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作为电动汽车的第二大耗能部件,客车空调的开启会降低电动客车25%~30%的行驶里程[1]。电动客车空调通常为顶置式一体化布置,为减小行车阻力,要求空调系统的高度尽量小,在有限的高度内,对纯电动客车热泵空调进行优化设计,使之紧凑化、轻量化、高效化是当前面临的一大难题。本课题围绕10米车型纯电动客车变频热泵客车空调性能优化进行研究,优化目标为在换热器设计高度减低的前提下,额定制冷量(制热量)达到26k W(22k W),制冷(制热)COP达到3.2(2.8)。主要采取的技术路线为:实验获取数据,提出优化方案,建立热泵系统仿真模型,用实验数据验证仿真模型,最后仿真计算出优化方案对系统能效的影响。稳态仿真结果表明逐次应用改进型分液组件、小管径换热器设计、顶置式车外侧送风方式到新设计系统,客车空调系统性能得到较大改善但没有达到设计优化要求。选用新型高效涡旋压缩机应用到新系统中,仿真结果表明在考虑风机耗功的基础上,额定制冷(制热)工况系统制冷量(制热量)达到26.477k W(23.387k W),整机制冷(制热)COP为3.175(2.781),基本达到优化设计目标。研究主要结论如下:(1)压缩机转速和环境温度会大大影响空调系统性能,制冷/制热时最优转速为3300rpm/2400rpm,环境温度越低制冷性能越好,而制热性能受车外侧换热器结霜的影响。增大车内外侧风量能稍微提升制冷性能,对制热性能影响不大。(2)利用Fluent对分液组件进行结构优化模拟研究,优化后的分液头和分配管,其分配不均匀程度分别降低至原分液头和原分配管的31.369%和29.003%,可以分别提升车内侧换热器和车外侧换热器换热量2.347%和8.704%。(3)实验对比原客车空调车外侧风机吸风式和压风式运行时系统性能,由于压风式增大了流经车外侧换热器空气的风速和紊流程度,系统换热性能变好。客车空调系统制冷量由21.870k W增大至25.880k W,制冷COP由2.630增大至3.110,制冷COP增大18.251%。不同车外侧风机布置方案模拟对比结果显示:风机前置(D3)、顶置方案(D4)可大大提高空调系统性能,风机顶置方案表现出更优的换热性能。(4)利用VB平台搭建了一套完整的客车空调稳态仿真程序,并根据测试数据进行修正。使用修正后的稳态仿真程序对新设计的小管径换热器客车空调系统进行性能仿真对比。不变风机布置方案下小管径换热器系统性能低于原系统,主要是因为车内侧换热器设计高度降低了23.077%。将车外侧顶置式吸风应用到新系统中,模拟结果显示额定制冷(制热)工况制冷量(制热量)提升11.527%(18.551%),制冷(制热)COP提升21.926%(8.716%)。(5)在车外侧风机顶置式布置优化基础上,选用新型高效R410A涡旋压缩机应用到新系统进行模拟,额定制冷工况下制冷量增大至26.477k W,提升11.968%,制冷COP增大至3.831,提升12.170%;额定制热工况下其制热量增大至23.387k W,提升了9.015%,制热COP增大至3.311,提升了2.097%。考虑风机耗功,制冷(制热)工况下整机COP为3.175(2.781),基本达到优化设计目标。