Jak fungují klimatizace s tepelným čerpadlem
Klimatizační systém elektromobilů využívá k vytápění v zimě především PTC (Positive Temperature Coefficient, kladný teplotní koeficient). Hlavní nevýhodou PTC vytápění je jeho neefektivnost, což sníží dojezd elektromobilů v zimě asi o 30 %. Nejlepší řešení tohoto problému Řešením je použít k vytápění klimatizaci s tepelným čerpadlem. V současné době je většina pracovní kapaliny v klimatizačních systémech elektrických vozidel s tepelným čerpadlem R134a. Největším problémem je, že GWP (potenciál globálního oteplování) je příliš vysoký, což způsobuje velké znečištění životního prostředí a vážný skleníkový efekt, zatímco R290 GWP pracovní kapaliny je nízký a je lepší volbou nahradit pracovní kapalinu R134a.
Tepelné čerpadlo je zařízení využívající energii, které přenáší tepelnou energii z nízké teploty na vysokou spotřebováním části energie. Klimatizační systém tepelného čerpadla se skládá hlavně z kompresoru, venkovního výměníku tepla, vnitřního výměníku tepla, škrtícího zařízení, akumulační sušičky kapaliny a čtyřcestného ventilu. Skládá se z komponentů, jako jsou teplotní a tlakové senzory. Během topného cyklu klimatizace tepelného čerpadla kompresor svou prací mění nízkoteplotní a nízkotlakou pracovní kapalinu na vysokoteplotní a vysokotlaký plyn. Část plynu znovu vstupuje do kompresoru během cyklu a druhá část plynu prochází čtyřcestným ventilem. Dostává se do vnitřního výměníku tepla, kde se ochlazuje a kondenzuje za uvolnění tepla, které zvyšuje teplotu uvnitř vozidla a mění vysokoteplotní a vysokotlakou plynnou pracovní kapalinu na středněteplotní a vysokotlakou podchlazenou kapalinu. Poté vstupuje do škrticího zařízení, aby výrazně snížil tlak, a dále se mění na kapalinu o nízké teplotě a nízkém tlaku. Dvoufázová pracovní kapalina plyn-kapalina vstupuje do venkovního výměníku tepla, kde absorbuje teplo a předává teplo z vnějšího prostředí do systému tepelného čerpadla. Pracovní tekutina přechází zpět do nízkoteplotního a nízkotlakého stavu přehřátého plynu a znovu prochází kompresorem k dokončení cyklu. Tepelné čerpadlo elektrického vozidla Princip systému klimatizace je znázorněn na obrázku 1.
Jak je patrné z obrázku 1, úlohu pracovní tekutiny v celém ohřívacím cyklu lze zjednodušit na čtyři základní procesy: isentropická komprese, izobarická kondenzace, adiabatická expanze, izobarické odpařování. Diagram termodynamického cyklu tlak-entalpie klimatizačního systému elektrického vozidla s tepelným čerpadlem, jak je znázorněno na obrázku 2.
Na obrázku 2 je 0 tvar nasycené nízkoteplotní a nízkotlaké pracovní tekutiny, 1 je tvar pracovní tekutiny na vstupu kompresoru a na výstupu z venkovního výměníku tepla, 2 je tvar pracovní kapalina na výstupu z kompresoru a na vstupu vnitřního výměníku tepla a 3 je nasycená Forma pracovní tekutiny při vysoké teplotě a vysokém tlaku, 4 je forma pracovní tekutiny na výstupu z vnitřního výměníku tepla a na vstupu škrtícího zařízení, 5 je tvar pracovní tekutiny na výstupu ze škrticího zařízení a vstupu venkovního výměníku tepla, a je hodnota entalpie škrticího zařízení, b je hodnota entalpie výstupu kompresoru. Proces 1→2 je pracovní proces kompresoru, což je isentropická komprese za ideálních podmínek; Proces 2→4 je cirkulace pracovní tekutiny ve vnitřním výměníku tepla, což je proces uvolňování tepla izobarickou kondenzací; proces Proces 4→5 je adiabatická expanze pracovní tekutiny ve škrticím zařízení; proces 5→1 je rovnotlaké odpařování pracovní tekutiny ve venkovním výměníku tepla, což je endotermický proces.
