【中國制冷網】常規電動客車熱泵空調采用氟利昂為循環工質，不僅具有強溫室效應，且在低溫下制熱量急速衰減，甚至無法運行，北方地區冬季制熱問題是當前電動客車面臨的挑戰性難題。天然工質CO2的GWP為1，ODP為0，不僅環保無污染，且CO2熱泵空調具有非常優異的冬季制熱特性，可以很好的滿足電動客車的冬季采暖需求。
1.1客車CO2熱泵空調
1）Konvekta公司CO2客車熱泵空調
作為電動客車CO2熱泵空調的開創者，德國Konvekta公司針對不同系列的客車、小型卡車、重型卡車等開發了不同系列的CO2熱泵空調樣機，并進行了小規模的路試實驗。Konvekta的CO2熱泵系統，已經正常運行了10萬公里。與合作商一起制造的20臺第一代熱泵在測試中已經證明了它未來的潛力。從乘坐環境的溫度調節到電池溫度的精確控制，第一代Konvekta CO2熱泵完成了整個電動車的溫度控制，從而延長了精密昂貴電池的壽命和汽車運行的里程。
2）Valeo公司CO2客車熱泵空調
Valeo在2019年10月比利時布魯塞爾舉行的客車空調展覽會會上，展出了電動客車CO2熱泵空調樣機。已經實現了50臺原型機的小批量生產，并于2020年第一季度交付使用。該客車CO2熱泵空調樣機充注了3.6公斤的天然工質CO2，樣機總質量約為340公斤。適應環境溫度-20℃-44℃，即使在-10℃環境下，不需要任何額外熱源，滿足一臺12米長的電動客車采暖需求。此外，樣機配備有自動除霜功能，在環境溫度低于5℃時，自動開啟，從而防止結霜。
3）Eberspaecher公司CO2客車熱泵空調
Eberspaecher針對電動和混動客車推出以CO2為循環工質的熱泵空調樣機，可以滿足全年的制冷和制熱需求。相比常規電動客車的電加熱或水加熱系統，能源利用率大大提升，適應低溫下的制熱。該樣機預計2021投入市場。
1.2 客車CO2熱泵空調系統的應用
1）Solaris電動客車
電動客車沒有余熱可以利用，冬季采用電采暖導致電池能耗巨大，可行使里程大幅衰減，很多的客車廠采用配備柴油加熱器的方式實現冬季制熱，這種方法雖然有效解決了低溫制熱問題，但是缺違背了電動車發展的初衷。Solaris將跨臨界CO2熱泵空調應用在電動客車上，不僅保證了冬季制熱需求，同時大大減小了電池的能量消耗，增加了可行駛里程。
2）Mercedes-Benz電動客車
應對公共交通系統，Mercedes-Benz在新生產的電動客車上配備了跨臨界CO2熱泵空調熱管理系統，通過軸載傳感器，根據乘客數量實現溫控調節，并對司機區域進行獨立的溫度調節，始終保持24℃。電池等所有需要散熱的設備進行耦合熱管理，有獨立的冷卻系統實現溫度控制。相比傳統技術，整車實現節能約40%。
西安交通大學CO2制冷制熱課題組針對10米客車制冷制熱的溫控需求，設計了客車跨臨界CO2熱泵空調系統，并搭建了樣機，基于GT-suite建立了耦合客車整機的CO2熱泵空調仿真模型，研究了充注量、回熱率、新風比等對系統熱力學性能的影響規律；其次對熱泵空調的多參數控制特性、最優運行控制特性、動態降溫/升溫特性、冬季除霜特性展開了詳細的理論研究；同時，針對跨臨界CO2系統高溫制冷性能衰減的固有問題，研究了膨脹機、噴射器、耦合雙系統對跨臨界CO2系統性能的提升機理。結果表明，所搭建的CO2熱泵空調系統足以滿足冬季制熱和夏季制冷的負荷需求，并實現了大幅度的能效提升。
西安交通大學CO2制冷制熱課題組在客車CO2熱泵空調系統理論研究的基礎上，經過理論計算和工程設計，已經開發了適用于8米、10米電動客車的CO2熱泵空調樣機。該樣機可以通過自動控制實現模式轉換，滿足-25℃-45 ℃的制熱和制冷需求。目前樣機已經在車用跨臨界CO2熱泵空調測試中心安裝完畢，進入樣機測試階段。
在完成初步的樣機測試后，將在電動客車上完成裝機，進行整車測試。研究團隊的車用跨臨界CO2熱泵空調測試中心可以完成12米及以下車型的整車熱泵空調性能測試。在測試中心內，完成對裝備跨臨界CO2熱泵空調客車，-25-45℃環溫下的溫控特性測試，后續將展開太陽輻射、雨雪氣候等復雜環境對客車溫控特性的影響研究。
隨著《蒙特利爾議定書》基加利修正案于2019年的正式生效，強溫室效應氣體的減排問題迫在眉睫。客車跨臨界CO2熱泵空調的開發和推廣不僅可以有效解決當前電動車冬季制熱難題，同時有助于我國強溫室效應氣體減排，有效降低碳排放。
CO2因其獨特的環保優勢，和強勁的冬季制熱能力，在電動客車等車用熱泵空調領域具有較大的應用前景。然而，CO2系統運行壓力高、設備、部件配套不成熟、控制復雜、高溫制冷能效衰減劇烈等一系列問題，都亟待解決。
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