Osnovna tehnička rješenja za klima uređaje s toplotnom pumpom
za vozila nove energije
Toplotna pumpa je uređaj za klimatizaciju koji može prisilno prenijeti toplinsku energiju iz izvora topline niskog nivoa na izvor topline visokog nivoa, slično kao "vodena pumpa" koja može pumpati vodu sa niskog mjesta na visoko mjesto. Upotreba četverosmjernog reverznog ventila može zamijeniti funkcije isparivača i kondenzatora klima uređaja s toplotnom pumpom i promijeniti smjer prijenosa topline, čime se postiže efekat hlađenja ljeti i grijanja zimi.
Teorijska osnova toplotnih pumpi dolazi iz termodinamičkog obrnutog Carnotovog ciklusa. Za hlađenje i grijanje klimatizacijskih sistema toplinske pumpe koriste se namjenski električni kompresori za pokretanje ciklusa hlađenja ili grijanja. Zimi grijanje više nije isto kao kod postojećih električnih klima uređaja. PTC grijanje koristi električni pogon kompresora za postizanje grijanja.
Trenutno se istraživanja klimatizacije sa toplotnom pumpom na električnim vozilima uglavnom dele na tri tipa: 1) sistemi toplotnih pumpi zasnovani na postojećem rashladnom fluidu R134a; 2) tehnologija toplotne pumpe koja koristi rashladni CO2; 3) sistemi klimatizacije solarne toplotne pumpe. Prema broju izmjenjivača topline, ovi sistemi se mogu podijeliti u dva tipa: jednostruki izmjenjivač topline i dvostruki izmjenjivač topline; Prema različitim kompresorima, sistem se može podijeliti u dva različita tipa: kompresor s kliznim lopaticama i scroll kompresor.
Prema rashladnom sredstvu, sistemi za klimatizaciju toplotne pumpe uglavnom uključuju tip R134a i tip CO2. Iako CO2 ima dobra termofizička svojstva i potencijal globalnog zagrijavanja (GWP) CO2 je hiljaditi dio R134a, budući da različiti automobilski klima uređaji trenutno uglavnom koriste rashladno sredstvo R134a, dizajn dijelova, proizvodnja i postprodajni servis i održavanje su dizajnirani na osnovu fizička svojstva rashladnog sredstva R134a i sistema za klimatizaciju toplotne pumpe R134a postali su glavna tehnologija koja se trenutno razvija.
Koristeći R134a kao rashladno sredstvo, obično postoje dvije opcije za strukturu sistema za klimatizaciju toplinske pumpe električnih vozila.
1. Opcija 1: Sistem se sastoji od električnog kompresora klima uređaja, separatora plina i tekućine, HVAC sklopa (uključujući kondenzator u automobilu, isparivač, ventilator isparivača i PTC za pomoćno grijanje), vanjskog izmjenjivača topline i višestrukih solenoidni ventili. Uopšteno govoreći, baziran je na električnom klima uređaju koji se obično koristi u postojećim električnim vozilima, koristeći električni kompresor, vanjski izmjenjivač topline je vertikalni izmjenjivač topline u obliku slova "V" s paralelnim protokom i povećava kondenzaciju u vozilu unutar HVAC-a. sklop i pomoćno grijanje PTC, dodajte više elektromagnetnih ventila u cjevovod klima uređaja i kontrolirajte smjer protoka rashladnog sredstva kontroliranjem otvaranja i zatvaranja više elektromagnetnih ventila. Kombinacija više elektromagnetnih ventila ne može samo promijeniti smjer protoka rashladnog sredstva, već i proširiti rashladno sredstvo.
2. Opcija 2: Upotrijebite električni kompresor da promijenite smjer protoka rashladnog sredstva kroz četverosmjerni reverzni ventil. Koristite elektronski ekspanzioni ventil za postizanje dvosmjernog protoka rashladnog sredstva. Vanjski izmjenjivač topline koristi vertikalna rebra u obliku slova "V" za paralelnu izmjenu protoka. Grijač, dodati pomoćno grijanje.
U sistemu za klimatizaciju sa toplotnom pumpom na šemi 2, principi hlađenja i grejanja su slični šemi 1. Razlika je u tome što četvorosmerni reverzni ventil može istovremeno prebaciti rashladno sredstvo iz ventila TXV za hlađenje i ventila toplotne pumpe TXV iz šeme. 1. Elektronska ekspanzija Ventil funkcionira kao rashladno sredstvo za ekspanziju i za rashladni TCV i za toplinsku pumpu TXV. Radom sistema upravlja namenski kontroler toplotne pumpe.
Postoje razlike u komponentama uključenim između gornja dva rješenja
Komponente uključene u opciju jedan su relativno zrele i pouzdane, te je manje teško postići funkcije hlađenja i grijanja. Međutim, sistem ima mnogo komponenti. Da bi se realizovale funkcije prebacivanja i ekspanzije rashladnog sredstva, dodaju se solenoidni ventil, reverzni ventil i elektromagnetski ekspanzioni ventil. Da bi se ostvarila funkcija izmjene topline u automobilu, isparivaču se dodaje kondenzator u automobilu. Teško je urediti cjevovodni prostor, a glavnu jedinicu klimatizacije potrebno je redizajnirati. Budući da plan uključuje mnogo tijela ventila, previše spojeva cijevi, otpor protoka rashladnog sredstva je velik, a efikasnost i ušteda energije su neznatno nedovoljni. Što se tiče tačnosti kontrole, teško je precizno kontrolisati i ukupni troškovi razvoja su visoki.
Opcija 2 ima jednostavnu strukturu sistema i uključuje manje dijelova. Jezgro je četverosmjerni reverzni ventil i elektronski ekspanzioni ventil. Budući da izmjenjivač topline u automobilu funkcionira i kao kondenzator i kao isparivač u automobilu, glavna jedinica klima-uređaja može se direktno posuditi i složenost cjevovoda je niska. Što se tiče regulacijske tačnosti, postoji relativno malo domaćih zrelih proizvoda za elektronske ekspanzione ventile i četverosmjerne reverzne ventile, a glavni proizvođači dijelova ventila trenutno rade na ključnim razvojima. Za postizanje precizne kontrole potrebni su posebni regulatori klima uređaja toplinske pumpe, zbog čega različite kompanije domaćine traže ključne implementacijske zadatke u razvoju klimatizacije. U ovoj fazi, troškovi razvoja i kalibracije su relativno visoki, a cijena sistema je ekvivalentna onoj za rješenje 1. Međutim, kako proizvod postaje sve popularniji i povećava se obim, cijena će značajno pasti. Trenutno sve kompanije domaćini u zemlji i inostranstvu usvajaju ovo rešenje.
Da bi se realizovala masovna industrijalizacija sistema toplotnih pumpi pod postojećom industrijskom pozadinom, trend je razvoja sistema klimatizacije toplotne pumpe prikazanog u Planu 2. Industrija treba da kultiviše osnovne komponente kao što su brze i visokoefikasne električni kompresori, vanjski i unutrašnji izmjenjivači topline, četverosmjerni reverzni ventili i elektronski ekspanzijski ventili, te promoviraju komponente da postanu zrele i pouzdane što je prije moguće. Kompanije domaćini moraju poboljšati kontrolu nad integracijom sistema toplotnih pumpi. Mogućnosti razvoja.
