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停放车辆利用太阳能通风系统调节温度

Tengku Ahmad和Tengku Marissa

摘要

炎热天气产生的发热现象使车厢获得周围的热量和太阳光的辐射，而车厢内的温度比外部环境要高。封闭车厢内的高温会给司机和乘客进入露天停车场停放车辆时带来不适和窒息感。这是由于从外部环境到车内的热传递过程造成的。为了应付这种情况，必须提高空调功率。但是，空调只在发动机运转时工作。因此，本研究旨在发明一种通风系统，并在发动机不运转时利用太阳能作为动力源。该系统的目的是消除和减轻停车时车内热量的影响。这项研究也是为了确定车厢内在阳光直射下温度的增量。进行热分析，以确定停车车厢内产生的总热通量。然后，该值用于确定通风风扇所需的流速（立方英尺/分钟（CFM）），并用于确定太阳能电池板的尺寸和电池容量。研究结果表明，该系统能将车厢内温度从49.6℃降低到41.3℃，有效率达53%。作为结论，通风系统的模型成功地建立在AC鼓风机和一组电子电路板上，来通过太阳能控制鼓风机的功率和速度。太阳能电源面积越大，发电量就越大，就能够保证系统的高效运行。

第一章

1.1项目概况

全球变暖已经面临许多问题，由于高温，可以造成不利影响，包括我们每天使用的汽车。一辆长期暴露在阳光直射下的汽车内部会产生一种很高的温度。造成这一现象的因素是车外的温度，车内温度与车外温度成正比。这也取决于汽车的进气条件，空气循环较多的地方温升最高。现在大多数汽车都有非常高效可靠的供暖系统和通风空调系统。打开窗户通风很简单。然而，进入的空气和外面的空气一样热、冷或多尘。护套纸、防风雨窗和遮光窗帘可用于控制汽车的温度，但效果不太好。当天气转热时，大多数司机只是忍受了这种不适。此外，仪表板、真皮座椅和塑料配件等物品如果长期暴露在这些温度下，会迅速老化。这也会导致油耗上升，因为需要更大功率的空调来冷却车厢，仪表板、真皮座椅和塑料配件等车内部件在高温下会迅速老化，还有一些儿童在被困在车内时死亡的小案例。通风系统旨在为驾驶员和乘客提供舒适性。其目的是将车内温度和湿度保持在车内人员舒适的范围内，并为通风提供新鲜、清洁的空气。这个温度范围有助于保持驾驶员的警觉和注意力。图1.1显示了2006年至2011年美国儿童事故的类型。从这一观察结果来看，饼图显示，与未成年驾驶人、偷车、倒车碰撞、正面碰撞、车辆行驶中的事故等其他事故相比，儿童留在车内的事故数量所占百分比最高。这导致儿童留在的车内处于高温状态。这会导致他们溺水，并可能导致出现体温过高的情况。

图1.1 2006年至2011年儿童事故类型

研究表明，每年都有儿童因被留在停放的车辆中而死于高温。热疗是一种急性疾病，当身体吸收的热量超过它所能散发的热量时就会发生。即使在温和的一天也可能发生高温。研究表明，停放车辆内的温度会迅速上升到儿童、成人和宠物的危险水平。图1.2所示为因车内窒息而导致体温过高的儿童死亡人数图。

图1.2 用图表表示车辆内儿童因高温而死亡的人数

因此，这种“利用太阳能通风系统对停放车辆进行气候控制”是专门为克服车辆停放时出现的热量问题而设计的。该系统的目的是消除或减轻停车时车内热量的影响。本项目的目的是发明一种独立的通风系统，用于保持车厢车厢的热舒适范围，以供乘客娱乐，在发生自锁的情况下进行安全预防，同时对汽车的油耗和内部投资也具有经济上的积极意义。

这个系统将利用太阳能作为能源。指的是世界，如（附录A）所示，在太阳能地图中，马来西亚平均每天4到5个小时在高峰时段接受阳光直射。这使马来西亚成为世界上日照时间最长的国家之一。为了节约电力，太阳能的使用是非常有效的，因为在马来西亚，太阳光的持续时间足以产生最佳水平的电力。

太阳能被用来产生能量，作为移动风扇的动力，将车内的新鲜空气吹入车内，使车内的空气流通良好。随着燃料价格的上涨，太阳能系统的使用可以节省电力和燃料的消耗。因此，它将是一个伟大的方式，车辆减少空调的使用，从而提高燃油经济性。因此，研究利用太阳能作为客车通风系统的动力源具有十分重要的意义。太阳能用于确保汽车发动机关闭时通风系统始终工作，从而节省能源和成本，因为只有来自太阳的能量始终可用。

1.2 问题陈述

如果汽车在运转，发动机舱内的温度很容易控制。这可以通过使用空调系统来实现。然而，如果乘客在车内等候，而发动机不工作，乘客在车内设法舒适，而车正停在阳光下，车厢内的热量正在增加。

本研究的主要问题是如何运用有效的系统来管理车厢内的气流。这是因为车厢内的热量会导致很多问题，比如进入炽热的车厢时会降低舒适度。此外，它还可以增加安全预防案件，如儿童窒息和脱水在汽车。此外，在马来西亚，为其适用法律，禁止使用窗彩胶片。这样一来，我们就不能在车窗上贴上一层保护层，以防止外界直接产生紫外线热，因为这对进入车内的婴儿和孕妇将非常危险。然而，如果该人打算在开着空调的情况下待在车内，虽然他们可以防止其车辆过热，但这被认为是浪费，因为空调产生冷风的高功率消耗大量汽油。由于车内热量增加而产生的另一个影响是，由于暴露在高温下，车内的使用寿命将缩短。它还会导致汽车内表面、坐垫和方向盘变热。所以我们有时不得不戴手套来握住方向盘。

1.3 目标

本项目的目的是：；

（i） 确定车厢内在阳光直射下的温升。

（ii）设计太阳能通风系统，消除和减轻车厢内热量和窒息的影响。

（iii）通过确定静态车厢内产生的总热通量来进行热分析。

1.4 工作范围

本项目主要涉及利用太阳能通风系统对停放车辆进行温度控制。本项目的范围包括：

（i）从杂志和参考书中检索、回顾和收集有关汽车座舱通风的文献综述。

（ii）进行试验，确定车厢内温度分布及其增量。

（iii）使用proteusa和MPLAB软件，利用太阳能电池板系统模拟智能实际温度控制。

（iv）太阳能电池板热控制算法的设计与实现。

1.5 论文结构

本文分为三个主要章节，第一章是研究简介。它涵盖了研究的子目标和范围等主题。

而在第二章中，涉及到与研究相关的理论。此外，本章还注入了文献综述，为本项目的开展和研究成果的比较提供参考。

为了使这项研究有条理，第三章提出了有条理的工作计划。方法和程序工作，如实验步骤的精心安排。本章还对元器件和设备的选择进行了说明。此外，本计划的设计也是为了更清楚地说明实验是如何进行的

第二章 文献综述

2.1概述

据马来西亚彭亨大学Wan Mohd kamil Bin Yacob 的2009年的研究，在WAJA轿车席上，汽车在阳光直射下完全关闭的最高温度可以增加到72.7°C。在这样高的温度下，它会导致我们的汽车税标签损坏，当它经常暴露在阳光下，材料是由塑料释放Nox（氮氧化物混合和二氧化氮），影响我们的健康和损害细胞膜，蛋白质和急性呼吸道炎症的肺部，并导致哮喘。多少年前有Vint品牌的汽车配件安装在车上，让汽车呼吸。它会从外部吸入冷空气，排出车内的热空气，以降低车内的热量。但由于风扇使用汽车电池供电，因此不实用。这是因为，当汽车在两天（星期六和星期天）内不移动时，用户在星期一工作时会感到负担过重。汽车电池不能给汽车引擎提供动力。雷诺销售公司在橱窗里放了一个小风扇来排出热空气。但它有很多缺点，只是开着小窗户，只有橡胶覆盖。但是橡胶可以被拔出来，这样汽车很容易被盗或被入侵。垂直放置在窗户上的太阳能电池。当太阳位于天空中间时，阳光不会照射到太阳能电池板上，因为它受遮阳板的保护。这将导致系统无法按预期工作。而且，车内没有可以将热空气吹出的气孔。小风扇怎么能在车里制造出清洁的环境。因此，规划研究在一个问题的定义中起着主导作用。在这个项目中，这个系统是为了克服这些弱点而设计的。由于方法和过程中涉及到多个变量，在实际产品实施之前，就已经有了计划活动。

2.2 预习研究

Khan M.U等人（1991）开发了通风技术，以限制在烈日下的车厢温度。研究中讨论了车厢内的温度变化。从图2.1可以看出前面板顶部和驾驶员头部附近空气温度的不同。这两个地方是车厢里温度最高的两个地方。模拟得到的结果如下图所示。采用三维斯托克斯方程进行了数值模拟。使用的软件是CFD2000，一个多学科CFD和传热软件。边界条件被设置为复制实验中使用的实际汽车。网格数设置为37x25x31，热量从车顶、车窗和座椅辐射。

该装置的空气流量也与实验一致。在50、100、150和200 m3/h的每次模拟中，风扇的气流速度都会发生变化。

图2.1不同位置温度随时间的变化

模拟结果如图2.2和2.3所示与实验数据一致。最大温度是在前仪表板上，即81°C，其次是驾驶员头部附近的空气空间，66°C。

图2.2 仿真模型的一部分

图2.3 无通风后视图的车内温度分布

除此之外，Bjorn Jenssen Wachenfldt等人，（2006）进行了研究。需求控制置换通风的学校空气流量与节能潜力。图2.4显示了加热温度与体积流量的关系，效率随着通风流量的增加而下降，房间内的热量不断被室外新鲜空气所代替，所以热量损失，因为在通风风机运行期间热量正在向外转移。从这个概念出发，当汽车在阳光下作为热源停车时，通风过程可以降低车厢内的温度。主要原因是较高的气流速度导致热回收效率降低。从Bjorn jensse Wachenfeldt得到的图表有力地支持了我的研究，即通风前的温度低于通风前的温度时，温度会下降到一定的温度。

图2.4 温度效率百分比与流量Q的关系图

2.3 太阳能汽车通风系统初步设计研究

本研究旨在对太阳能汽车的通风系统进行初步设计。本文通过计算的方法，对轿车内的空气流量CFM进行了分析。然后将该值应用于通风机的选择。在安装通风系统之前，还对车厢内的温度变化进行了试验，并将这些试验与安装通风系统之后的温度变化进行了比较。

2.3.1太阳能研究

现在，许多人使用太阳能或光伏作为替代能源，因为它是巨大的可用性和可再生能源。在太阳能光伏发电中，太阳光实际上转化为电能。太阳能电池板是由硅制成的，当直接接收阳光或光线时，硅会产生电荷。

来自太阳能电池板的电荷被传送到输出端子产生低压交流电或直流电，一般在6到24伏之间。正常情况下，标称输出值为12伏，而有效输出值将增加至17伏。标称输出电压12伏是参考电压，但工作电压可以高达17伏或更高，作为一个系统的充电汽车电池充电器电池电压12伏以上12伏。这表明参考电压与实际工作电压之间存在差异。

太阳辐射强度随时间和天气条件的变化而变化。为了对太阳系进行分析，太阳辐射量以每平方米的全日时数或峰值太阳时数表示。高峰日照时数是指一年中每天平均吸收的阳光。

2.3.2太阳能电池板

太阳能电池板是由硅制成的，硅在接收阳光或光时会产生电荷。来自太阳能电池板的电荷被传送到输出端子以产生低压交流电或直流电，通常在6到24伏之间。正常情况下，额定输出为12伏。这是作为参考电压的标称输出电压，但当系统蓄电池充电器能够对蓄电池电压充电超过12伏时，工作电压可以高达17伏或更高。这表明参考电压与实际工作电压之间存在差异。

太阳能电池板的输出通常用瓦特表示，瓦特数是由额定电压乘以额定安培来确定的。例如，一块12伏60瓦的太阳能电池板，尺寸约为20times;44英寸，额定电压为17.1，额定电流为3.5安培。如果一个地区平均每天有6小时的峰值太阳，那么上述太阳能电池板平均每天可以产生360瓦时的电力；60w乘以6小时。=360瓦时。由于与太阳能电池板接触的太阳光强度一整天都在变化，我们使用术语“峰值太阳时数”作为一种方法，将变化平滑为日平均值。清晨和傍晚，阳光产生的能量比中午的太阳少。当然，阴天产生的能量也会比晴天少。

2.3.3 电池

内循环电池设计为重新充电和充电数千次。电池的测量单位是安培小时，通常是20小时和100小时。在总而言之，安培-小时是以安培为单位的电流量长期由电池供电。例如，一个350安培小时的电池可以提供17.5安培持续电流20小时或35安培持续电流10小时小时。为了快速识别6伏360安时电池的总功率，360安培小时乘以6伏等于2160瓦或2.16千瓦时。

2.4 车厢通风

通风是一个清除过程，允许清洁的空气进入车厢和清除陈旧的空气。当洁净的空气进入车厢时，这个过程就开始了，无论是通过机械系统的作用还是自然流入车厢。该通风系统对于保持乘客舱的舒适温度非常重要。为了健康和舒适，一些新鲜空气必须通过乘客舱。这将取代车内陈旧的、有时充满烟雾的空气。这个过程叫做通风。大多数人使用封闭车厢作为防止灰尘空气进入汽车。然后人们开始使用管道系统让空气进入他们的汽车。图2.5显示了最早的封闭式机舱通风系统是整流罩进气口。当空气通过引擎盖进入汽车内部时，通过通风机上升时提供的空间。然而，当车辆停止或缓慢移动时，只有少量新鲜空气进入。这是大多数车辆都有动力通风系统的原因之一，它实际上使用了风扇或鼓风机，风扇位于仪表板中。鼓风机总成安装在电机轴上，整个装置放置在鼓风机壳体内。当鼠笼式鼓风机，如图2.6所示旋转时，其在进气中产生强大的吸力。输出也会产生压力。当使用仪表板上的温度控制使风扇电机通电时，空气通过乘客席流动。

图2.5 车辆前进时的气流

图2.6 用于帮助乘客车厢内空气流动的鼠笼

2.5 太阳能通风

风扇几乎是理想的太阳能负载。它们可以直接靠直流电运行。太阳能风扇在最需要的时候运行，在阳光明媚的时候。在夏季，气温可以达到很高的温度。高温导致居住空间温度升高，空调设备能耗增加。强制通风将使较冷的空气循环通过阁楼空间，并降低温度。

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