采用车厢底部出风的变频热泵空调在低温地区大巴车辆上的应用研究

李敬恩，史长奎

（青岛朗进新能源设备有限公司，山东 青岛 266400）

纯电动大巴空调冬季制热是目前行业普遍关注的焦点问题，受大巴空调厂家技术影响，大部分电动空调热泵制热在环境温度0℃左右将无法启动，所以目前行业冬季制暖主要采用燃油炉或PTC加热方式。燃油炉与PTC加热能耗高，严重影响整车续航里程。另外，在冬季制热时，暖风从上部的风道往下吹，大部分热风下不去，造成了车厢上部温度高，脚部温度过低，非常影响舒适性。

在低温地区进行了热泵制热效果验证，同时又对车厢风道进行了改造，验证热泵空调在低温地区的使用效果，并对比原车自带的电加热器进行舒适性和耗电量的对比。

1 低温地区气候特点及空调需求

图1中地区属北温带大陆性季风气候，四季分明，全年平均气温6℃～11℃。1月份最冷，7月份最热。每年4～5月为春季，6～8月为夏季，9～10月为秋季，11月中旬至翌年3月为冬季。通过平均气温的分析，使用-15℃的热泵空调可以满足需求。

图1 北温带大陆性季风气候地区四季气温

大巴车辆空调系统设置：通风、制冷、制热3种工作模式，通过对每个月气温情况分析，空调运行状态如表1所示。

表1 低温地区空调运行状态

通过以上数据分析，低温公交车辆全年运行周期内，实际运行制热天数约5-6个月时间，根据低温地区气候特点，适合选取具有热泵制热功能的变频空调系统，下面进行热泵制热效果和耗电量的分析。

2 空调/电加热器参数分析

根据运营线路特点和低温地区的气象数据，通过对10.5m公交车辆空调热负荷理论计算，空调额定制热量需求为21kW，变频热泵空调及电加热器主要性能参数如表2所示。

表2 空调及电加热器主要性能参数表

3 测试内容

1）变频热泵空调优化风道试验前后舒适性对比试验。

2）变频热泵空调和电加热器升温对比试验和舒适性对比。

3）跟车路试空调与电加热器耗电量对比。

4）变频热泵空调和电加热器每天节电率对比。

测试参考标准：《JT-T 216-2006 客室空调系统技术条件》、《CJT134-2001城市公交空调系统》。

测试要求：测点位置，编号采用如下方法，测点标号由一位大写字母与一位数字（下角标）组成，定义如下。

A——出风口测温点，位于出风口表面中心处。

B——回风口测温点，回风口平面下100mm±10mm处，中心线前后等距两点。若回风口位于车厢地板上，则取回风口中心平面内前后（或左右）等距两点。

C——座椅处测温点，每处测温点分上、下两个，上部测温点设在距坐垫表面上方635mm，水平方向距靠背250mm处，下部测点位于座椅前沿，距地板高度50mm处。两种测点均设于单人或双人座椅纵向中心，多人座椅均布两点，见图2。

D——温差测温点。客车纵向中心平面内，距地板高度1000mm处设置前、中、后3个测点，前后测点分别距前后风窗玻璃1500mm，中部测点位于客车纵向中心。

按照标准选取A、B、C1、C2、D共5点测试数据。

图2 车内座椅处测温点分布 （尺寸单位： mm）

3.1 变频热泵空调优化风道试验前后舒适性对比试验 （图3～图8）

结论：优化风道前测试数据发现车厢底部C1位置温度较低。风道优化后底部C1温度明显提高，整车温差小，舒适度明显提升。

3.2 变频热泵空调和电加热器升温对比试验（图9～图12）

图3 大巴空调制热测试数据图 （修改风道前）

结论：装有热泵空调的大巴车在22min时车厢内的平均温度达到设定温度，而装有电加热器的大巴车在30min后最高温度只到了17℃。热泵大巴空调升温最快而电加热器半小时内没有达到设定温度。采用热泵空调整车温差小、温度均匀，舒适性优于电加热器。

图4 热泵空调制热测试数据图 （修改风道后）

图5 车内左右两侧和驾驶员位置各引多个小风道

图6 车内原始风道图片

图7 风道优化后图片

图8 热泵空调加装风道前后车厢温度舒适性对比图

图9 大巴空调升温速率试验曲线

图10 电加热器升温速率试验曲线

图11 空调和电加热器半小时温升对比

图12 空调和电加热器舒适性对比

3.3 热泵空调与电加热器耗电量对比（表3）

结论：跟车测试电加热的耗电量远大于空调的耗电量。

表3 跟车测试公交车全程空调和电加热耗电量对比

3.4 变频热泵空调和电加热器每天节电率对比（图13）

图13 跟车20天测试公交车空调和电加热节电率

结论：根据每天记录的每公里平均耗电量统计，热泵空调比电加热器省电，平均每公里比电加热器节省约45.12%的耗电量，热泵空调节电性能优势明显。

结论：根据每天记录的每公里平均耗电量统计，热泵空调比电加热器省电，平均每公里比电加热器节省约45.12%的耗电量，热泵空调节电性能优势明显。

4 节能经济效益分析

10m纯电动客车整车电量：210kW·h，平均每日运营里程：125km。热泵空调平均用电量：0.33kW·h/km，电加热器平均用电量：0.61kW·h/km，车辆运营平均每公里用电量：1kW·h/km （低温地区10m客车行业平均用电量）。车辆充电每度电费：0.6元/kW·h按照100台车辆，制热季按照60天计算。

通过计算可得：

1）热泵空调车辆每年节省电量=（电加热器平均用电量-热泵空调平均用电量）×平均每天运营里程×车辆总数×天数=（0.61-0.33）×125×100×60=21万kW·h。

2）热泵空调车辆每年节电费用=热泵空调车辆每年节省电量×车辆充电每度电费=21万×0.6=12.6万元。

结论：采用热泵空调，每年可节省电量21万度电，每年可节省人民币12.6万元。节能、节省费用效果明显。

5 结论

1）在低温地区采用热泵空调，并且把风道进行优化，增加车厢底部出风风口，可以有效提高车厢的温度均匀性，保证了车厢中下部的温度，避免上下温差过大。

2）通过实验对比得知，采用热泵空调和电加热在升温速率、舒适性和耗电量方面对比，热泵空调具有较明显的优势。热泵空调升温速度快、温控精度高、耗电量少，变频热泵空调更舒适、更节能。

3）对比电加热的耗电量，空调平均节电率达到45.12%。采用热泵空调，按照100台车辆，制热季按照60天计算每年可节省电量21万度电，换算为节省的费用每年可节省人民币12.6万元，节能、节省费用效果明显。