为什么有的人开车舍不得开空调?车载空调耗油吗?开空调与开窗哪个更省油?

为什么有的人开车舍不得开空调?车载空调耗油吗?开空调与开窗哪个更省油?_58汽车

开空调会增加油耗,但高速上开窗因风阻增加油耗更高。车载空调功率一般在2-6马力,具体油耗受车型、天气和发动机转速影响。高速上开空调通常比开窗省油,但具体取决于车辆空调功率和是否长时间高负荷运行。车外气温低时,开空调可能更省油。总体而言,家用经济型汽车在高速上开空调更省油。

没想到这个回答引起了小小的关注,评论区里也提出了不少值得再深入探讨的地方。比如:开窗到底会增加多少风阻?开一个窗还是四个窗,开一条缝还是全开造成的风阻一样吗?是空调究竟占用多少动力?大排量和小排量的车一样吗?于是我也再找了找相关资料,答案放在后面的更新部分。而最终结论,可是比我原来想的复杂的多哟~

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这些司机只知其然,不知其所以然。

开空调肯定会增加油耗(下坡带档溜车时空调不耗油,消耗的是车子的重力势能),但是高速上开窗户更增加油耗啊!开窗户破坏了汽车的整体气动外形,风阻和速度的平方成正比,高速时会产生相当大的阻力,导致油耗飙升。

我记得当年流言终结者做过实验比较开窗和开空调时的油耗,结果是当车速高于80km/h*时,开窗的油耗就高于开空调了。

补充一点。看到有人说不开空调是因为车子动力不够用。这个理由其实也不成立:开空调会损失动力,但是高速时开窗的动力损失更大。

油耗和动力其实是同一件事情的两个侧面。车子的动力是通过消耗燃油实现的,油耗和动力一个是来源一个是用途。对于在高速上巡航的一辆车子来说,二者是恒等的。开空调会消耗发动机的动力,这个动力其实就是来自于增加的油耗。同样的道理,开窗户增加的油耗,体现在用途上,也就是消耗发动机的动力。增加的油耗越多,说明占用的发动机动力就越多,而发动机的动力储备就越少,给司机的感觉就是车子更肉。

举例来说,假设(以下数据并不精确):一辆最大功率70马力的小车在高速上110km/h巡航,在关窗户关空调的状态下,维持车速消耗了40马力,动力储备有30马力。这个动力储备就是在需要超车、或者上坡时能够调用的。开空调会消耗发动机10个马力,开了空调,维持车速的话一共消耗50马力,动力储备剩20马力;关空调开窗的话,在110km/h下,克服额外的风阻需要多消耗15马力,所以要维持110的时速消耗了55马力,动力储备只剩下15马力。

所以,从动力的角度讲,高速上也应该是开空调而不是开窗。

另外,开天窗对气动的影响会小一些,关空调开天窗是一个可行的方法。但是我没看过开天窗对油耗影响的实验,具体到多少速度开天窗的油耗会高于开空调我也不太清楚。不过就我平时开车的经验看,如果觉得开窗或者开天窗的风噪开始吵了,基本上就到临界点了。赶快关窗户开空调吧。

*凭记忆回答,节目里用的是英里,当时我自己换算成公里,具体数字忘了,大概是80km/h左右。

———-更新————

-关于开窗风阻的研究。

我找到一篇2010年吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室的论文(1)。文章用软件模拟的方法在不动速度段对9种窗户的开关状态进行测试。9种状态分别是:

捉个虫:方案3“全开左”的开窗程度是0.5,而方案8“半开左”的开窗程度却是0.525?可能作者手滑,把0.25打成了0.525.

把开窗程度和阻力系数绘制散点图可以看到二者之间的关系:

下面分析一下这个图。原图只有蓝色三角点,其他的都是我加上去的注释。

首先可以看到开窗的大小与其造成的额外风阻并非线性关系。三个标黄的数据点自左向右分别是四窗开1/4,开1/2,全开。可以看到,只要开窗户,风阻就会大幅增加,但是随着开窗幅度的增大,风阻的增加幅度却很小。我们比较“全开左”和“半开左”两个方案也能看到风阻系数只增加了0.001。文章通过流场特性分析给出了原因:由于空腔的存在,气流的趋势是在车窗玻璃的上沿流入驾驶室。也就是说,主要的阻力都是在车窗玻璃上沿这一小部分区域产生,而不是在车窗打开的地方产生。文章的结论是开窗大小对整车气动阻力影响不大。

第二,开窗的数量和风阻有明显关系。三个标黄的数据点都是打开四个窗户的情况,其风阻远大于其他情况。标蓝色下划线的两个数据点是“左全开”和“后全开”方案,而黑色下划线是出了bug的方案8“半开左”,其正确位置应该势在黑点处。这三个方案都是开两个窗,不管是开窗位置还是开窗幅度,风阻水平都没有明显差异。这个发现和上一段的分析一致。开四个窗会出现四个产生风阻的区域,而开两个窗只出现两个风阻区域。

第三,两个例外情况。第一个是方案5“全开前左”。按说这里只产生了一个风阻区域,产生的风阻应该低于开两个窗的情况,而文章中开一个窗和开两个窗的风阻没有明显差异。文章没有对此进行进一步分析。第二个是方案6“全开前左右后”,开对角两个窗户的情况,但是产生的风阻接近四个窗户全开的情况。文章也没有对此进行进一步分析。我猜测可能是气流会在车内穿行,导致额外的风阻。

文章的结论是,车速超过15m/s(54km/h)时,开窗行驶对气动阻力的影响更明显。在车速超过25m/s(90km/h)时,开窗会多消耗超过1kw(1.4马力)的功率;在车速超过30m/s(108km/h)时,会多消耗超过2kw(2.8马力)。另外,文章还提到了“1/4开所有”方案下,风阻大但是通风效果却很小,是非常低效的方案。

文章的模拟采用的三厢轿车的模型,正面投影面积1.856平方米。对应的大约是A0级的小车,比如polo。而B级车的正面投影面积会接近2平方米。开窗带来的额外风阻是一个定值还是根据车的大小成比例变化,文章并没有研究。但是文章研究的是对风阻系数的影响,而风阻系数的变化表示开窗造成的风阻是随车的大小成比例变化的。也就是说,体积更大的车,开窗造成的油耗和功率消耗会更大。

-关于空调的油耗和动力消耗。

车载空调的动力其实远大于家用的空调。因为汽车的隔热比房屋差很多。曝晒一天的房子可能室内温度会增加10度。但是曝晒一个小时的汽车,驾驶舱温度升高20度都很轻松。

上面一段引用的论文提到车载空调的功率一般在2kw左右,约合3个马力。这和我在网上搜索到的信息相吻合:一般小型车的空调功率在2-4个马力,大型车的空调功率在4-6个马力。这个问题下的其他答案里也有提到根据车子显示的实时油耗计算,开空调会增加约0.9L/小时的油耗。根据这个数据,再加上假设汽油的能量密度是36兆焦/L,发动机热效率35%(不错的热效率),计算空调的功率为4.3马力。另外,我还找到一篇2015年的论文(2),用三款排量1.4-1.6L的经济型轿车做的实测,结果显示,在低速、空调低负荷的情况下(室外20度),油耗升高约1.2L/100km,在低速、空调高负荷的情况下(室外30度),油耗升高约2.5L/100km。假设低速为33km/h,高负荷下折算油耗升高0.83L/100km。这与上文的数据也一致。另外,这篇文章中还提到,空调的能耗随着发动机转速的提高而增加。

另外也有不太一致的发现。在Youtube的一个视频里,视频主在台架上测了一辆400马力的凌志,分别在开空调和关空调时的动力输出。结果是开空调时峰值马力少了大约10马力,而在整个转速区间,开空调时的扭矩大约低了10到15牛米。考虑到空调的能耗随着发动机转速上升,在6000转时消耗10个马力也可以理解。

总的来说,空调的油耗和动力消耗其实根据车型和天气情况都有所不同。小型车的空间小,对制冷的需求较低,所以一般会配备功率较低的空调;而大型车则会配备大功率的空调。天气热的时候,空调长时间高负荷运行,其能耗会比低负荷运行时高出一倍以上。

-发动机排量有影响吗?

从上面两部分的分析来看,发动机的排量应该没有直接影响。风阻跟排量无关。空调的能耗是主要是空调压缩机的功率决定的。

但是间接来说,大排量的车往往体积、空间也较大,既带来更大的风阻也需要更高功率的空调。其实二者是同向变动的。

-空调对加速的影响有多大?

我们对车子加速反应的感受主要看发动机的扭矩储备。在我们深踩油门的时候,如果发动机还有足够的扭矩储备,那么我们就能马上感觉到车子的动力输出。从上文提到的那个视频里我们知道,开启空调会在发动机的全转速区间内占用10-15牛米的扭矩。我们再看发动机的动力输出:

1.0升的涡轮增加发动机在1500转以上时就能输出超过175牛米的扭矩,最高在2250转能输出200牛米的扭矩。对于空调占用的10-15牛米的扭矩,只占不到10%。也就是说,我们只有在油门几乎踩到底的时候才能感觉到差异。不得不说,涡轮机的高扭矩平台真香。

而对于自吸发动机来说,最大扭矩完败给更小排量的涡轮机,而且扭矩曲线在1000到2000转之间上升得比较陡峭,也就是对转速的变化比较敏感。但是即便如此,1.5L自吸机在2000转也有130-140牛米的最大扭矩,空调的扭矩需求也只占用10%左右。不过如果是1.0L自吸的车子呢?我没找到图,只找到现代的一款1.0L自吸发动机的峰值扭矩是96牛米,估计在2000转时可能只有70-80牛米。这时空调的影响就比较明显了。

影响加速的另一个重要因素是车重。同样一个1.5L自吸的发动机,带一个1吨重的A00级的小车和带一个1.6吨重的SUV的效果是完全不一样的。要达到同样的加速度,A00级的小车可能只要踩50%的油门,剩下50%都是扭矩储备,而SUV可能要踩80%的油门,再加上空调消耗的10%,扭矩输出就开始捉襟见肘了。

另外,车子满载对加速的影响也很大哟,四个成年人的重量大约有250公斤,空载和满载的差距基本上是A级车和B级车之间的重量差距了,对加速(和刹车)的影响非常大。

总的来说,空调对加速影响的绝对量其实不大,但空调却往往是破坏驾驶时加速感的最后一根稻草。不过随着涡轮增压发动机越来越普及,空调的影响会越来越不明显。

-一些相反的证据

我开始的观点是开空调更省油。但是下结论之前,我们先看看一些相反的证据。国际自动机工程师协会(SAEinternational)在2004年和2013年发表过论文研究这个问题(3),认为开空调更费油。我们稍微细看一下这篇文章。

2004年文章的样车一辆是4.6升V8的轿车,另一辆是8.1升V8的SUV,具体车型未知。测试是在30度气温,50km/h到110km/h速度区间。结果是所有速度区间内开空调更费油。

这里我有两个疑点。第一个是测试车辆的空调究竟有多大功率。对于美国车来说,最大的特点恐怕就是大了。测试车又是两辆V8的大家伙,车内空间想必也是巨大无比。因此空调的制冷需求应该也是超级高。所以装了超大功率的空调。而且从图上看,不开空调时SUV的经济时速是80km/h,但开了空调以后,经济时速却掉到了50km/h以下。难道空调的负荷相当于30km的速度差?这有点儿不可思议了。

第二个疑点是开窗造成的额外油耗,在50-110速度区间内几乎是个定值。也就是图中绿色曲线几乎是红色曲线的平移。这其实更像开空调时的油耗情况,因为空调的油耗是恒定的。而风阻是根据车速的平方变化的,所以随着速度的提高,开窗导致的额外油耗应该是不断增加的。所以绿线与红线之间的差距应该随着车速逐渐扩大才对。

对于2013年的文章,他们的测试车辆是2009FordExplorer和2009ToyotaCorolla。比较开窗和空调满负荷状态下的油耗。结果是FordExplorer在超过70英里(113km)时,空调的油耗仍然高于开窗;ToyotaCorolla在121km/h时空调和开窗的油耗持平,在129km/h时开窗油耗超过空调油耗。

关于这些研究,我认为并不能完全推翻开空调更省油的结论。第一,美国市场上的车的空调功率可能偏大,上文提到的视频中测试的轿车的空调功率大约10马力可能与此吻合。所以,不一定适用其他地区的情况。第二,SAE测试的是空调全负荷状态下的油耗。但日常开车时,车内温度一旦降下来以后空调就会停止工作或者低负荷工作。

-最后的结论是什么?

如果严格地来说,高速时开空调省油还是开窗省油,要具体看每一辆车的具体情况,没有一概而论的答案。具体而言,还是要看车子空调的功率有多大,和空调是否长时间高负荷运转。

而说到空调运行负荷,倒是有个反直觉的结论:车外气温较低时,反而是开空调更省油。因为空调只需要低负荷或者间断运行就能保持车内温度。

一般而言,对于家用经济型汽车来说,上文中所列出的研究还是更倾向于证明在高速上,或者说在时速90km以上时,开空调更省油。即使放宽一些来说,开空调的油耗也不会明显高于开窗的油耗。

—-参考—-

1:张英朝,李杰,张喆.轿车开窗行驶时的气动阻力分析[J].江苏大学学报(自然科学版),2010(06):651-655.

2:王金松.”汽车空调对整车油耗的影响.”南方农机.(2015):39-40.Print.

3:Huff,S.,West,B.,andThomas,J.,”EffectsofAirConditionerUseonReal-WorldFuelEconomy,”SAETechnicalPaper2013-01-0551,2013

2004年的那篇文章没有找到原文。

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