ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja (HVAC) to technologia zapewniająca komfort wewnątrz i na zewnątrz budynków. System HVAC ułatwia zarządzanie przyjemnym klimatem wewnątrz kabiny, kontrolując stopień upału/chłodu.
były czasy, kiedy Klimatyzacja w samochodzie była uważana za jedną z najważniejszych cech, ale dziś klimatyzatory stały się standardowym wyposażeniem nawet w samochodach klasy podstawowej. Pragnienie jeszcze większego komfortu i luksusu doprowadziło do rozwoju systemu klimatyzacji wewnątrz samochodu. Podstawowym celem automatycznej kontroli klimatu jest zarządzanie temperaturą danego obszaru dla komfortu pasażerów na pokładzie.
HVAC został po raz pierwszy wprowadzony do samochodów na początku lat 60.i jest dostępny w większości pojazdów wysokiej klasy. Jest to złożony system składający się z przełączników Mechaniczno-elektronicznych lub pokręteł w frontendzie. Zaplecze systemu składa się z jednego lub więcej silników dmuchawy, siłowników (do kontroli cyrkulacji świeżego powietrza, kontroli przepływu powietrza i kontroli temperatury) oraz agregatu chłodniczego połączonego z wieloma kanałami, przez które powietrze jest przenoszone do kabiny.
podstawową zasadą działania urządzenia HVAC jest przewodzenie i konwekcja. Ciepło jest przenoszone z regionu o niskiej temperaturze do regionu o wysokiej temperaturze w pojeździe, ze względu na różnicę ciśnień. Ten proces wymiany ciepła nazywany jest chłodnictwem . Rysunek 1 przedstawia schemat cyklu całego procesu chłodzenia.
układ klimatyzacji składa się z pięciu głównych elementów:
- Parownik
- Sprężarka
- Skraplacz
- Odbiornik/Osuszacz
- urządzenie rozprężające
pięć głównych elementów jest podzielonych na dwa regiony ciśnieniowe: strona wysokociśnieniowa to skraplacz i jednostka odbiorcza/osuszacza, a strona niskociśnieniowa to parownik klimatyzacji. Punkt podziału między wysokim i niskim ciśnieniem przecina sprężarkę i zawór rozprężny.
poniższa sekcja szczegółowo omawia każdy element systemu HVAC (patrz rysunek 2).
Parownik
parownik jest urządzeniem wymiany ciepła w cyklu chłodniczym. Płynny czynnik chłodniczy, wychodzący z wartości rozszerzalności i wchodzący do parownika, ma niższą temperaturę i niższe ciśnienie.
Po przejściu przez cewki parownika czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza, które jest wdmuchiwane przez cewki i zostaje przekształcony w parę o niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu. Płynny czynnik chłodniczy przepływa od dołu do góry cewek parownika, aby zapewnić, że płynny czynnik chłodniczy zagotuje się, zanim opuści cewki parownika.
zadania wykonywane przez parownik można podsumować w następujący sposób:
- absorpcja ciepła
- gotowanie całego czynnika chłodniczego do oparów
powietrze dmuchane przez dmuchawę z kolei staje się chłodniejsze, po przekazaniu ciepła i jest przekazywane do kabiny przez otwory wentylacyjne.
ponieważ parownik klimatyzacyjny zapewnia chłodzenie poprzez pochłanianie ciepła z otaczającego medium, może służyć podwójnemu celowi, gdy jest umieszczony bardzo blisko deski rozdzielczej pojazdu. Pochłania ciepło z powietrza, które jest przez nie przepuszczane, a także pochłania ciepło z wnętrza pojazdu, aby utrzymać wymaganą temperaturę.
Sprężarka
sprężarka klimatyzacji jest znana jako serce centralnych jednostek klimatyzacyjnych. Sprężarka pochłania czynnik chłodniczy pary z przewodu ssącego i spręża opary do pary o wysokim przegrzaniu. Temperatura pary jest zwykle dwa i pół razy wyższa niż Temperatura powietrza zewnętrznego.
ponieważ ciepło zawsze przepływa z gorąca na zimno, czynnik chłodniczy musi być znacznie gorętszy niż powietrze zewnętrzne, aby móc przenosić ciepło z systemu. Ponieważ czynnik chłodniczy przepływa przez sprężarkę, usuwa również ciepło sprężania, ciepło uzwojenia silnika, tarcie mechaniczne i inne ciepło pochłonięte w linii ssącej. Kolejnym kluczowym zadaniem sprężarki klimatyzacji jest generowanie przepływu czynnika chłodniczego w układzie.
zadania wykonywane przez kompresor można podsumować następująco:
- przegrzanie
- Usuń utajone ciepło lub (skraplanie)
- Usuń bardziej odczuwalne ciepło lub (dochłodzone)
- Generuj przepływ czynnika chłodniczego
Skraplacz
gorąca, wysokociśnieniowa para zatrzymuje się na cewce skraplającej. Skraplacz jest jak parownik-jest wymiennikiem ciepła. Wewnątrz cewki skraplającej czynnik chłodniczy przepływa od góry do dołu cewki.
ponieważ czynnik chłodniczy jest w znacznie wyższej temperaturze niż temperatura otoczenia, schładza się, gdy przechodzi przez cewkę. Do czasu, gdy czynnik chłodniczy super heat osiągnie dolną trzecią część cewki, ochładza się wystarczająco, aby zmienić się z powrotem w ciecz. Proces ten jest znany jako sub-cooling.
ponieważ czynnik chłodniczy skrapla się do postaci ciekłej poprzez uwolnienie ciepła, temperatura zewnętrzna rury miedzianej staje się bardzo wysoka, a za pomocą dmuchawy/wentylatora chłodnicy ciepło jest wydmuchiwane z systemu. To ogrzane powietrze w niektórych pojazdach staje się źródłem ciepłego powietrza w chłodniejszych warunkach klimatycznych.
umieszczenie skraplacza jest również ważne dla lepszej wydajności, ponieważ jest bardzo gorący, więc maksymalna powierzchnia musi być narażona na szybsze chłodzenie.
suszarka/Odbiornik
suszarka/Odbiorniki znajdują się w sekcji wysokiego ciśnienia systemu, zwykle w kanalizacji między wylotem skraplacza a wlotem zaworu rozprężnego, chociaż niektóre mogą być podłączone bezpośrednio do skraplacza.
suszarka/odbiornik spełniają trzy bardzo ważne funkcje:
- pełnią rolę pojemników magazynowych na dodatkowy czynnik chłodniczy w okresach niskiego zapotrzebowania na chłodzenie. Jest to funkcja” odbiornika ” odbiornika/suszarki.
- Zawierają filtr, który może wychwytywać zanieczyszczenia wewnątrz układu klimatyzacji.
- suszarka / Odbiornik zawiera materiał zwany środkiem osuszającym. Służy do pochłaniania wilgoci (wody), która mogła dostać się do systemu klimatyzacji podczas produkcji, montażu lub serwisu. Jest to funkcja „suszarki” suszarki/odbiornika.
urządzenie rozprężające
urządzenie rozprężające jest wymagane do wytworzenia różnicy ciśnień dla ciekłego czynnika chłodniczego do wrzenia do gazu. Urządzenie rozprężające tworzy spadek ciśnienia, ograniczając przepływ czynnika chłodniczego wokół systemu.
spowolnienie przepływu czynnika chłodniczego powoduje częściowe opróżnienie sprężarki z jednej strony układu. Ta pustka niskiego ciśnienia nazywana jest” stroną ssącą „lub” stroną niską ” systemu.
Automatyczna kontrola klimatu
Automatyczna kontrola klimatu to możliwość monitorowania i kontrolowania temperatury określonej przestrzeni bez ręcznej interwencji. Pasażerowie pojazdu określają wymaganą temperaturę i wilgotność w kabinie. Wartości te są pobierane jako wejściowe przez system klimatyzacji i elektronicznie kontroluje temperaturę i wilgotność i utrzymuje je na określonych przez użytkownika wartościach. Eliminuje to wysiłek człowieka, aby regulować temperaturę w kabinie poprzez włączanie / wyłączanie prądu przemiennego lub przesuwanie kontroli cieplej lub chłodnicy.
mechanika automatycznej kontroli klimatu wymaga umieszczenia w kabinie czujników temperatury i wilgotności. Czujniki te w sposób ciągły odczytują wartości temperatury i wilgotności obszaru i przekazują je do mikrokontrolera (MCU). Odczyty te są następnie porównywane przez MCU z ustawieniami określonymi przez osoby znajdujące się w pomieszczeniu, a ogrzewanie/chłodzenie jest odpowiednio regulowane (patrz rysunek 3).
był czas, kiedy wszyscy jadący pojazdem musieli uzgodnić jedno ustawienie temperatury – niektórzy czuli, że jest zimno, a inni pocili się. Postępy w automatycznej kontroli klimatu w samochodach ewoluowały w strefową kontrolę klimatu. W tego typu realizacji każdy użytkownik może regulować temperaturę miejsca siedzącego, w którym siedzi.
każdy obszar w zdefiniowanych strefach ma osobny czujnik temperatury, który odczytuje aktualną temperaturę określonego obszaru. Dane każdego czujnika temperatury są porównywane z ustawieniem temperatury zdefiniowanym dla danej strefy i inicjowane jest odpowiednie działanie chłodzenia lub ocieplenia.
automatyczny system klimatyzacji zawiera również komputer, który reguluje cały system powietrza w przedziale. Osiąga się to poprzez regulację prędkości wentylatora, włączenia sprężarki klimatyzacji i ogólnej temperatury powietrza, które ma być odprowadzane do komory. Zazwyczaj procesy te są zintegrowane z ogólnym systemem komputerowym w nowoczesnych samochodach.
każdy producent ma swój własny sposób na zapewnienie idealnego klimatu dla indywidualnych pasażerów; jednak wszystkie one polegają na pewnych podobnych komponentach, takich jak dodatkowe elementy sterujące w jednostce sterującej HVAC kierowcy, dodatkowa jednostka sterująca HVAC w tylnej części siedzenia, Indywidualne Czujniki temperatury dla każdej strefy, wiele dodatkowych ukrytych kanałów do przenoszenia powietrza tam, gdzie jest potrzebne i dodatkowe otwory wentylacyjne – wiele, wiele dodatkowych otworów wentylacyjnych. Na przykład Lexus LX570 ma ich 28.
o autorach
Nitin Gupta jest inżynierem aplikacji Sr z doświadczeniem w dziedzinie tworzenia oprogramowania embedded dla multimediów cyfrowych – zarówno konsumenckich, jak i motoryzacyjnych.