提到汽車節(jié)能,很多人的第一反應(yīng)是渦輪增壓、汽車輕量化等一些為業(yè)界所廣泛討論的節(jié)能技術(shù),而除了這些以外,汽車中還有許多和熱管理技術(shù)相關(guān)的部件與油耗、能耗息息相關(guān),例如發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池以及駕駛艙的熱管理系統(tǒng)等等。
眾所周知,發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理之于傳統(tǒng)燃油車以及動(dòng)力電池?zé)峁芾碇谛履茉雌嚲哂惺株P(guān)鍵的作用。而同樣值得注意的是,無論是傳統(tǒng)燃油車,還是新能源汽車,隨著終端消費(fèi)者對(duì)舒適性體驗(yàn)的需求不斷攀升,駕駛艙的熱管理都已成為必選項(xiàng)。與此同時(shí),隨著燃油及排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛以及新能源汽車對(duì)于續(xù)航里程要求的提高,在節(jié)能降耗方面,駕駛艙熱管理技術(shù)亦被賦予更多期望,相關(guān)技術(shù)正在不斷更新?lián)Q代以滿足更高要求。那么,業(yè)界有何種成熟的駕駛艙熱管理技術(shù)正在蔓延而我們卻未意識(shí)到?
汽車的中央暖通空調(diào)(HVAC)如今已逐漸成為新車的標(biāo)配。這一產(chǎn)品在炎熱或寒冷的季節(jié),通過汽車空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)駕駛艙內(nèi)的溫度,以保證車內(nèi)人員的舒適性和安全性。有資料顯示,盡管尚不清楚暖通空調(diào)在中國(guó)新車上的確切滲透率是多少,但在中國(guó)銷售的大多數(shù)車型都已配備這一系統(tǒng)。不過,值得注意的是,盡管暖通空調(diào)是當(dāng)前駕駛艙熱管理使用較多的一種方式,但站在節(jié)能減排的角度來看,駕駛艙熱管理還需要尋找更多更有效的方式。
對(duì)汽車有所了解的人都知道,在傳統(tǒng)燃油車中,借助HVAC系統(tǒng)進(jìn)行車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)會(huì)增加車輛的油耗。相關(guān)資料顯示,根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的一項(xiàng)研究,空調(diào)的使用占美國(guó)傳統(tǒng)輕型汽車油耗的5.5%。根據(jù)中國(guó)路況測(cè)試不完全統(tǒng)計(jì),暖通空調(diào)普遍增加了約10%的汽車油耗。由此可見車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)之于汽車油耗的影響。
在新能源汽車中,暖通空調(diào)對(duì)于電池能源的消耗比率,即對(duì)純電續(xù)航里程的影響,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其對(duì)傳統(tǒng)燃油車燃油消耗的影響。專注于汽車駕駛艙以及其它熱管理系統(tǒng)研究的Gentherm捷溫公司數(shù)據(jù)顯示,開啟中央空調(diào)會(huì)降低續(xù)航里程高達(dá)50%。因此,動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)化程度越高,車載暖通空調(diào)所帶來的影響也就越明顯。
由此不難看出,當(dāng)前的駕駛艙熱管理系統(tǒng)還需要進(jìn)一步優(yōu)化,而這些優(yōu)化又必須在不影響甚至是進(jìn)一步提升駕乘人員舒適性體驗(yàn)的前提下進(jìn)行。正是基于這一需求,溫控座椅系統(tǒng)開始引發(fā)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
Gentherm捷溫公司在相關(guān)資料中指出,沒有一個(gè)其他構(gòu)件能像座椅一樣和我們有大面積的身體接觸,在冬季條件下,我們通過座椅散發(fā)過多的身體熱量,所以會(huì)感到寒冷。在夏季,當(dāng)我們帶著外界的熱量上車時(shí),汽車內(nèi)飾由于光照被加熱的座椅使我們感到灼熱,座椅在溫控舒適性方面有相當(dāng)大的影響。
溫控座椅不同于中央空調(diào),它并非通過加熱或冷卻車內(nèi)空間來最終實(shí)現(xiàn)駕乘人員的舒適性,而是通過與駕乘人員直接接觸的座椅以更為直接的方式進(jìn)行溫度管理,將冷/熱能在身體最敏感的部位進(jìn)行傳導(dǎo)。美國(guó)再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)在不同車型,不同氣候條件下進(jìn)行了多年測(cè)試,最新的數(shù)據(jù)顯示駕乘人乘坐空調(diào)座椅時(shí)在體感相同舒適的情況下,中央空調(diào)可以相應(yīng)調(diào)高或者降低2.61攝氏度。進(jìn)而減少了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所帶來的能量損失,以最小的能耗達(dá)到舒適的最大化,從而也降低了二氧化碳排放量。值得一提的是,由于采用的是分布式加熱和冷卻技術(shù),溫控座椅還能夠適應(yīng)多變的座椅位置,而這無疑迎合了日益火熱的自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域?qū)τ谲噧?nèi)熱解決方案提出的新要求。
為整個(gè)駕駛艙降溫所需能耗與乘客降溫所需能耗對(duì)比(圖片來源:Gentherm捷溫 www.Gentherm.com)
不過,溫控座椅技術(shù)并非近兩年才出現(xiàn)的新技術(shù),至少在20年前便有企業(yè)看到了這一領(lǐng)域所具備的潛力。據(jù)了解,大約從上世紀(jì)九十年代末以來,Gentherm捷溫便開始了溫控座椅的研究。其主動(dòng)加熱制冷座椅首次在林肯領(lǐng)航員2000車型中投入使用,這是全球第一套在汽車上有效制冷和加熱、可獨(dú)立調(diào)節(jié)的空調(diào)座椅系統(tǒng);到2004年4月,該公司成功將其空調(diào)座椅系統(tǒng)安裝在第一百萬輛汽車上;而據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示,,其主動(dòng)加熱制冷座椅系統(tǒng)去年的銷量已經(jīng)達(dá)到了350萬只,有效減少了2.5x1012 克二氧化碳排放。主動(dòng)制冷座椅正在為世界做貢獻(xiàn)。2017年中,其座椅加熱系統(tǒng)和座椅加熱通風(fēng)系統(tǒng)的全球銷量更是達(dá)到了8000多萬只的規(guī)模。溫控座椅系統(tǒng)的市場(chǎng)熱度由此可見一斑。
除了溫控座椅之外,Gentherm捷溫還研發(fā)了許多其它個(gè)性化溫控系統(tǒng),從而擴(kuò)展了其他與乘客有接觸的部件的熱舒適性管理。
具體來看,利用相關(guān)技術(shù),Gentherm能在不同材質(zhì)的方向盤中利用電阻絲加熱,使駕駛員的手不再冰冷。而且當(dāng)頸部加熱器產(chǎn)生的熱空氣圍繞在頸部時(shí),僵硬的頸部也得到放松;在車內(nèi)飾表面,例如:車門、車頂或扶手,集成有加熱元件,將駕駛員溫暖地包圍起來;此外,車內(nèi)熱舒適性還可以通過加熱或制冷的杯托和車載冰箱得到提升,這樣咖啡能保溫,冷飲也能在行駛中保持涼爽。近兩年,以上種類的產(chǎn)品熱度也已呈現(xiàn)出不同程度的提升。主流歐洲汽車制造商,如奧迪,已經(jīng)將此類技術(shù)帶到終端消費(fèi)者的生活中。國(guó)內(nèi)前沿汽車制造商也有諸多即將量產(chǎn)項(xiàng)目。
總之,相對(duì)于傳統(tǒng)的中央空調(diào),分布式加熱和冷卻系統(tǒng),尤其是溫控座椅系統(tǒng)在節(jié)能減排方面表現(xiàn)更佳,未來增速有望提高。有業(yè)內(nèi)人士指出,未來座椅加熱和其他分布式熱舒適技術(shù)使用量將繼續(xù)增加,隨著中國(guó)市場(chǎng)的逐漸成熟以及消費(fèi)者對(duì)熱舒適產(chǎn)品的日益熟悉,技術(shù)的吸收速度將不斷提高。
不久的將來,以電動(dòng)汽車和電氣化車輛為主的分布式加熱和冷卻技術(shù)將成為整車氣候戰(zhàn)略的普遍應(yīng)用,個(gè)性化的微氣候系統(tǒng)—加熱、通風(fēng)、制冷座椅系統(tǒng)有望成為局部溫控的標(biāo)準(zhǔn)配置,以座椅為中心的車內(nèi)舒適系統(tǒng)正在逐步形成規(guī)模。如果按照目前燃油車市場(chǎng)的自然發(fā)展,溫控座椅的市場(chǎng)占有率可從2017年的23%提升至2030年的35%;如果綜合考量電動(dòng)汽車的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭,溫控座椅的市場(chǎng)占有率有望從2017年的23%飆升至2030年的55%。