汽车空调系统市场现状及关于中国电动客车的案例研究.pdf

政策背景

过去全球汽车空调(MAC)系统的制冷循环主要采用氯氟碳化物(CFC)作为制冷剂。使用的大多数CFC都是臭氧层消耗物质(ODS),且具有极高的全球变暖潜能值(GWP)。高GWP制冷剂和ODS的问题在于，其从运行系统泄漏到大气中会导致严重的气候影响，尤其是破坏臭氧层等问题。一种典型的CFC制冷剂是二氯二

氟甲烷(R-12),其具有极高的消耗臭氧潜能值(ODP)。大多数发达国家在上世纪九十年代还在使用R-12,在签署《关于臭氧层消耗物质的蒙特利尔议定书》 (简称为《蒙特利尔议定书》)后开始逐步退出市场；该议定书于1987年首次通过并于1989年生效(联合国，1987年)。

后来，汽车空调系统在全球范围内从R-12过渡到R-134a,因为R-134a不是臭氧层消耗物质，并且其对气候的影响比R-12要小。然而，R-134a的GWP仍然高达1430(Myhre et al.,2013)。为此，欧盟(EU)于2006年批准了一项新指令2006/40/EC(也称为《氟化气体条例》),针对汽车使用的制冷剂设定了GWP限值。其规定：对于2011年及以后安装的空调装置，以及2017年之后在欧洲市场上销售的所有车辆上安装的空调装置，无论其车型年份如何，GWP限值均

设置为150。

1994年之前，中国汽车行业普遍使用R-12作为空调制冷剂。R-12的ODP值为1。为了保护臭氧层，中国从2002年开始禁止汽车空调使用R-12制冷剂。迄今为止，中国国内销售的乘用车、货车和客车主要使用R-134a(ODP=O)作为R-12的环保替代制冷剂。由于电动客车冬季制热量需求大，部分采用热泵的电动客车也会使用R-407C和R-410A作为制冷剂。出口欧美的乘用车改用HFO-1234yf制冷剂，以满足当地对低GWP制冷剂的要求。

2016年发布的《蒙特利尔议定书基加利修正案》 (以下称《基加利修正案》)也是遏制汽车空调制冷剂排放的一项全球性重要法规(联合国，2016年)。《基加利修正案》要求全球合作共同减少氢氟碳化物(HFC)的生产和使用。迄今为止，正在逐步淘汰的HFC已经取代了议定书最初列入管控清单的15%的ODS,而其余的ODS也已被非碳氟化合物替代制冷剂取代(Blumberg&Isenstadt,2019)。随着过渡到低GWP制冷剂及其配套系统，制冷剂泄漏造成的潜在气候影响在未来可能会显著下降。

然而，随着汽车空调系统逐步转向使用低GWP制冷剂，以减少制冷剂泄漏对气候的影响，汽车空调系统运行所需的能量是温室气体排放的另一个主要来源。据估计，汽车空调系统的能耗占总能耗的约3%-7%,且存在很大的地理差异(Blumberg &Isenstadt,2019;Mock,2013;联合国环境规划署等，2005年)。此外相关研究还发现，汽车空调系统在湿热气候环境下的能耗占比可能达到20%左右(Papasavva et al.,2009)。

对于燃油车，燃料消耗产生了大量的直接温室气体排放；对于电动车，温室气体排放主要来自对电网和发电企业的电力需求。而另一方面，生产长续驶里程的电池也会产生温室气体排放。电动车的间接温室气体排放与其消耗电力中非可再生能源所占的比例有关；这反过来也表明，如果使用更多可再生能源发电，电动车将更清洁。遗憾的是，因为到2020年约有66%的电力来自碳强度约为0.27 kg/kWh的化石燃料，中国的间接温室气体排放量高于欧盟和美国(Ritchie&Roser,2020)。不过可喜的是，在全生命周期温室气体排放方面，中国的电动车与燃油车相比仍然具有减排优势。ICCT的一项研究表明，纯电动乘用车的全生命周期温室气体排放量比汽油乘用车降低了约34%-46%(Bieker,2021)。

作为全球第二大温室气体排放国，中国正在大力推进实现节能减排目标。2020年，中国国家主席习近平宣布，中国将在2030年前实现碳达峰，到2060年力争实现碳中和，这无疑将在未来几十年内掀起一场大规模的碳减排和碳中和运动(Koty,2021)。作为这一转型的一部分，提高汽车空调系统的能源效率以减少温室气体间接排放量将是至关重要的。

本研究的主要目的是分析汽车空调制冷剂的市场现状，并确定汽车空调系统降低能耗和温室气体排放的潜在技术。在本研究中，我们回顾了欧盟和美国的汽车空调技术和市场现状，并以电动客车为重点研究了中国汽车空调系统的现状。在中汽数据有限公司(CATARC-ADC)的协助下，我们开展了一系列调查和采访活动，以收集有关中国电动客车市场的第一手信息。我们分析了主流技术路径，并确定了中国汽车空调行业面临的主要问题。此外，我们还评估了先进替代制冷剂、余热回收和算法动态适应三种技术对温室气体排放的潜在改善效果。

单冷型空调

单冷型空调仅具备制冷功能，仅适用于具备内燃机热源的燃油及混动汽车。单冷型空调为蒸气压缩制冷系统，主要由蒸发器、冷凝器、高压/低压管路、压缩机、贮液干燥器、膨胀阀及传感器构成。单冷型空调制冷循环包括以下四个步骤：

1.压缩过程：压缩机将从蒸发器中吸入的低压、低温制冷剂蒸汽进行压缩，使其成为高压、高温的蒸汽并送入冷凝器。

2.放热过程：高压、高温的气态制冷剂在冷凝器中冷凝，并与车外空气进行热交换(放热),转变成高温、高压液态制冷剂。

3.节流过程：从冷凝器流出的高压液态制冷剂流经膨胀阀，节流变成低压、低温气液混合制冷剂后送入蒸发器。

4.吸热过程：低压、低温的液态制冷剂在蒸发器中汽化，并与车内空气进行热交换(吸热),变成低压、低温气态制冷剂，在蒸发器中吸收了热量的制冷剂蒸汽被压缩机吸走，进入下一个工作循环。