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夏天暴曬,為什么電動車要用全景天幕?

蘿卜報告

短暫的5·1勞動節假期結束了,大家應該已經返程準備復工了吧?如果你在假期期間去南方旅游就會發現,今年的夏天已經悄然來到,有不少南方地區的氣溫已經突破了30℃。如果以2022年夏天作為參考,國內大部分地區甚至經歷了超過40℃的高溫,影響了不少人的日常生活。一到夏天,對于很多特斯拉車主來說就又要開始受罪了。因為全景天幕的存在,讓車主的腦袋上仿佛一直頂著一個“小太陽”,無時無刻灼燒著本就稀疏的毛囊。為此,不少車主使出向車頂澆水,戴草帽開車,甚至用報紙將天窗糊上這般離譜的操作來降低灼熱感。那么問題也就來了,為什么特斯拉的全景天窗會這么熱?

蔚來ET7

事實上,大玻璃的全景天窗并不罕見,在電動車尚未普及的年代,就已經有很多燃油車在使用全景天窗了。而如今引起大家爭議的全景天窗,嚴格意義來說應該叫做“全景天幕”,特指那些沒有遮陽簾的玻璃車頂。除了特斯拉外,像是小鵬P7、蔚來ET7、比亞迪海豹、極氪001、零跑C01等一眾新能源車型,也都采用了全景天幕。所以除了特斯拉車主頭頂火爐外,其它新能源車主的頭皮溫度也沒有好到哪里去。

這些電動車之所以要用全景天幕,本質上就是為了留出更多的車內頭部空間。眾所周知,目前的電動車在底盤下方都有一個巨大的電池組,通常重量在400kg以上,厚度也要超過10cm。即使電動車的純電平臺相比燃油車有著更好的底盤空間利用率,卻也依然不能避免電池組的厚度對于車內縱向空間的侵占,而對于那些油改電車型來說,這種空間侵占就會更加明顯。

對于SUV車型來說,被侵占的內部縱向空間還可以通過增加車身高度的方式來進行彌補??蓪τ谵I車來說,又不能無限制地加高車身高度,在安裝了電池以后,車內的縱向空間就會被侵占,其中最直觀的體現就是后排頭部空間越來越局促。此時工程師們又想到了降低座墊高度的方式來提升后排頭部空間。以特斯拉Model 3為例,它的后排座墊高度只有300mm,后排座墊距離車頂的高度則為930mm;而與Model 3車身高度接近的日產軒逸,它的后排座墊高度為350mm,座墊距離車頂的高度為970mm。也就是說,特斯拉在座墊比軒逸矮了50mm的情況下,頭部空間依然比軒逸少了40mm。

C-HR后排

那么特斯拉Model 3的930mm后排高度大概是什么概念呢?我們這里以豐田C-HR為例,這款車由于溜背式的設計,被不少人調侃為后排“鐵窗淚”,它的后排座墊距離車頂高度為920mm。也就是說,特斯拉Model 3的后排感受理應會像豐田C-HR的后排一樣“憋屈”才對??墒聦嵣?,Model 3的后排雖然頭部空間不大,但整體的乘坐感受尚可,那么它是怎么做到的呢?

特斯拉的解決辦法就是使用全景天窗來盡可能避免頭部空間狹小所帶來的“憋屈”和壓抑感。但從Model 3的天窗形式來看,它又不是普通常見意義的全景天窗,而是不具備遮陽簾,在車頂中央通過橫梁將前后分割開的不可開啟式全景天幕,這樣可以最大化提升后排的頭部空間。

之所以使用這種不可開啟同時也不具備遮陽簾的全景天幕,實際也是為車內的頭部空間做出的取舍,首先我們從天窗的開啟維度來說起。目前天窗的開啟方式主要分為內開和外開兩種結構。其中內開式天窗在開啟時,天窗是先向下運動然后再向后運動的,將天窗玻璃收納到車內頂棚和車頂鐵皮之間。外開式天窗,則是直接將開啟的玻璃放在車頂上部。目前全景天窗大多數是外開結構,而“小天窗”則普遍為內開結構。

但無論是外開還是內開,固定玻璃向后移動的滑軌都是固定在車內的,此時再加上遮陽簾的滑軌厚度,最終二者加在一起會占據大約40-50mm,也就是2-3指的車輛縱向高度空間。對于頭部空間較為寬裕且可以調高低的前排來說,除了185cm以上身高的人會比較在意外,這40-50mm的空間侵占并不會產生太大影響??蓪τ诒揪筒凰愠湓5暮笈蓬^部空間來說,這40-50mm的空間就顯得至關重要了。因此你可以發現,但凡配備了可開啟式全景天窗的轎車,玻璃后端最多只會延伸到后排乘客的頭頂前方大約50mm的位置,再通過車頂掏空的方式保證后排乘客的頭部余量。但這樣一來,如果縱向高度不夠,還是會不可避免給后排乘客帶來壓抑感。

既然可開啟的全景天窗會蠶食掉本就不算富裕的頭部空間,同時也并不能徹底改善后排乘客的壓抑感,因此就只剩下以逍客、308S為代表的不可開啟式全景天窗了。由于缺少了開啟機構,所以這種不可開啟的全景天窗并不會被玻璃滑軌吞噬車內縱向高度了。但阻擋陽光的遮陽簾依舊需要滑軌進行限位,才可以保證開啟時的遮陽簾運動軌跡,所以遮陽簾+滑軌依舊會占據掉一定的頭部空間。

ID.3

以大眾ID.3為例,選裝了不可開啟但具備遮陽簾全景天窗的前排頭部空間為980mm,而如果不要天窗的話,那么它的前排頭部空間將會達到1000mm。這意味著,具備遮陽簾的不可開啟天窗依舊會侵蝕掉20mm,也就是大約2指的頭部空間,這對于后排寸土寸金的純電動車?來說顯然也是不能接受的。不過由于ID.3是兩廂車,后排車頂更加平直,本身后排頭部空間就比三廂轎車更充裕。因此即使ID.3使用了帶遮陽簾的全景天窗,也依然可以給后排提供940mm的縱向高度。

可Model 3這類溜背式造型的三廂車并沒有這么富裕的空間,因此像是Model 3這種車身不高的電動轎車,就只能使用不可開啟且不帶遮陽簾的全景天幕,來兼顧后排頭部空間和采光效果。此時再加上堪比小板凳一樣的300mm后座高度,最終才讓Model 3有了能夠乘坐成年男性的后排頭部空間。但由于車輛座椅高度太低,也使得Model 3的后排坐進去就像是“蹲在地上”。

實際上,除了空間以外,這種不能開啟、也不帶遮陽簾的全景天幕還有其他的優勢。首先,由于天幕與車身框架之間不存在可活動的機械結構,所以也大大降低了漏水、異響、形變等情況的出現。此外,不可開啟的玻璃天幕結構也要更簡單,不需要布置運動機構、排水管路和電控系統,所以相比起動輒2000-3000元左右的全景天窗總成來說,這種簡單的玻璃天幕成本大約只要1000-1500元。這種接近50%的成本縮減,對于車企來說絕對是喜聞樂見的。

在搞清楚這些新能源轎車為什么偏愛全景天窗之后,我們再來看看為什么使用全景天窗之后,頭部會感覺到如此之熱。網上很多人都以為全景天窗之所以頭部會有灼燒感,主要是因為外部的太陽光穿透全景天窗照到車內所導致的,實際上卻并非如此。太陽照射到大地的太陽光在學術上被稱為太陽輻射,根據波長的不同,太陽的輻射主要被分為照亮地球的可見光、會曬傷皮膚的紫外線與釋放熱量的紅外線。

小鵬P7

從太陽輻射的組成可以看出,天窗的最大目的就是保留可見光來使車內更明亮,同時隔絕對人體有害的紫外線和紅外線。因此,稍微好一點的汽車都會采用隔絕紫外線和紅外線的玻璃。像是Model 3這樣售價達到2、30萬元的車型,其巨大的玻璃天幕可以隔絕100%的紫外線和96.3%的紅外線。而同樣使用全景天幕的小鵬P7更是可以達到100%隔絕紫外線和紅外線的能力。對于那些價格十幾萬元的車型,基本也會在車輛側窗或者擋風玻璃中使用這種能夠大幅度隔絕紅、紫外線的玻璃。

既然這種全景天幕可以很好地隔絕帶來熱量的紅外線,那么為什么坐在車內的乘員還總會感到天靈蓋“焦灼”呢?這主要是因為,要想隔絕紅外線,目前只有吸收和反射這兩種方法。其中大部分車輛都會使用和摩天大樓一樣具有高反射率的“高反玻璃”作為天窗的原料,其能夠反射30-40%,甚至是50%的紅外線。但即便如此,也還是會有50%左右的紅外線被天窗的玻璃吸收,以Model 3為例,它的天窗紅外線吸收率就是46.3%,這些被吸收的紅外線同樣會導致玻璃升溫變熱。

待玻璃升溫后,自然就會出現熱量傳遞。從熱力學角度來說,熱量總共有三種傳遞方式:分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。假設你拿著鍋加熱水,隨著時間增長,火的熱量從鍋底傳遞到了鍋把上,鍋把也就會愈發變熱,這就是熱傳導;由于熱水輕冷水重的關系,鍋中水也會“暗流涌動”,相對冷的水向下走,相對熱的水向上走,進而讓鍋里的水溫度趨于相同,這是熱對流效應;即使你沒有碰火,但由于火的熱量很高,在你靠近時依舊可以感覺到火的溫度,此時讓你感受到熱的原因就是熱輻射。在生活中,電磁爐就是通過熱傳導實現加熱炒鍋的,電吹風是通過熱對流的方式吹出熱風,至于暖氣片和地暖則主要是通過熱輻射的方式將屋里加熱到合適溫度的。

由于我們并不會直接觸碰天窗玻璃,并且天窗附近也沒有什么氣流,因此在駕駛Model 3這類具備“全景天幕”的車型時會感覺到頭部很熱的主要原因,就是天窗吸收太陽紅外線熱量導致自身被加熱,像暖氣一樣通過熱輻射把熱量傳遞到頭部。此外,根據冷空氣相對較重,熱空氣相對較輕的原理,空調所吹出的冷風也很難到達車內最高的天窗位置,最終讓車內乘員的頭部只能一直被“全景天幕”產生的熱輻射加熱。事實上,即使是冬天,天窗的熱輻射也是存在的,只不過由于冬天氣溫較低,熱輻射的熱量較少,所以感知不強。

看到這里,想必大家已經了解為什么采用全景天幕的電動車會感覺頭頂火爐了。那么這時大家肯定好奇,全景天窗并非電動車首創的,原來不少汽油車也使用全景天窗來增加車輛的高級感,為什么這個問題原來并沒有爆發呢?這主要是因為以前配備全景天窗的“老舊燃油車”,普遍都有遮陽簾,而電動車由于前面提到的頭部空間問題,都沒有使用遮陽簾。要知道,玻璃的導熱系數大約為0.76W/(m·K),在吸收紅外線后,很容易將熱量傳導到車內。而遮陽簾普遍使用纖維氈、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫等與其他材質黏合在一起,其主要材料聚氨酯泡沫的導熱系數卻只有0.033W/(m·K),比玻璃足足低了23倍。也就是說,在相同外部熱量的情況下,只有1/23的熱量會通過遮陽簾傳遞到車內,自然也就會讓車內更涼爽了。

既然遮陽簾具備低數十倍的導熱系數,那么緩解玻璃天幕加熱頭頂最簡單的方式,就是購買一塊專車專用的遮陽簾,將全景玻璃天幕擋住,普遍價格也就是150元左右。根據相關實驗數據,同樣在太陽底下暴曬20分鐘,在不使用遮陽簾的情況下,天窗玻璃的溫度為70°C左右。而使用遮陽簾后,遮陽簾的溫度則只有50°C上下。這時,根據溫度越高、熱輻射量越大的物理原理,50°C遮陽簾產生的熱輻射會遠低于70°C的天窗,所以乘客頭頂的灼熱感自然就大幅降低了。

不過對于這些電動車來說,使用遮陽簾不僅會損失本就不富裕的后排頭頂的空間,同時也會讓后排再次變得“憋屈”。所以這時我們不妨把目光看向隔熱的另外一個要素--反射。通常情況下,都是通過貼膜的方式,增加天窗的熱反射效果,以此來降低玻璃吸收紅外線的總量,達到減緩玻璃溫度升溫速度和幅度的目的。不過,這種高反射玻璃膜的價格是要遠比網上賣的遮陽簾貴的,算上施工費用,最少也要1500元左右。此外,高反射膜不僅會阻止紅外線,還會將可見光反射出去,導致車內采光效果下降,最終將原本通透的全景天幕,變成沒什么采光效果的暗色車頂,這就要看大家的取舍了。

經過一番詳細的分析解讀,大家應該明白為什么現在的電動車都喜歡用沒有遮陽簾的全景天幕了。作為消費者的我們,除了被動地接受外,似乎也沒有別的選擇,畢竟對于不少用戶來說,花3、40萬買一輛新車,如果連天窗都沒有,只有空蕩蕩的車頂,又會覺得這個車看起來不夠高級。如果你目前正在被全景天幕的大火爐困擾著,不妨參考我們給出的建議,購買后市場的遮陽簾,或者是貼上反射膜,都能極大程度緩解全景天幕帶來的弊端。當然,比起讓消費者自己解決這些問題,各大車企更應該多為消費者考慮一些,例如是不是可以將全景天幕作為選裝配置?畢竟大眾ID.3的全景天幕就是可以選裝的,對于“車內看星星”沒什么需求的用戶,完全可以不要全景天幕,換成傳統的金屬車頂,不僅防曬,還能讓人更有安全感。

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