Демонстрационный проект экологически чистых автомобильных кондиционеров

by CCAC секретариат - 25 марта 2019 г.
В рамках проекта, финансируемого Коалицией, проводится первое испытание экологически чистой и экономичной технологии кондиционирования воздуха в коммерческом автомобиле.

На улице почти 40 градусов по Цельсию (˚C) (104 по Фаренгейту), и ваш автомобиль зажат в средней полосе стоящей очереди легковых и грузовых автомобилей, ползущих по шоссе, возвращающихся домой после напряженного дня в офисе. Вы включаете автомобильное радио, и прогноз погоды предсказывает еще пять недель палящей жары. Что может быть лучше, чем знать, что под капотом двигателя спрятано гениальное устройство, которое не только обеспечит вам комфорт во время каждой из этих отвратительных поездок на работу, но и сэкономит вам достаточно денег для некоторых мероприятий, которых с нетерпением ждала ваша семья?

Автомобиль оснащен недавно сконфигурированной мобильной системой кондиционирования воздуха (MAC), содержащей охлаждающую жидкость, которая накапливает энергию. Компрессор в прототипе включается, когда автомобиль замедляется или движется под уклон, и отключается, когда он ускоряется или поднимается, максимально повышая эффективность использования энергии. Сэкономленная энергия сохраняется в незамерзающей охлаждающей жидкости. А новая система MAC не только экономит деньги, но и снижает вероятность более частых и продолжительных периодов сильной жары в будущем, поскольку она содержит химический хладагент, известный как HFC-152a, который более благоприятен для климата и более энергоэффективен, чем его альтернативы. , и более надежен, поэтому вам не придется обслуживать кондиционер так часто.

В CCAC spport, индийский производитель автомобилей ТАТА Моторс Лимитед (TML) работал с немецким поставщиком автомобилей Мале и Институт управления и устойчивого развития (IGSD) для создания и тестирования новая мобильная система кондиционирования воздуха на внедорожнике в 2017 и 2018 годах. Этот демонстрационный проект технологии финансировался Climate and Clean Air Coalition. В настоящее время автомобиль прошел серию обширных лабораторных и дорожных испытаний на городских улицах и автомагистралях. Когда она будет выпущена на рынок, это будет первая подобная система, известная как мобильная система кондиционирования воздуха с вторичным контуром (SL-MAC), устанавливаемая на серийно выпускаемые автомобили в любой точке мира.

В основе лежит умная инновация — вторичный контур охлаждающей жидкости, проходящий между хладагентом в моторном отсеке и салоном автомобиля. В большинстве современных автомобилей система кондиционирования воздуха основана на контуре охлаждения, частично расположенном в пассажирском салоне. Но поскольку HFC-152a легко воспламеняется, эксперты SL-MAC выбрали другой подход. Инженерам нужно было придумать, как исключить риск возгорания для пассажиров. Итак, они придумали изящную замену, разместив компоненты охлаждения в моторном отсеке, а не в пассажирском салоне, и внедрив вторичный контур. Это направляет отдельный хладагент из блока хладагента обратно в пассажирский салон.

tata-mahle3.jpg
Стендовая испытательная установка Aria SL-MAC – MAHLE Lockport, Нью-Йорк

На первый взгляд использование легковоспламеняющегося хладагента кажется рискованным. Но, по словам доктора Стивена О. Андерсена, директора по исследованиям в IGSD в Вашингтоне, округ Колумбия, который координировал проект, конструкция безопасна, потому что заряд хладагента мал, он плотно закрыт и изолирован от водителя и пассажиров.

«Моторный отсек — удобное место для этого хладагента, а хладагент спроектирован так, чтобы быть безопасным в этой системе, — объясняет он. — Бензин и другие легковоспламеняющиеся жидкости в моторном отсеке, такие как тормозная жидкость, смазочные материалы, безопасно используются».

Вернемся к кошельку водителя. Преимущество ГФУ-152а заключается не только в том, что его потенциал глобального потепления (ПГП) составляет одну десятую от обычного хладагента — в 138 раз больше, чем у двуокиси углерода по сравнению с существующим хладагентом ГФУ-134а, ПГП которого составляет 1300. Кроме того, в жарком и влажном климате он снижает расход топлива системой кондиционирования автомобиля, которая может потреблять до 20% топлива, которое водитель заправляет в машину. Таким образом, SL-MAC с ГФУ-152a более экономичный чем существующие системы кондиционирования воздуха с ГФУ-134а, что приводит к значительной экономии средств для водителей. Например, система SL-MAC, установленная на внедорожнике Tata, привела к общей экономии топлива автомобиля от 1.9% до 2.6%. Это сэкономило бы типичному водителю внедорожника в Индии 23-31 литр в год при пробеге автомобиля 15,000 XNUMX км в год.

Кроме того, новая система кондиционирования воздуха вдвое сократила утечку хладагента, сократив как выбросы, так и расходы на техническое обслуживание и техническое обслуживание для владельца автомобиля. Как SL-MAC достигает такой впечатляющей экономии? Согласно Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA), секрет эффективности SL-MAC заключается в его способности к хранению в холодильнике: «Системы вторичного контура имеют дополнительную ценность, поскольку они могут сохранять охлаждение внутри контура, что, в свою очередь, позволяет для «свободного» охлаждения во время торможения, а затем доставляться в кабину при выключенном холостом ходу двигателя (с функцией запуска / остановки двигателя) или при ускорении».

В прототипе TATA компьютерная программа определяет, когда включается компрессор MAC. Корректировки этой программы по мере движения автомобиля являются ключом к повышению энергоэффективности MAC. Это впечатляющая особенность прототипа TATA. Компрессор отвечает за большую часть избыточного расхода топлива, связанного с кондиционированием воздуха в транспортных средствах в существующих системах. Но TATA разработала систему, которая по своей концепции напоминает рекуперативное торможение, в которой энергия, которая в противном случае была бы потрачена впустую, сохраняется и повторно используется.

tata-mahle4.jpg
Испытания на выбросы в MAHLE

Аналогичным образом компрессор в прототипе включается, когда транспортное средство замедляется или движется под уклон, и отключается, когда оно ускоряется или поднимается, максимально повышая энергоэффективность. Сэкономленная энергия сохраняется в незамерзающей охлаждающей жидкости. Эта функция возможна в любом транспортном средстве, оснащенном вторичным контуром или другим устройством для хранения холода, но образец, произведенный командой TATA, на сегодняшний день является наиболее точно настроенным и высокотехнологичным. Как показывают результаты испытаний, экономия энергии, достигаемая благодаря этой функции, более чем компенсирует вес дополнительных деталей, необходимых под карбоновым кожухом для размещения контура хладагента и вторичного контура.

Экономия на стоимости обслуживания и топливе легко окупает небольшие дополнительные первоначальные затраты в размере около 35 долларов США на систему SL-MAC. «По оценкам наших автомобильных партнеров, в Индии вам необходимо обслуживать старые мобильные системы кондиционирования воздуха с ГФУ-134а два или три раза за весь срок службы автомобиля. В новом SL-MAC вы обслуживаете его всего один раз», — отмечает Кристен Н. Таддонио, старший советник по климату и энергетике IGSD. Это означает меньше поездок в гараж и меньше неудобств при записи на прием и ожидании. Для некоторых коммерческих флотов это может значительно сократить расходы.

Тогда есть фактор комфорта. В большинстве автомобилей кондиционер работает в течение 60 секунд каждый раз, когда вы заводите машину. В SL-MAC охлаждение начинается сразу после коротких остановок, если охлаждающая жидкость достаточно холодная. Благодаря запасу энергии в холодном антифризе, пассажиры автомобиля дольше сохраняют комфорт, даже если двигатель выключен.

Но давайте помнить всю причину изобретения в первую очередь – климат. Если автопроизводители заменят все МКВ с ГФУ-134а на SL-МКВ с ГФУ-152а в автомобилях по всему миру, начиная с 2020 года, мы к 2050 году сократим выбросы парниковых газов на миллиарды тонн.

Количество хладагента, необходимого для охлаждения автомобиля с SL-MAC, меньше, чем у обычных MAC. Автомобили SL-MAC также имеют меньший уровень утечек из-за меньшего количества соединений в первичном контуре хладагента. Вот почему SL-MAC, использующий HFC-152a, обеспечивает чрезвычайно низкий уровень выбросов от хладагента, а также от топлива, используемого для питания MAC.

Это важное соображение, учитывая огромный вклад хладагентов в настоящее время в глобальное потепление. По мнению ученых-климатологов, ГФУ объяснят увеличение глобального потепления на 0.5°C, если не будут предприняты какие-либо действия, что является основной частью максимального дальнейшего потепления на 1.5 или 2°C, которое планета может выдержать. Из этого вклада ГФУ от 25% до 35% приходится на автомобили.

Вторичный цикл добавляет сложности. Благодаря разработке ab initio SL-MAC, включая архитектуру, интеграцию с системами управления двигателем, более качественные теплообменники и фитинги, можно преодолеть любые недостатки.

«Производители автомобилей ищут все конкурентные преимущества с точки зрения повышения эффективности использования топлива и снижения затрат, поэтому SL-MAC представляет собой прекрасную возможность», — говорит д-р Нэнси Дж. Шерман, директор по технической оценке, IGSD. Экологические соображения также ложатся тяжелым бременем на производителей автомобилей и брендинг из-за действующих или планируемых нормативных актов. Конечно, любой крупный производитель автомобилей рассмотрит возможность установки подобных систем и на электромобили. В настоящее время любой бренд, который претендует на передовой, ультрасовременный дизайн, должен включать в себя экологически безопасное оборудование.

   

Как работает технология SL-MAC?

tata-mahle2.jpg
Мобильный кондиционер вторичного контура, установленный в автомобиле.

Контур хладагента в моторном отсеке, содержащий HFC-152a, охлаждает охлаждающую жидкость, подобную антифризу, в отдельном вторичном контуре, который соединяется с пассажирским салоном, охлаждая пассажиров. Тепло из салона через охлаждающую жидкость передается конденсатору в моторном отсеке, где тепло выбрасывается в воздух. Во время цикла нагрева и охлаждения компоненты, известные как теплообменники, либо испаряют жидкость, превращая ее в холодный газ, либо конденсируют газ, превращая его обратно в горячую жидкость. В процессе преобразования тепло передается от газа к жидкости или наоборот.

Пилотные испытания и разработка были проведены при поддержке Организации Объединенных Наций по окружающей среде. Производитель автозапчастей MAHLE и Tata Motors вместе с IGSD получили финансирование на разработку системы SL-MAC от Climate and Clean Air Coalition. 

Соответствующие документы из исследования можно найти ниже.