Elektromobiļu un hibrīdu klimatiskās sistēmas. Kāpēc vajadzīgs siltuma sūknis?

Siltuma sūkni var sastapt tādos modeļos kā Jaguar I-Pace, kopš 2013. gada ražotajā Nissan Leaf un citos. Vienam un tam pašam modelim, piemēram, VW e-Golf, var būt siltuma sūknis, bet var arī nebūt: tas atkarīgs no komplektācijas. Siltuma sūknis būtībā ir apgrieztais kondicionieris.

Kāpēc vajadzīgs siltuma sūknis?

Ir elektromobiļu modeļi, kuros salona un baterijas (ja tāda paredzēta konstrukcijā) apsilde ir elektriska. Tamlīdzīgas sistēmas mīnuss ir tāds, ka elektriskā apsilde samazina gaitas rezervi: jo enerģija taču tiek ņemta no tās pašas augstsprieguma baterijas. No pirmā acu uzmetiena paradoksāla frāze: elektriskā apsilde nav pietiekami efektīva. Jā, jebkuram elektriskajam sildītājam lietderības koeficients ir gandrīz 100%: patērējot kilovatu elektroenerģijas, sildītājs nodrošina gandrīz kilovatu siltuma, taču siltuma sūknis, patērējot to pašu kilovatu elektroenerģijas, spēj piegādāt apmēram 3 kW siltuma. Proti, lai iegūtu tādu pašu siltuma daudzumu, nepieciešams aptuveni trīs reizes mazāk elektroenerģijas, un tātad gaitas rezerve ar darbojošos apsildi tik ļoti nesamazinās.

Kā tas darbojas

Atcerēsimies parastā ledusskapja vai kondicioniera darbības principu: vienkāršāk sakot, ir karstā un aukstā puse. Kad kompresors saspiež aukstuma aģentu, tas sasilst, ja spiediens krītas – aukstuma aģents vārās un stipri atdziest. Automašīnas kondicioniera darbības principa aprakstos var sastapt tādas frāzes kā “atdzesēts aukstuma aģents nonāk iztvaicētājā, bet ventilators, pūšot uz iztvaicētāju, piegādā aukstu gaisu uz salonu”. Formāli tas tā ir, tomēr no fizikas viedokļa process tiktu aprakstīts citādi.

Sadzīves ledusskapī, kura uzbūve ļoti līdzinās kondicionierim, nav ventilatora, taču ledusskapī vienalga ir auksts. Kāpēc? Jebkura sistēma, kur ir temperatūras starpība, tiecas uz līdzsvaru. Iztvaicētājs ir auksts, bet gaiss – silts. Iztvaicētājs paņem siltumu no gaisa un sasilst, bet gaiss savukārt atdziest. No gaisa siltumu paņēmušais un iztvaicētājā sasilušais aukstuma aģents nonāk zemsprieguma maģistrālē – pie kompresora, bet tā vietā atkal nāk atdzesēts aukstuma aģents.

Pretējs process

Kur paliek siltums no kompresora darbības, aukstuma aģenta saspiešanas utt.? Ārējā radiatorā: ledusskapim tas ir radiators uz aizmugures sienas, automašīnai – kondicioniera radiators (kondensators) zempārsega telpā. No ārējā radiatora siltums tiek izkliedēts apkārtējā vidē. Temperatūras starpība atkal izlīdzinās: apkārtējais gaiss apkārt sasilst, bet radiators atdziest.

Siltuma sūknis dara visu to pašu, tikai “karsts” ir iekšējais radiators, bet “auksts” kļūst ārējais radiators, absorbējot siltumu no apkārtējās vides. Kā var absorbēt siltumu no auksta gaisa? Elementāri: ārējam radiatoram tādēļ ir jābūt aukstākam: ja ārā ir ‒5 ºС, bet radiatoru aukstuma aģents ir atdzesējis līdz ‒20 ºС, tad tas sasils pat ar saltu āra gaisu.

Divi kontūri

Parastajām sistēmām ar siltuma sūkni ir kāds trūkums: tās ir efektīvas, ja ārējā gaisa temperatūra ir apmēram līdz ‒5 ºС. Ja ārā ir aukstāks, tad sistēma jau nevar absorbēt vajadzīgo siltuma daudzumu no ārējā gaisa. Darbības efektivitāte samazinās, jo ārējā gaisa un “aukstā” radiatora temperatūras starpība kļūst arvien mazāka. Šis jautājums tika atrisināts līdz ar divkontūru sistēmu parādīšanos – tādu kā Toyota Prius Plug-In Hybrid. Šāds risinājums ļauj vēl stiprāk atdzesēt “auksto” radiatoru aptuveni līdz ‒30 ºС un sasildīt “karsto” līdz +55 ºС.

Divkontūru sistēmas parāda pietiekamu salona un baterijas sasilšanas efektivitāti, ja ārējā gaisa temperatūra ir līdz ‒10…15 ºС. Ja ārpusē ir vēl aukstāks, tad hibrīdā tiek iedarbināts benzīna dzinējs, bet elektromobilī var ieslēgties papildu elektriskā apsilde – salona, baterijas vai apsalušā radiatora (atkarībā no konstrukcijas).

Apkopes nianses

Tā kā siltuma sūknis balstīts uz kondicioniera principa, tad arī apkope ir kopumā zināmu un saprotamu procesu ķēde, tikai sistēma ir sarežģītāka un tai ir vairāk komponentu. Protams, ir vairākas atšķirības. Elektromobilī vai hibrīdā klimatiskajai ierīcei var būt papildu kontūrs baterijas dzesēšanai un apsildei. Uzpildot sistēmu, nepieciešama cita eļļa – parasti ar augstāku dielektrisko pretestību (tas parasti norādīts instrukcijā). Tomēr tas nav galvenais.

Strādājot nākas saskarties ar augstsprieguma iekārtu, un tas nozīmē, ka darbiniekiem jābūt atbilstoši apmācītiem drošības tehnikā. Nepieciešami arī speciāli instrumenti: sertificēti spriegumam līdz 1000 voltiem. Veicot augstsprieguma iekārtas apkopi, nav ieteicams strādāt vie­natnē. Turklāt vajadzētu iepazīties ar autoražotāja instrukciju un speciālo tehnisko dokumentāciju saistībā ar dažām niansēm. Piemēram, lai pārbaudītu spiedienu vai temperatūru, nav jāatvieno augstsprieguma baterija, bet, mainot kompresoru, – tas ir nepieciešams.

Nissens piedāvā plašu klimatisko sistēmu komponentu sortimentu, tostarp siltuma sūkņu komponentus elektromobiļiem un hibrīdiem. Vietnē www.nissens.com ir pieejams tiešsaistes katalogs un arī daudz tehniskās informācijas, kas noderēs, veicot klimatisko sistēmu apkopi.

Siltuma sūknis balstīts uz tādu pašu principu kā parastais kondicionieris vai ledusskapis, bet darbojas pretējā virzienā. Tradicionālajā automobilī sistēma ar siltuma sūkni ir nelietderīga: iekšdedzes dzinējs jau tāpat izdala daudz lieka siltuma, kuru var izmantot salona apsildei. Elektromobiļos un hibrīdos sistēmas sarežģītība atmaksājas, jo tai ir gandrīz trīs reizes lielāka siltuma efektivitāte nekā elektriskajiem sildītājiem. Attiecīgi baterijā tiek ietaupīta enerģija, kas pagarina gaitas rezervi ar vienu uzlādi.

Jo sarežģītāka sistēma – jo vairāk potenciālo noplūžu vietu. Sistēmās ar siltuma sūkni pārbaudot ieteicams pirmām kārtām veltīt uzmanību savienojumu vietām, kā arī elektromagnētiskajiem vārstiem, kuru ir daudz vairāk nekā parastā klimatiskajā iekārtā. Vārstiem ieteicams pārbaudīt ieejas signālus un vadības strāvu. Nepareizas darbības gadījumā vārsti ir jāizskalo vai jānomaina.

Mainot augstsprieguma elektrisko kompresoru, augstsprieguma baterija ir jāatvieno. Strādājot ar augstsprieguma iekārtām, nepieciešams lietot aizsarglīdzekļus. Strādāt drīkst tikai tie darbinieki, kuri ir izgājuši speciālu drošības tehnikas apmācību.