关键字：特种车辆；空调技术；
引言
通过空调技术手段对特种车辆内部环境温度进行调节控制，给车内人员提供相对舒适的工作环境，对提高装备整体效能有重要意义。
目前，特种车辆空调广泛应用的是蒸汽压缩制冷技术，但也存在诸多不足。一些其它适用的空调技术和装备也在进一步研究和开发。下面对各类技术进行阐述和初步分析。
1、蒸汽压缩制冷技术
蒸汽压缩制冷是通过制冷剂压缩循环实现制冷，该技术在目前特种车辆空调装置上广泛采用，具备技术成熟、制冷能效高、经济性较好的优点。但在实际使用中还存在一些需要重点解决的问题。
1）制冷剂泄漏的问题
特种车辆振动冲击条件恶劣，极易造成制冷剂泄漏，从而降低或丧失制冷能力。制冷剂泄漏后需要查找并处理泄漏点，加注制冷剂过程也比较复杂，给装备维修保障增加了难度，这也是目前特种车辆空调使用中尤为突出和急需解决的关键问题。
2）高温环境适应性问题
根据相关标准要求，特种空调的高温运行测试工况需达到室外55℃，室内干球温度40℃、湿球温度28℃。在实际测试时，甚至需要在室外内温度都达到55℃条件下启动和运行。这对空调系统是一大考验。同时往往受限与车辆安装空间和结构要求，冷凝器换热面积和冷凝风量增加以及结构布局都受限，这进一步影响了制冷系统高温环境下的运行可靠性和性能。能够在相应的安装空间和结构要求下，使制冷系统满足室内外55℃环境下稳定运行，并尽可能提高制冷能力，降低消耗功率，也是特种车辆空调系统需要解决的关键技术之一。
3）小型化、轻量化的问题
特种车辆往往内部空间狭小，安装设备较多，重量也有严格限制，这就要求空调机组能做到尽量小、尽量轻，同时还要满足车辆振动、冲击、高温等恶劣的使用环境。所以在满足性能、环境适应性、可靠性等要求的前提下，机组小型化、轻量化也是特种车辆空调需要不断改进的问题。
4）制冷剂选用的问题
根据《蒙特利尔协议》，需在2039年前全面禁止R22使用，目前在民用领域已基本全面淘汰了R22，但在特种空调系统中仍然在使用，考虑到后期设备维护中制冷剂的采购问题，新设计的特种车辆空调系统中也应淘汰R22制冷剂。R134a、R407c、R410a作为环保型制冷剂，可替代R22。R407c的性能和R22接近，但作为非共沸混合制冷剂，存在较大温度滑移，制冷剂的补充不方便。R410a是近共沸混合制冷剂，热力性能比高，在民用领域应用广泛，但其工作压力较高，不适合特种车辆高温工况以及振动的使用环境。R134a制冷剂在汽车空调中应用广泛，工作压力较低，但热力性能较低。相比较而言，目前在特种车辆空调系统中最合适的制冷剂还是R134a。但其温室效应值较高，长期来看也存在面临淘汰的问题。虽然目前R134a还可在相当长一段时间内继续使用，但应时刻关注新型制冷剂的以及相关设备的使用问题。
2、空气压缩制冷技术
空气压缩制冷系统通过压缩空气在膨胀机中膨胀实现制冷，其核心部件是由涡轮机和压缩机。空气被吸入压缩机后, 在压力作用下被输送到换热器, 在热交换器中放热冷却，然后通过涡轮机发生膨胀, 使温度降低。
空气压缩制冷系统具有以下优点：
1）工作介质是空气，能很好克服蒸汽压缩制冷系统中制冷剂泄漏以及环保的问题，机组在拆装、维护过程中不用考虑制冷剂的充注，维护方便。
2）压缩机出口空气压力较高，可方便与车辆核生化防护系统、分子筛变压吸附制氧系统集成。
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3）空气压缩循环制热性能较高，可满足低温下的制热需求。
基于上述优点，空气压缩制冷技术被认为更加适合特种车辆，国外特种车辆上有采用该技术的装备应用，但目前国内还没有在车辆上实际应用。该技术难点是要高压气源问题，目前的解决方法主要有从发动机引气、采用发动机驱动压缩机、利用车载电源驱动压缩机等几种方案，其中电驱动压缩机的方案可行性较高，其关键是研制体积小、功耗低的高速电机，国内已有小功率的样机研制成功，但目前还没有可实际装车应用的产品。
空气压缩制冷系统能效较低，一般在0.4左右，所以利用电驱动方案还需要考虑制冷量较大时，车载电功率容量的问题。另外还需要考虑与车载电源适应的问题。
3、固体吸附式制冷技术
固体吸附式制冷是通过微孔固体吸附剂在较低温度下吸附制冷剂, 在较高温度下解吸制冷剂的吸附-解吸循环来实现的。相对于其它制冷技术而言，具有结构简单、、操作简便、无运动部件、噪声低的特点，适用于有大量低品位余热排放的过程及有震动的移动式机械上，针对特种车辆，可直接利用发动机废热作为再生热源[4]。
国内外对于固体吸附制冷技术开展了很多的技术研究工作，但目前还没有可应用与车辆的实用化的产品出现。该技术不仅要解决提高吸附床性能、缩短循环周期、提高制冷功率等关键技术难题, 更为重要的是对整个系统进行优化设计, 研究循环工况、运行参数等之间的相互匹配关系, 确定较优的运行方案[1]。
4、局部控温技术
目前空调大部分是针对整个车内进行温度控制，实际在恶劣的环境下很难将整体温度控制在要求范围内。很多实际应用只需要使人员局部环境满足要求，此时如果按整个空间的负荷匹配空调系统，势必会造成浪费，同时造成设备体积、重量的增加。针对该问题，有研究人员提出采用局部控温或微环境控制的技术，可减小空调设备的体积、重量和能耗，达到更好的人员舒适性效果。
研究人员提出了采用微环境冷却方案解决特种车内人员热应激的技术方案。即仅对人体皮肤表面与服装之间的衣内微环境进行冷却，使衣内微环境符合人体生理舒适性要求。提出了相变式、液冷式、气冷式的微环境冷却方案[2]。气冷式方案结构简单，更容易实现，与空气压缩制冷系统结合，用气量以及消耗电功率都远小于整车空调，同时可解决前述空气压缩制冷系统耗电量大的问题。
有文献报道了一种点吹式空调方案，强调以合适的风速直接吹人体的主要部位，不仅仅是利用温度较低的空气，而且还要充分利用气流吹过人体时，加大人体表面的水分蒸发吸热的速度，人体凉快感更明显，这样才能达到最佳效果。[3]
局部控温相对与车辆内部空间整体控温，能有效降低设备重量、体积和能耗，具有很好的应用价值。由于冷（热）空气直接送给人员，实际应用中需要考虑送风温度和风速对人体舒适性的影响。
6、结论
1）目前实际应用的空调系统广泛采用的均是蒸汽压缩式制冷技术，其需要进一步优化解决的主要问题是制冷剂泄漏、高温环境的适应性、小型化轻量化问题，同时需关注制冷剂的替代和选用问题。
2）空气压缩式制冷技术在特种车辆上具有很好的应用前景，但关键需解决高压气源以及提高能效的问题。研制高速电机驱动压缩机是目前主要的研究方向。
3）固体吸附式制冷因突出特点，也具备较好的应用前景，但目前该领域还有很多技术难题需要解决，距离实际应用还有较大差距。
4）与整车控温相比，局部控温技术能有效降低设备重量、体积和能耗，具有很好的应用价值。
参考文献：
【1】刘忠宝 王浚. 装甲、 坦克车辆空调的概况及进展. 真空与低温，2002，8（1）：14~16.
【2】郭新梅，袁修干. 坦克、装甲车乘员热应激问题的解决方案. 兵工学报，2009，30（11）：1530~1531.
【3】刘余根，李兴东. 点吹技术在装甲坦克车辆空调上的应用.
【4】李生璐??杜??涛. 太阳能吸附式制冷技术. 第七届全国能源与热工学术年会.
论文作者:杨启超
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
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