diào)系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最大化，通風參數(shù)如何設(shè)定才能駕駛室感覺更舒適、與探討。

2  汽車空調(diào)通風系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

2.1  風道的布置

風道是連接空調(diào)器與出風口的通道,是空調(diào)系統(tǒng)中制冷和制熱空氣的通道。目前空調(diào)系統(tǒng)零部件由空調(diào)廠商提供,作為空調(diào)系統(tǒng)一部分的風道設(shè)計, 需汽車整車設(shè)計部門做匹配設(shè)計, 車廂內(nèi)的空氣流場與溫度場不僅與車廂結(jié)構(gòu)以及空調(diào)制冷系統(tǒng)有關(guān),還與空調(diào)風道的結(jié)構(gòu)形狀密切相關(guān)。風道的布置走向、 風道占用空間(截面積)以及風道中空氣的流速等均影響車廂內(nèi)的制冷效果,影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性和舒適性，以轎車為例，風道的布置如圖 1。


圖 1 風道布置示意圖

2.2  吹面風道設(shè)計

2.2.1  橫截面

欲獲得滿意的出風口空氣流量，必先獲得滿足要求的風道橫截面積，為達到空調(diào)系統(tǒng)給出的流量要求，風道設(shè)計允許的最低限度應為 10CFM的流量有 1.0 平方英寸的面積，即風道橫截面積不能低于這一最低限度要求。舉個例子，假如某吹面風道出風口的流速要求是 65CFM,，則最小橫截面積要求為 6.5 平方英寸。故而通向該出風口的風道軸向上每一點的橫截面積都必需大于等于 6.5平方英寸，如圖 2。


圖 2 風道截面示意圖

在保持最小面積不變的情況下，沿風道軸向的橫截面積可能保持不變，也可能逐漸減少（收縮）或變大（擴張），對于收縮部分，收縮角必須小于 40°，一般說來，收縮角要盡量小，如圖 3。


圖 3 風道收縮角截面示意圖

對于擴張部分，兩壁間的夾角要小于 14°，以免風流紊亂和不必要的壓力損失，這二者會導致風量減少和噪音增加，如圖 4。


圖 4 風道擴張角截面示意圖

對任何截面積的突變都要予以避免，因為橫截面的突變會增加壓力損失，從而導致風量的減小。在 HVAC 與吹面風道的對接處，風道垂直深度不能小于出風寬度，這樣做的目地是避免吹面風道進風高壓損失，進而風量減小，如圖 5。


圖 5 風道垂直長度示意圖

2.2.2  轉(zhuǎn)角

所有轉(zhuǎn)角折彎都須有很大的轉(zhuǎn)角半徑以使轉(zhuǎn)角處的壓力損失最小化。減少風道轉(zhuǎn)彎次數(shù)并盡量保持風道在轉(zhuǎn)角處以最大內(nèi)側(cè)半徑轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑的尺寸最小要于轉(zhuǎn)角處風道寬度相等。例如：風道寬度 50mm，則轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑最小為50mm。假如轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)半徑太小的話，將會引起風流紊亂。風流紊亂致使轉(zhuǎn)角后部出現(xiàn)渦旋，會極大的減小風道的有效橫截面積，進而導致壓力損失、噪音增加以及風量減小。如圖 6。


圖 6 風道轉(zhuǎn)彎半徑示意圖

當有造型要求時，需要用到風道的長寬比來滿足系統(tǒng)性能，所必須的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角半徑可以通過風道自身來減小，即將風道設(shè)計成沿橫截面最小長度來轉(zhuǎn)彎。如圖 7。


圖 7 風道轉(zhuǎn)彎半徑示意圖

2.2.3  風道的分支

對于有兩個或更多分支的風道，每個分支的最小橫截面積需要根據(jù)所需的出風口風速來定。例如三分支的風道橫截面積的需求。#3 出風口的出風面積是出風口 #1 和#2 的兩倍，因為出風口#3 的風量要求是其他兩個出風口的兩倍，如圖 8。


圖 8 風道分支風速與截面積示意圖

例如五分支的風道橫截面積的需求，如圖 9。


圖 9 風道分支風速與截面積示意圖

2.2.4  風流方向性

風道和出風口的設(shè)計應能使吹面風直接吹到乘員身體上的正確目標點，乘員應能通過吹面風道格柵的葉片根據(jù)舒適性需求自如的調(diào)節(jié)風向，經(jīng)典目標區(qū)域垂直分布于目標點（乘員眼部）和 H點（乘員髖部）之間，橫向目標區(qū)域為每一個乘員的從左側(cè)至右側(cè)的區(qū)間，吹面風應能自然的將目標面積中的每一個角落吹到。當風道上出風那一段是直接指向目標區(qū)域的中點時，出風格柵葉片是影響風向的第一要素。筆直指向出風口的風道長度最少應為 “壓力直徑” 的 3 倍，風道的壓力直徑由以下式定義：

壓力直徑 =4×橫截面積÷風道周長

2.3  除霜除霧風道設(shè)計

除霜風道最重要的作用是將結(jié)在擋風玻璃外側(cè) 的 冰 融 化 掉 ， 目 前 本 公 司 采 用 的 是 國 標“GB11555-2009汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法”。除霜系統(tǒng)的設(shè)計目標是清除標準規(guī)定的前擋風玻璃的區(qū)域、鼓風機低速運轉(zhuǎn)時能防止擋風玻璃內(nèi)表面結(jié)霧等。為達到以上目標，需要確定出風口數(shù)量和出風口位置等，不同數(shù)量的出風口有以下優(yōu)缺點及出風口位置，如表 1、 表 2。

表 1 不同數(shù)量出風口的優(yōu)缺點列表


表 2 擋風玻璃角度與出風口位置示意圖


為達到標準預期目標，風道在除霜出風口前應有一段筆直的部分，其長度是 2 倍的壓力直徑。流向與擋風玻璃的夾角（流向影響角），應控制在30°到 60°之間。如圖 10。


圖 10 風速流向與擋風玻璃的夾角示意圖

2.4  吹腳風道

吹角風道的作用是向駕駛員和附駕駛員的腳部輸送暖風，并通過后吹腳風道分配一部風流量到后排空間出風口風速 400 英尺 / 分。吹腳模式下由 HVAC 吹出的總風量分配如表3。

表 3 HVAC 出風口風量分配


對于有后吹腳風道的汽車，前部和后部的風量分配都要做到左右均衡，推薦對風量作如表 4。

表 4 HVAC 后吹腳風道分配