Klimatyczny układ

kfz betrieb
10.12.2012

Układy klimatyzacji i ogrzewania w pojazdach hybrydowych i elektrycznych muszą być albo bardzo efektywne, albo niezależnie zasilane paliwem.

Energia jest samochodom potrzebna nie tylko do napędu. W zimie wykorzystuje się ją także do ogrzewania przestrzeni pasażerskiej. W autach z silnikiem spalinowym energia ta jest pozyskiwana z układu chłodzenia silnika, który rozgrzewa się, spalając paliwo. 
W pojazdach z silnikiem elektrycznym pojawia się jednak problem. Silnik elektryczny nie jest bowiem w stanie tak rozgrzać układ chłodzenia, by odzyskać wystarczającą ilość energii potrzebnej do ogrzania wnętrza pojazdu. W takich przypadkach ogrzewanie auta realizowane jest przez pobór energii elektrycznej bezpośrednio z akumulatorów, która następnie przekształcana jest w energię cieplną przez przewody grzewcze. Jednak znacznie to zmniejsza zasięg takiego pojazdu. Elektryczny Peugeot iOn przy optymalnych warunkach jazdy ma zasięg 140 km. Gdy jednak używa się w nim klimatyzacji lub ogrzewania, jego zasięg może zmaleć nawet o połowę. By kierowcy nie musieli więc wybierać między długą jazdą a ogrzewaniem pojazdu, to ostatnie musi być nadzwyczaj efektywne lub mieć własne źródło energii. Nie chodzi tutaj tylko o komfort pasażerów, ale także o podtrzymanie w dobrej kondycji akumulatorów, które też wymagają odpowiedniej temperatury, by długo i bezawaryjnie pracować. Każdy pojazd elektryczny jest wyposażony w system utrzymujący je w odpowiedniej temperaturze w lecie i w zimie.
Przy temperaturze zewnętrznej na poziomie -15°C układ ogrzewania potrzebuje 4,5 kW mocy, by utrzymać temperaturę wewnątrz auta na poziomie 22°C. Jednak nagrzewnice elektryczne znane m.in. z pojazdów wyposażonych w silniki Diesla zużywają zbyt dużo energii. Firma Behr zaproponowała więc rozwiązanie stosowane w gospodarstwie domowym. Połączono elektryczną nagrzewnicę z pompą ciepła, która pobiera dodatkową energię z otoczenia. Ma ono jednak pewne ograniczenie wynikające ze specyfiki czynnika przekazującego energię cieplną: najniższa temperatura, w której może pracować, to -12°C. System pobiera energię cieplną z otaczającego powietrza. Ogrzany czynnik roboczy jest sprężany za pomocą kompresora, co zgodnie z prawem Clapeyrona podwyższa jego temperaturę. Tak sprężony czynnik roboczy jest przeprowadzany przez wymiennik ciepła, który oddaje je do wnętrza kabiny kierowcy.
 
Renesans CO2 jako czynnika chłodzącego
Termodynamicznie układ ten też pracuje odwrotnie do układu klimatyzacji samochodowej. Problemem może być dopasowanie go do samego pojazdu. Ten problem ma już z głowy jeden z dostawców dla przemysłu samochodowego - firma Ixetic. Stworzony przez nią moduł pompy ciepła przejmuje funkcję zarządzania temperaturą pojazdu, a więc także zarządza temperaturą silnika elektrycznego, elektroniki mocy oraz akumulatorów i wnętrza pojazdu. Czynnikiem roboczym tego układu jest dwutlenek węgla. Dzięki kompaktowej budowie i standardowym interfejsom możliwe jest zastosowanie tego modułu praktycznie w każdym pojeździe seryjnym. System sam w sobie jest zamknięty i bezobsługowy.
Według producenta pompa ta pracuje bardzo efektywnie. Wymiana ciepła między jej elementami następuje praktycznie bez strat, co dodatkowo zwiększa jej skuteczność. Energetykę ogrzewania samochodu da się poprawić jeszcze na kilka innych sposobów. Jednym z nich jest ograniczenie nawiewu powietrza z zewnątrz do samochodu. Jeśli zostanie on ograniczony o połowę, to moc ogrzewania zmaleje z 4,5 do 3 kW. Zmniejszenie nawiewu wymaga jedynie modyfikacji przepływu powietrza wewnątrz pojazdu, by zapobiec parowaniu szyb.
 
Samochody elektryczne na bioetanol
Inny sposób ogrzewania pojazdów elektrycznych proponują tacy producenci, jak Webasto i Eberspächer. Jest to system dodatkowego ogrzewania zasilany bioetanolem. Jego zaletą jest to, że zużywa on bardzo mało energii, która jest potrzebna tylko do podtrzymania pracy jego elektroniki sterującej. Praktycznie cała dostępna energia elektryczna może więc być przeznaczona na napęd pojazdu. Taki sposób ogrzewania nie wpływa ujemnie na bilans emisji substancji szkodliwych przez auto. Ogrzewanie na bioetanol emituje tylko niewielkie ilości CO2, ale i tak przy tej emisji o ponad 90% przewyższa ta ilość panujące normy emisji dla tego typu pojazdów. Według danych producenta ogrzewania bioetanolem zużywa ono od 0,4 do 0,5 l bioetanolu na godzinę pracy.

Edgar Schmidt

Więcej interesujących artykułów w najnowszym „autoEXPERCIE” 12/2012. 

O Autorze

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę