摘要
在炎热气候条件下，电动汽车（EV）乘客舱内的空调负荷增加会显著提升电池能耗，导致续航里程缩短。随着大面积车窗在电动汽车中的广泛应用，电致变色玻璃（EC）在降低冷却负荷方面展现了巨大潜力。然而，现有关于电致变色玻璃在电动汽车中的应用研究缺乏综合考虑被动冷却措施与乘客舒适度，限制了电致变色技术的进一步推广。本文提出了一种将电致变色技术与辐射冷却技术相结合的新方案，通过计算流体力学（CFD）建模，模拟了耦合电致变色与辐射冷却的智能车窗在停车及行驶条件下的应用，探讨了其对电动汽车热环境、乘客舒适度及节能性能的影响。研究结果显示，当室外温度为33 ℃，地表水平辐射为756 W/m²，车内平均目标温度为26 ℃的工况下 ，耦合车窗较传统可使空调的制冷量降低762 W，从而提升电动汽车的续航里程。此外，与全着色的电致变色玻璃相比，集成辐射冷却技术可使天窗表面温度降低高达10.7 ℃，同时能将乘客的标准有效温度（SET*）降低约7 ℃。上述研究结果为优化电动汽车车窗设计及提升其整体性能提供了有价值的指导。
关键词：电致变色、辐射冷却、智能窗、电动汽车节能、车舱热舒适
燃油车的广泛使用加剧了能源和环境问题，促使电动汽车发展，用户对电动汽车的综合性能需求提升，全景天窗的发展也反映了用户对于美学和光舒适的追求。然而，车窗导致的过度太阳辐射使车内温度升高，增加了空调需求与电动车续航的矛盾。本研究专注于电致变色和辐射冷却材料在电动车窗中的应用，通过理论计算和CFD仿真分析了耦合智能窗技术对汽车空调能耗和热舒适性的影响，旨在提升电动车的续航能力、优化车内热环境和乘客舒适度。研究探讨了耦合智能窗技术的热环境营造机制，并分析了不同因素对车窗性能的影响，以期优化车窗设计，为智能窗在汽车场景的应用提供新思路。
（1）探究炎热停车条件下，乘客舱内的自然温升（平均温度）
（2）开展不同车窗工况下的计算流体力学（CFD）模拟
（3）探究行驶工况下，耦合智能窗对车辆的续航性能优化效果
（4）探究室外气温和太阳辐射对耦合智能窗性能的影响
1、提出了电致变色与辐射冷却耦合智能窗的新思路。
2、通过CFD定量探究了耦合智能窗对电动汽车节能、环境和舒适方面的提升。
3、拓展了电致变色智能窗的应用场景，挖掘了耦合智能窗在停车/行车多种状态下的应用潜力。
作者
Zhoujie Duan1, Shuangdui Wu2,3*, Hongli Sun1,4*, Borong Lin2,3, Pei Ding5, Tao Cui6, Jeremy To6, Xi Zhang6
论文第一作者为四川大学本科生段洲杰，通讯作者为四川大学建筑与环境学院孙弘历副研究员，共同通讯作者为清华大学建筑学院博士生武双对，共同作者为清华大学建筑学院林波荣教授、西华大学丁珮副教授、梅赛德斯奔驰公司研发团队。四川大学孙弘历副研究员与清华大学林波荣教授课题组紧密合作，获华夏建设科学技术奖一等奖、入选四川省高层次青年人才计划；主持国家自然科学基金面上项目1项、青年项目1项、国家“十四五”重点研发计划子课题 1 项等。四川大学绿色建筑课题组致力于低碳高效、健康舒适环境营造，主要从事绿色建筑环境营造新理论、新方法与新技术研究，具体包括分波段分级智能窗等新型围护结构设计理论与材料研发、辐射对流耦合新型环境控制末端研发、绿色建筑主被动技术体系评价与应用等，涉及建筑、材料、能源等多学科交叉研究。
Duan, Z., Wu, S., Sun, H. et al. (2024). Improvements in energy saving and thermal comfort for electric vehicles in summer through coupled electrochromic and radiative cooling smart windows. Building Simulation, 17: 1231–1251.
https://doi.org/10.1007/s12273-024-1137-2
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电致变色与辐射冷却耦合的电动车智能窗——夏季节能与舒适性能提升分析
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2024年SCI影响因子6.1，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
