Klimatyzacja samochodowa w 2025 r. Nowe technologie, inteligentne systemy oraz ekologiczne czynniki chłodnicze
Obecnie wprowadzane innowacje w samochodowych układach klimatyzacji koncentrują się na przechodzeniu na ekologiczne czynniki chłodnicze, takie jak R-1234yf, zwiększaniu efektywności energetycznej dzięki systemom pomp ciepła oraz sprężarkom spiralnym i wykorzystywaniu technologii sztucznej inteligencji (AI) oraz Internetu Rzeczy (IoT). Ma to na celu produkowanie systemów klimatyzacji przyjaznej środowisku, zmniejszanie zużycia paliwa i energii elektrycznej, zwiększanie komfortu cieplnego kierowcy i pasażerów oraz coraz bardziej inteligentne sterowanie klimatyzacją samochodową, co odciąża kierowcę i pozytywnie wpływa na bezpieczeństwo w ruchu drogowym. Przyjrzyjmy się bliżej tym nowościom.
Zrównoważony rozwój i troska o środowisko – ekologiczne czynniki chłodnicze w klimatyzacji. Czynnik chłodniczy to jeden związek chemiczny lub mieszanina związków, wykorzystywany do wymiany ciepła pomiędzy systemem klimatyzacji a otoczeniem w tzw. cyklu chłodniczym. Obecnie głównym trendem w klimatyzacji samochodowej jest przejście z czynników chłodniczych o wysokim współczynniku globalnego ocieplenia (GWP), takich jak R-134a (tetrafluoroetan; GWP = 1430), na czynniki alternatywne o niskim GWP, np. R-1234yf (2,3,3,3-cztero-fluoropropylen; GWP = 4). Ma to na celu spełnienie coraz ostrzejszych globalnych przepisów dotyczących ochrony środowiska. Przeszkodę dla kierowców stanowi znacznie wyższa cena oraz łatwopalność czynników ekologicznych.
Zwiększenie efektywności energetycznej. Coraz częściej w układach klimatyzacji samochodowej wykorzystuje się pompy ciepła. Ma to na celu zmniejszenie zużycia paliwa oraz energii elektrycznej. W przypadku pojazdów elektrycznych pompy ciepła mogą być wykorzystywane zarówno do chłodzenia jak i ogrzewania kabiny - zależnie od pory roku. Pompa ciepła potrafi zamieniać każdą kilowatogodzinę energii elektrycznej na 4-6 kWh energii cieplnej lub chłodniczej (współczynniki COP/SCOP oraz EER/SEER, znane użytkownikom pomp ciepła stosowanych w domach jednorodzinnych). Ponieważ samochód elektryczny nie może wykorzystywać ciepła z układu chłodzenia silnika, tak jak ma to miejsce w pojazdach spalinowych, pompa pobiera ciepło z otoczenia i przekazuje do systemu nawiewu. Zastosowanie mechanicznego napędu sprężarki klimatyzacji paskiem klinowym, tak jak w zwykłych samochodach oraz ogrzewanie kabiny grzejnikami rezystancyjnymi (podobnymi do domowych termowentylatorów) spowodowałoby szybsze rozładowanie baterii i zmniejszenie zasięgu pojazdów elektrycznych.
Inteligentne systemy to przyszłość klimatyzacji samochodowej. Przykładem może tu być chłodzenie predykcyjne oparte na sztucznej inteligencji (AI-Predictive Cooling), zastosowane w niektórych modelach aut z 2025 roku. Taki samochód uczy się naszych codziennych dojazdów do pracy, analizując trasy i godziny wyjazdu. Potem system potrafi automatycznie schłodzić kabinę, zanim jeszcze kierowca wyjdzie z domu lub biura, zapewniając komfortowy początek każdej podróży. Ta funkcja jest szczególnie przydatna dla osób dojeżdżających codziennie do pracy. Ma duże znaczenie podczas upalnego lata, gdy samochód parkuje na ulicy czy przed domem/biurem. Z kolei integracja pokładowego systemu klimatyzacji z Internetem Rzeczy (IoT) umożliwia zdalne sterowanie, monitorowanie i diagnostykę, poprawiając komfort użytkowania oraz wczesne wykrywanie awarii, co pozwala na ich zapobieganiu poprzez wykonanie odpowiedniego serwisu. Natomiast modułowe i definiowane programowo platformy systemów sterowania w pojazdach sprawiają, że układy klimatyzacji stają się bardziej elastyczne oraz inteligentne. Sterowanie głosowe klimatyzacją. To funkcja dostępna w nowszych pojazdach renomowanych producentów. Kierowca może wydawać systemowy klimatyzacji polecenia głosowe, np."Ustaw temperaturę na 20 stopni", „Podnieś/Obniż temperaturę” czy „Synchronizuj temperaturę” (wyrównaj temperatury w całej kabinie). System zazwyczaj uruchamia się za pomocą przycisku na kierownicy i umożliwia wygodne ustawiania parametrów bez konieczności odrywania wzroku od jezdni, co ma pozytywny wpływ na bezpieczeństwo jazdy.
Zwiększona wydajność sprężarek. Sprężarka (kompresor) to najważniejszy podzespół klimatyzacji samochodowej. Jego głównym zadaniem jest sprężenie czynnika chłodniczego w postaci gazowej tak, aby przeszedł on w postać ciekłą oraz przemieszczanie tego czynnika w układzie zamkniętym, pod odpowiednim ciśnieniem. Jednak urządzenie to, napędzane paskiem klinowym przez silnik spalinowy za pośrednictwem sprzęgła elektromagnetycznego, pobiera sporą moc – w tradycyjnych samochodach od kilku do kilkunastu KM. Potrafi to znacząco zmniejszać dynamikę jazdy oraz zwiększać zużycie paliwa. Dlatego w pojazdach elektrycznych oraz coraz szerzej także w spalinowych wykorzystuje się sprężarki spiralne. Charakteryzują się one znacznie większą wydajnością (mniejszym poborem mocy), niższym poziom hałasu i mniejszymi wibracjami w porównaniu ze standardowymi sprężarkami tłokowymi. Mniejsze zużycie energii przez samochodowy system chłodzenia oznacza redukcję emisji CO₂. To klimatyzacja przyjazna środowisku.
Klimatyzacja w samochodach elektrycznych i hybrydowych. W tego typu pojazdach sprężarka napędzana jest osobnym silnikiem elektrycznym, zaś jej moc chłodnicza regulowana za pomocą płynnej zmiany obrotów, co pozwala na zwiększenie sprawności – w porównaniu do regulacji na typu włącz/wyłącz, stosowanej w pojazdach spalinowych. Klimatyzacja w autach hybrydowych również wykorzystuje sprężarkę z napędem elektrycznym, aby umożliwić chłodzenie kabiny podczas postoju czy jazdy bez wykorzystywania silnika spalinowego. Warto zaznaczyć, że w samochodach elektrycznych klimatyzacja nie tylko zapewniania komfort kierowcy i pasażerom. Wykorzystywana jest także do chłodzenia baterii trakcyjnej, co wpływa zarówno na wydajność i żywotność tego bardzo drogiego podzespołu, ale i bezpieczeństwo ludzi i pojazdu. Zbyt wysoka temperatura baterii może doprowadzić do pożaru samochodu elektrycznego.
Innowacyjne technologie wykorzystywane do regulacji temperatury w kabinie oraz intensywności nawiewu. Technologia sztucznej inteligencji, oprócz chłodzenia predykcyjnego, umożliwia adaptacyjne sterowanie klimatyzacją, aby lepiej reagować na zmieniające się warunki środowiskowe i potrzeby pasażerów. Przykład stanowić może adaptacyjny elektroniczny system sterowania klimatyzacją (ECC), który umożliwia regulację ustawień temperatury i prędkości dmuchawy nawiewu, w celu nauczenia systemu automatycznego dostosowywania się do poziomu komfortu kierowcy pojazdu. Jeśli kierowca dostosuje nastawę temperatury przy określonej temperaturze otoczenia, system zapisze tę zmianę dla tej temperatury otoczenia. Po zatwierdzeniu zmiany, gdy system ponownie stwierdzi tę temperaturę otoczenia, automatycznie zapewni odpowiedni nadmuch - zgodnie z wcześniejszymi ustawieniami kierowcy pojazdu. Ponadto, gdy kierowca reguluje prędkość dmuchawy, system będzie stopniowo dostosowywał ją do wartości ustawionej przedtem przez kierowcę.
Czujniki w klimatyzacji samochodowej.
Od lat stosowane są czujniki temperatury powietrza zasysanego z zewnątrz oraz nadmuchiwanego do kabiny pojazdu, ciśnienia czynnika chłodniczego czy natężenia promieniowania słonecznego. Pozwala to na regulację temperatury w kabinie oraz intensywności nawiewu powietrza, a także monitorowanie działania systemu i jego poprawną pracę. Nowoczesna klimatyzacja samochodowa wykorzystuje również czujniki jakości powietrza (AQS). Przykład mogą stanowić czujniki PM2,5, zintegrowane z systemami automatycznej klimatyzacji samochodowej, które umożliwiają automatyczne dostosowywanie działanie systemu oczyszczania powietrza na postawie pomiarów jakości powietrza wewnątrz i na zewnątrz pojazdów. Gdy stężenie pyłów zawieszonych o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrometra w kabinie przekroczy normę, system automatycznie uruchomi oczyszczanie powietrza lub wzmocni jego filtrację, aby zapewnić odpowiednią jakość powietrza wewnątrz pojazdu. Opracowano także czujniki, które mierzą stężenie CO2 oraz lotnych związków organicznych (LZO) w powietrzu. Dzięki nim można wykrywać nieprzyjemne zapachy w otoczeniu, np. pochodzące ze spalin, zakładów przemysłowych lub rolnictwa, a także zapachy pochodzące z żywności lub dymu papierosowego w pomieszczeniach zamkniętych. Porównując jakość powietrza z referencyjną, systemy mogą w pełni automatycznie kontrolować wymianę i cyrkulację powietrza, a także aktywne oczyszczanie powietrza w kabinie.
Integracja klimatyzacji z innymi systemami pojazdów. Obecne systemy klimatyzacji są opracowywane z myślą o bardziej płynnej integracji termicznej z innymi systemami pojazdu, w celu optymalizacji ogólnego zużycia energii i komfortu pasażerów. Stopniowe przechodzenia na pojazdy elektryczne (EV) i hybrydowe pojazdy elektryczne (HEV) wymaga odpowiedniego dostosowania systemów klimatyzacji w celu optymalizacji efektywności energetycznej oraz integracji z instalacją elektryczną pojazdu. Obejmuje to, oprócz zastosowania opracowanie bardziej wydajnych sprężarek, optymalizację systemów zarządzania temperaturą w kabinie oraz integrację z systemami zarządzania temperaturą baterii. Te drugie mają podstawowe znaczenie jesli chodzi o bezpieczeństwo oraz zasięg auta elektrycznego. Producenci większości tego typu pojazdów wykorzystują system zarządzania baterią BMS. Jego zadanie polega na sterowaniu procesami termicznymi zachodzącymi w ogniwach baterii litowo-jonowych.
Zostań ekspertem HVACR – czytaj sprawdzone poradniki techniczne
Opracowanie redakcja (T.H)
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl
