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電動車用之省能空調椅

電動車用之省能空調椅. 班級： 碩研機械二甲 報告者： 蘇郁凱 指導教授：張烔堡 教授. 南台科技大學 Southern Taiwan University. 目錄. 前言 研究動機與目的 空調負載分析 CFD 模擬理論 實驗設備 實驗結果 結論. 南台科技大學 Southern Taiwan University. 前言. 全球 面臨 能源快速消耗危機與二氧化碳排放對環境及氣候變遷衝擊 ， 發展節能、低污染、高效率、輕量化的行動載具已經是汽車工業的共識與未來發展趨勢 。

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電動車用之省能空調椅

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Presentation Transcript

  1. 電動車用之省能空調椅 班級： 碩研機械二甲 報告者： 蘇郁凱 指導教授：張烔堡 教授 南台科技大學 Southern Taiwan University

  2. 目錄 • 前言 • 研究動機與目的 • 空調負載分析 • CFD模擬理論 • 實驗設備 • 實驗結果 • 結論 南台科技大學 Southern Taiwan University

  3. 前言 • 全球面臨能源快速消耗危機與二氧化碳排放對環境及氣候變遷衝擊，發展節能、低污染、高效率、輕量化的行動載具已經是汽車工業的共識與未來發展趨勢。 • 空調系統會因為空調耗能甚鉅的原因會面臨很大挑戰，若使用空調系統會大幅減少電動車輛的續航力，但若不使用空調系統則會造成乘坐者不舒適。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  4. 前言 • 傳統車輛之空調系統是利用引擎運轉來帶動壓縮機，而傳統車輛採全車廂空調，使得空調負載非常龐大，故使引擎油耗增加 • 根據ARTC研究，利用車輛怠速運轉之測試，估計電動輔助空調耗能，在傳統由引擎帶動壓縮機之空調系統，當冷房能力為3717.4W時，引擎至少須輸出1956.5W功率才能使壓縮機運轉，但在相同冷房條件中，改用電動馬達驅動壓縮機，引擎卻要提供約5.4KW之功率 南台科技大學 Southern Taiwan University

  5. 研究動機與目的 • 目前各大車廠積極研發電動車或個人型載具，為了減輕車體重量和減少能源耗能，往往忽略了空調系統，如此一來駕駛在開車時容易感到不舒適，而加裝傳統壓縮機冷氣空調系統在車輛上佔有一定的重量且耗能，重量與耗能增加會導致航行能力大幅降低 南台科技大學 Southern Taiwan University

  6. 研究動機與目的 • 為此研發出空調座椅，其屬於個人型空調系統，屏除了傳統全車廂空調耗能之缺點，座椅與空調罩形成之空調空間大幅縮小，減少諸多不必要之空調負載，進而減少空調系統之重量與耗能。 空調椅示意圖 南台科技大學 Southern Taiwan University

  7. 研究動機與目的 • 輕量型電動車空調系統必須要滿足省能與輕量化等兩大設計，所以新型空調系統必須具有以下特色： • 減輕重量、節省能源。 • 可依需求調整空調溫度、風速，達到恆溫功能。 • 安裝方便，不妨礙駕駛行為及安全性。 • 構造簡單，可適用於任何載具。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  8. 空調負載分析 個人型空調椅 全車廂空調 乘員滿載時 空調耗能：600W/人 空調負載預估：6115Kcal/hr 一人駕駛 空調耗能：3000W/人 空調負載預估：5455Kcal/hr 空調耗能：140W/人 空調負載評估：人體新陳代謝熱量約110Kcal/hr • 人體顯熱60 kcal/hr /人 • 人體潛熱50 kcal/hr /人 • 不需考慮人體呼吸熱交換量 空調效率(COP):2.0 空調效率(COP):2.0 南台科技大學 Southern Taiwan University

  9. CFD模擬理論-STAR-CCM+軟體簡介 • 本研究採用STAR-CCM+為新一代流體力學分析軟體，並採用最新IT與CFD分析技術，其中CCM(Computational Continuum Mechanics)連續計算力學，強調除了進行流體分析外，也要針對結構應力、電磁學與聲學等具備分析功能，達成可解析任何種類連續計算力學之目的。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  10. CFD模擬理論-物理模型建立 • 本研究為了分析空調罩內部空間溫度場與流場之分佈變化，利用與系統相同尺寸繪製實際空間之物理模型。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  11. CFD模擬理論-物理條件 • 解析方法中採用標準κ-ε紊流模式模擬。 • 欲觀察最後之變化故選用穩態做800次疊代達收斂值，其初始溫度為32℃。 • 流場為三維紊流(turbulence)模式。 • 流體選用空氣理想氣體不可壓縮流。 • 忽略空調罩之透氣性影響。 • 在數值分析不考慮太陽輻射、重力效應與化學反應。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  12. CFD模擬理論-模型網格 • 模型網格建立是利用STAR-CCM+數值分析軟體內建自動網格生成功能。 • 採用Trimmed Mesh(六面體)形式。 • 網格數目生成約為20萬個格點。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  13. CFD模擬理論-邊界條件 • 初始溫度為32℃與量測環境溫度一致。 • 進出風口共有八個位置，左右兩個為一組溫度參數給定分別為16℃(左上與右上)、17℃ (左下與右下)。 • 風速15m/s(左上與右上)16m/s(左下與右下) • 出風口設定溫度與初始溫度一致。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  14. 實驗設備 南台科技大學 Southern Taiwan University

  15. 實驗設備 南台科技大學 Southern Taiwan University

  16. 實驗結果 南台科技大學 Southern Taiwan University

  17. 結論 • 實驗量測結果為三十分鐘可達最低穩定溫度，且空調空間內溫度可降低至26℃，將可達5℃ ~6℃之溫差。 • 利用CFD數值分析輔助研發過程，藉由流場與溫度場之變化獲得較佳之設計，經實驗與模擬之結果證實其可行性。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  18. 結論 • 本空調系統只需耗能約140W就能達到一定的降溫效果遠低於傳統壓縮機，此外傳統壓縮機冷氣系統總重約40~50KG，而小型空調系統總重只約10KG，因此可有效節能與減重。 • 除針對輕型電動車外，期望可改善未裝設空調車種上，如堆高機、挖土機與耕耘機等大型工程車，更可結合綠色能源如太陽能運用於老人代步車、機車、腳踏車，提升車輛駕駛者的舒適性。 南台科技大學 Southern Taiwan University

  19. THANKSFOR YOURLISTENING 南台科技大學 Southern Taiwan University

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