Kako rade klima uređaji s toplinskom pumpom
Sustav klimatizacije električnih vozila uglavnom koristi PTC (Positive Temperature Coefficient, pozitivni temperaturni koeficijent) za grijanje zimi. Glavni nedostatak PTC grijanja je njegova neučinkovitost, što će smanjiti domet vožnje električnih vozila zimi za oko 30%. Najbolje rješenje za ovaj problem Rješenje je korištenje toplinske pumpe klima uređaja za grijanje. Trenutačno je većina radne tekućine u klimatizacijskim sustavima toplinske pumpe električnih vozila R134a. Najveći problem je što je GWP (potencijal globalnog zagrijavanja) previsok, što uzrokuje veliko zagađenje okoliša i ozbiljan efekt staklenika, dok je R290 GWP radne tekućine nizak te je bolji izbor zamijeniti R134a radnu tekućinu.
Dizalica topline je uređaj za iskorištavanje energije koji prenosi toplinsku energiju s niske temperature na visoku trošeći dio energije. Sustav klimatizacije toplinske pumpe uglavnom se sastoji od kompresora, vanjskog izmjenjivača topline, unutarnjeg izmjenjivača topline, uređaja za prigušivanje, sušilice za pohranu tekućine i četverosmjernog ventila. Sastoji se od komponenti kao što su senzori temperature i tlaka. Tijekom ciklusa grijanja klima uređaja toplinske pumpe, kompresor radom mijenja niskotemperaturni i niskotlačni radni fluid u visokotemperaturni i visokotlačni plin. Dio plina ponovno ulazi u kompresor kroz ciklus, a drugi dio plina prolazi kroz četveroputni ventil. Ulazi u unutarnji izmjenjivač topline, gdje se hladi i kondenzira oslobađajući toplinu, što povećava temperaturu u vozilu i mijenja plinoviti radni fluid visoke temperature i visokog tlaka u prehlađenu tekućinu srednje temperature i visokog tlaka. Zatim ulazi u uređaj za prigušivanje kako bi se znatno smanjio tlak i dalje se mijenja u tekućinu niske temperature i niskog tlaka. Dvofazni radni fluid plin-tekućina ulazi u vanjski izmjenjivač topline kako bi apsorbirao toplinu, a toplinu iz vanjske okoline predaje sustavu dizalice topline. Radna tekućina se vraća u stanje pregrijanog plina niske temperature i niskog tlaka i ponovno prolazi kroz kompresor da dovrši ciklus. Dizalica topline za električna vozila Princip rada sustava klimatizacije prikazan je na slici 1.
Kao što se može vidjeti sa slike 1, uloga radnog fluida u cijelom ciklusu zagrijavanja može se pojednostaviti u četiri osnovna procesa: izentropska kompresija, izobarna kondenzacija, adijabatska ekspanzija, izobarna evaporacija. Dijagram termodinamičkog ciklusa tlak-entalpija klimatizacijskog sustava toplinske pumpe električnog vozila kao što je prikazano na slici 2.
Na slici 2, 0 je oblik zasićenog niskotemperaturnog i niskotlačnog radnog fluida, 1 je oblik radnog fluida na ulazu kompresora i izlazu vanjskog izmjenjivača topline, 2 je oblik radna tekućina na izlazu iz kompresora i ulazu u unutarnji izmjenjivač topline, a 3 je zasićeni oblik radne tekućine pri visokoj temperaturi i visokom tlaku, 4 je oblik radne tekućine na izlazu iz unutarnjeg izmjenjivača topline i ulazu prigušnog uređaja, 5 je oblik radne tekućine na izlazu iz prigušnog uređaja i ulazu u vanjski izmjenjivač topline, a je vrijednost entalpije prigušnog uređaja, b je vrijednost entalpije na izlazu iz kompresora. Proces 1→2 je radni proces kompresora koji je izentropska kompresija u idealnim uvjetima; Proces 2→4 je kruženje radnog fluida u unutarnjem izmjenjivaču topline, što je izobarni kondenzacijski proces oslobađanja topline; proces Proces 4→5 je adijabatsko širenje radnog fluida u prigušnom uređaju; proces 5→1 je jednakotlačno isparavanje radne tekućine u vanjskom izmjenjivaču topline, što je endoterman proces.
