Projet de démonstration de technologie de climatisation automobile verte
Il fait près de 40 degrés centigrades (˚C) (104 Fahrenheit) et votre voiture est prise en sandwich dans la voie du milieu d'une file de voitures et de camions qui rampent sur l'autoroute, rentrant chez eux après une journée stressante au bureau. Vous allumez l'autoradio et une météo annonce encore cinq semaines de canicule torride. Quoi de mieux que de savoir que, caché sous le capot du moteur, se trouve un appareil ingénieux qui non seulement vous gardera à l'aise pour chacun de ces trajets hideux, mais vous fera également économiser suffisamment d'argent pour certaines activités que votre famille attend avec impatience ?
La voiture est équipée d'un système de climatisation mobile (MAC) nouvellement configuré contenant un liquide de refroidissement qui stocke l'énergie. Le compresseur du prototype s'enclenche lorsque le véhicule décélère ou descend et se désengage lorsqu'il accélère ou monte, maximisant ainsi l'efficacité énergétique. L'énergie économisée est stockée dans le liquide de refroidissement antigel. Et le nouveau système MAC permet non seulement d'économiser de l'argent, mais réduit également la probabilité de vagues de chaleur plus fréquentes et plus longues à l'avenir - car il contient un réfrigérant chimique connu sous le nom de HFC-152a qui est meilleur pour le climat, plus économe en énergie que ses alternatives. , et plus fiable, vous n'avez donc pas à entretenir votre climatiseur aussi souvent.
Avec CCAC spport, constructeur automobile indien TATA Motors Limitée (TML) travaillé avec un équipementier automobile allemand Mahle et les Institut pour la gouvernance et le développement durable (IGSD) construire et tester le nouveau système de climatisation mobile dans un véhicule utilitaire sport en 2017 et 2018. Ce projet de démonstration technologique a été financé par Climate and Clean Air Coalition. Le véhicule a maintenant subi une série d'essais approfondis en laboratoire et sur route dans les rues et les autoroutes de la ville. Lorsqu'il sera lancé sur le marché, ce sera le premier système de ce type, connu sous le nom de climatisation mobile à boucle secondaire (SL-MAC), installé dans un véhicule disponible dans le commerce partout dans le monde.
Il s'appuie sur une innovation intelligente - une boucle secondaire de liquide de refroidissement circulant entre le réfrigérant dans le compartiment moteur et l'habitacle de la voiture. Aujourd'hui, la plupart des systèmes de climatisation des voitures reposent sur un circuit de réfrigération situé en partie dans l'habitacle. Mais comme le HFC-152a est légèrement inflammable, les experts de SL-MAC ont adopté une approche différente. Les ingénieurs devaient trouver un moyen d'éliminer les risques d'incendie pour les passagers. Ainsi, ils ont proposé un échange soigné, en positionnant les composants de réfrigération dans le compartiment moteur au lieu de la cabine passagers et en introduisant une boucle secondaire. Cela canalise un liquide de refroidissement séparé de l'unité de réfrigérant vers la cabine passagers.
À première vue, l'utilisation d'un réfrigérant inflammable semble risquée. Mais selon le Dr Stephen O. Andersen, directeur de recherche à l'IGSD à Washington DC, qui a coordonné le projet, la conception est sûre car la charge de réfrigérant est petite, bien contenue et isolée du conducteur et des passagers.
"Le compartiment moteur est un emplacement confortable pour ce réfrigérant, et le réfrigérant a été conçu pour être sûr dans ce système", explique-t-il. "Et l'essence et d'autres liquides inflammables dans le compartiment moteur, tels que le liquide de frein, l'huile hydraulique et lubrifiants, sont utilisés en toute sécurité.
Revenons à la question du portefeuille du conducteur. L'avantage du HFC-152a n'est pas seulement qu'il représente un dixième du potentiel de réchauffement global (GWP) du réfrigérant commun - 138 fois celui du dioxyde de carbone par rapport au réfrigérant statu quo HFC-134a, qui a un GWP de 1300 - il est également que, dans les climats chauds et humides, il réduit le carburant utilisé par la climatisation d'une voiture, qui peut consommer jusqu'à 20 % du carburant qu'un conducteur met dans la voiture. Ainsi, les SL-MAC avec HFC-152a sont plus économe en carburant que les systèmes de climatisation au HFC-134a existants, ce qui se traduit par des économies importantes pour les conducteurs. Le système SL-MAC installé dans le VUS Tata, par exemple, a entraîné des économies globales de carburant du véhicule de 1.9 % à 2.6 %. Cela permettrait à un conducteur de SUV typique en Inde d'économiser 23 à 31 litres par an sur la base d'un véhicule parcouru 15,000 XNUMX km par an.
De plus, le nouveau système de climatisation a réduit de moitié les fuites de réfrigérant, réduisant à la fois les émissions et les coûts d'entretien et de maintenance pour le propriétaire du véhicule. Comment le SL-MAC réalise-t-il ces économies impressionnantes ? Selon le les agences de protection de l'environnement (EPA) et National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), le secret de l'efficacité du SL-MAC réside dans sa capacité de stockage à froid : "Les systèmes à boucle secondaire ont une valeur ajoutée en ce sens qu'ils ont la capacité de stocker le refroidissement dans la boucle, ce qui permet à son tour pour que le refroidissement "libre" se produise pendant les événements de décélération, puis [être] livré à la cabine pendant la condition d'arrêt du moteur au ralenti (avec fonction de démarrage / arrêt du moteur) ou pendant l'accélération.
Dans le prototype TATA, un programme informatique détermine le moment où le compresseur MAC s'enclenche. Les ajustements effectués par ce programme au fur et à mesure que la voiture se déplace sont essentiels pour améliorer l'efficacité énergétique du MAC. C'est une caractéristique impressionnante du prototype TATA. Le compresseur est responsable de la plupart des surconsommations de carburant associées à la climatisation des véhicules dans les systèmes actuels. Mais TATA a conçu un système qui, en termes de concept, ressemble au freinage régénératif - dans lequel l'énergie qui serait autrement gaspillée est stockée et réutilisée.
De la même manière, le compresseur du prototype s'enclenche lorsque le véhicule décélère ou descend et se désengage lorsqu'il accélère ou monte, maximisant ainsi l'efficacité énergétique. L'énergie économisée est stockée dans le liquide de refroidissement antigel. Cette fonctionnalité est possible dans n'importe quel véhicule équipé d'une boucle secondaire ou d'un autre dispositif de stockage à froid, mais le spécimen produit par l'équipe TATA est le plus finement réglé et le plus sophistiqué à ce jour. Comme le démontrent les résultats des tests, les économies d'énergie réalisées grâce à cette fonctionnalité compensent largement le poids des pièces supplémentaires nécessaires sous le capot de la voiture pour accueillir le réfrigérant et la boucle secondaire.
Les économies de coût d'entretien et de carburant remboursent facilement le coût initial supplémentaire mineur d'environ 35 $ pour le système SL-MAC. « Nos partenaires automobiles estiment qu'en Inde, vous devez entretenir les anciens systèmes de climatisation mobiles HFC-134a deux ou trois fois au cours de la durée de vie d'une voiture. Dans le nouveau SL-MAC, vous ne faites l'entretien qu'une seule fois », souligne Kristen N. Taddonio, conseillère principale en matière de climat et d'énergie à l'IGSD. Cela signifie moins de déplacements au garage et moins d'inconvénients lors de la prise de rendez-vous et de l'attente. Pour certaines flottes commerciales, cela pourrait réduire considérablement les coûts.
Ensuite, il y a le facteur confort. Dans la plupart des véhicules, il faut 60 secondes pour que la climatisation fonctionne chaque fois que vous démarrez la voiture. Dans le SL-MAC, le refroidissement commence immédiatement après de courts arrêts sous réserve que le liquide de refroidissement soit suffisamment froid. Avec le réservoir d'énergie dans le liquide de refroidissement antigel froid, les occupants de la voiture restent confortables plus longtemps même s'ils laissent le moteur éteint.
Mais gardons à l'esprit toute la raison derrière l'invention en premier lieu - le climat. Si les constructeurs automobiles remplaçaient tous les MAC HFC-134a par des SL-MAC HFC-152a dans les voitures du monde entier à partir de 2020, nous économiserions des milliards de tonnes d'émissions de gaz à effet de serre d'ici 2050.
La quantité de réfrigérant nécessaire pour refroidir un véhicule équipé de SL-MAC est inférieure à celle des MAC conventionnels. Les voitures SL-MAC ont également un taux de fuite inférieur en raison du nombre réduit de joints dans le circuit de réfrigérant primaire. C'est pourquoi le SL-MAC utilisé avec le HFC-152a produit des émissions extraordinairement faibles du réfrigérant, ainsi que du carburant utilisé pour alimenter le MAC.
C'est une considération majeure, compte tenu de la contribution massive que les réfrigérants apportent actuellement au réchauffement climatique. Selon les climatologues, les HFC représenteraient une augmentation du réchauffement climatique de 0.5˚C si aucune mesure n'est prise - une partie importante du maximum de 1.5 ou 2˚C de réchauffement supplémentaire que la planète peut tolérer. De cette contribution HFC, 25% à 35% proviennent des automobiles.
La boucle secondaire ajoute de la complexité. Avec l'ingénierie ab initio du SL-MAC, y compris l'architecture, l'intégration avec les systèmes de gestion du moteur, des échangeurs de chaleur et des raccords de meilleure qualité, il est possible de surmonter tout inconvénient.
"Les constructeurs automobiles recherchent tous les avantages concurrentiels en termes d'amélioration de l'efficacité énergétique et de réduction des coûts, le SL-MAC représente donc une opportunité passionnante", déclare le Dr Nancy J. Sherman, directrice de l'évaluation technique, IGSD. Les considérations environnementales pèsent également lourdement sur les constructeurs automobiles et l'image de marque en raison des réglementations en place ou à l'horizon. Bien sûr, tout grand constructeur automobile envisagera également d'installer des systèmes similaires sur les véhicules électriques. De nos jours, toute marque qui revendique une conception avancée et avant-gardiste doit inclure des équipements respectueux du climat.
Comment fonctionne la technologie SL-MAC ?
Une boucle de réfrigérant dans le compartiment moteur contenant du HFC-152a refroidit un liquide de refroidissement de type antigel dans une boucle secondaire séparée qui se connecte à la cabine passagers, refroidissant les occupants. La chaleur de la cabine est transférée à travers le liquide de refroidissement vers un condenseur dans le compartiment moteur, où la chaleur est expulsée dans l'air. Pendant le cycle de chauffage et de refroidissement, les composants connus sous le nom d'échangeurs de chaleur évaporent le liquide, le convertissant en gaz froid, ou condensent le gaz, le reconvertissant en liquide chaud. Au fur et à mesure de la conversion, la chaleur est transférée du gaz au liquide ou vice-versa.
Les essais pilotes et la conception ont été menés avec le soutien et le soutien des Nations Unies pour l'environnement. Le fabricant de pièces automobiles MAHLE et Tata Motors, ainsi que l'IGSD, ont reçu un financement pour le développement du système SL-MAC du Climate and Clean Air Coalition.
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