Πώς λειτουργούν τα κλιματιστικά με αντλία θερμότητας
Το σύστημα κλιματισμού των ηλεκτρικών οχημάτων χρησιμοποιεί κυρίως PTC (Positive Temperature Coefficient, θετικός συντελεστής θερμοκρασίας) για θέρμανση το χειμώνα. Το κύριο μειονέκτημα της θέρμανσης PTC είναι ότι δεν είναι αποδοτική, γεγονός που θα μειώσει την αυτονομία οδήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων το χειμώνα κατά περίπου 30%. Η καλύτερη λύση για αυτό το πρόβλημα Η λύση είναι η χρήση κλιματιστικών αντλιών θερμότητας για θέρμανση. Προς το παρόν, το μεγαλύτερο μέρος του ρευστού εργασίας στα συστήματα κλιματισμού αντλιών θερμότητας ηλεκτρικών οχημάτων είναι R134a. Το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι ότι το GWP (Global Warming Potential) είναι πολύ υψηλό, προκαλώντας μεγάλη περιβαλλοντική ρύπανση και σοβαρό φαινόμενο του θερμοκηπίου, ενώ R290 Το GWP του ρευστού εργασίας είναι χαμηλό και είναι καλύτερη επιλογή για την αντικατάσταση του ρευστού εργασίας R134a.
Η αντλία θερμότητας είναι μια συσκευή αξιοποίησης ενέργειας που μεταφέρει θερμική ενέργεια από χαμηλή σε υψηλή θερμοκρασία καταναλώνοντας μέρος της ενέργειας. Το σύστημα κλιματισμού αντλίας θερμότητας αποτελείται κυρίως από συμπιεστή, εξωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, συσκευή στραγγαλισμού, στεγνωτήριο αποθήκευσης υγρών και βαλβίδα τεσσάρων κατευθύνσεων. Αποτελείται από εξαρτήματα όπως αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης. Κατά τη διάρκεια του κύκλου θέρμανσης του κλιματιστικού αντλίας θερμότητας, ο συμπιεστής αλλάζει το υγρό εργασίας χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης σε αέριο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης μέσω της εργασίας. Μέρος του αερίου επανεισέρχεται στον συμπιεστή μέσω του κύκλου και το άλλο μέρος του αερίου διέρχεται από τη βαλβίδα τεσσάρων κατευθύνσεων. Εισέρχεται στον εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, όπου ψύχεται και συμπυκνώνεται για να απελευθερώσει θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του οχήματος και μετατρέπει το αέριο υγρό εργασίας υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης σε υπερψυγμένο υγρό μέσης θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Στη συνέχεια, εισέρχεται στη συσκευή στραγγαλισμού για να μειώσει σημαντικά την πίεση και μετατρέπεται περαιτέρω σε υγρό χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης. Το υγρό εργασίας δύο φάσεων εισέρχεται στον εξωτερικό εναλλάκτη θερμότητας για να απορροφήσει θερμότητα και μεταφέρει τη θερμότητα από το εξωτερικό περιβάλλον στο σύστημα αντλίας θερμότητας. Το λειτουργικό ρευστό αλλάζει και πάλι σε κατάσταση υπέρθερμου αερίου χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης και διέρχεται ξανά από τον συμπιεστή για να ολοκληρωθεί ο κύκλος. Αντλία θερμότητας ηλεκτρικού οχήματος Η αρχή του συστήματος κλιματισμού φαίνεται στο σχήμα 1.
Όπως φαίνεται από το Σχήμα 1, ο ρόλος του ρευστού εργασίας σε ολόκληρο τον κύκλο θέρμανσης μπορεί να απλοποιηθεί σε τέσσερις βασικές διαδικασίες: ισεντροπική συμπίεση, ισοβαρική συμπύκνωση, αδιαβατική διαστολή, ισοβαρική εξάτμιση. Διάγραμμα θερμοδυναμικού κύκλου πίεσης-ενθαλπίας συστήματος κλιματισμού αντλίας θερμότητας ηλεκτρικών οχημάτων όπως φαίνεται στην εικόνα 2.
Στο σχήμα 2, 0 είναι η μορφή του κορεσμένου ρευστού εργασίας χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης, 1 είναι η μορφή του ρευστού εργασίας στην είσοδο του συμπιεστή και η έξοδος του εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας, 2 είναι η μορφή του υγρό εργασίας στην έξοδο του συμπιεστή και στην είσοδο του εσωτερικού εναλλάκτη θερμότητας, και 3 είναι το κορεσμένο Η μορφή του ρευστού εργασίας σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, 4 είναι η μορφή του ρευστού εργασίας στην έξοδο του εσωτερικού εναλλάκτη θερμότητας και της εισόδου της συσκευής στραγγαλισμού, 5 είναι η μορφή του ρευστού εργασίας στην έξοδο της συσκευής στραγγαλισμού και η είσοδος του εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας, a είναι η τιμή ενθαλπίας της συσκευής στραγγαλισμού, b είναι η τιμή ενθαλπίας της εξόδου του συμπιεστή. Η διαδικασία 1→2 είναι η διαδικασία εργασίας του συμπιεστή, η οποία είναι ισεντροπική συμπίεση υπό ιδανικές συνθήκες. Η διαδικασία 2→4 είναι η κυκλοφορία του ρευστού εργασίας στον εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, η οποία είναι μια διαδικασία απελευθέρωσης θερμότητας ισοβαρικής συμπύκνωσης. διεργασία Η διαδικασία 4→5 είναι η αδιαβατική διαστολή του ρευστού εργασίας στη συσκευή στραγγαλισμού. Η διαδικασία 5→1 είναι η εξάτμιση ίσης πίεσης του ρευστού εργασίας στον εξωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, η οποία είναι μια ενδόθερμη διαδικασία.
