Теоретические основы управления микроклиматом автомобиля
03.07.2010
Система управления микроклиматом
Система управления микроклиматом (другое название -климат-контроль) предназначена для создания комфортных условий для водителя и пассажиров. Она поддерживает температуру воздуха и влажность в салоне автомобиля в пределах диапазона, который наиболее комфортен для людей, находящихся внутри, и подает чистый свежий воздух для вентиляции. Комфортная температура внутри автомобиля помогает водителю сохранять бдительность и быть внимательным.
Система кондиционирования воздуха (А/С) и система отопления вместе известны как система отопления,вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Система HVAC управляет теплом, температурой, распределением воздуха и удалением влаги. Система HVAC для направления потока наружного воздуха или воздуха, параметры которого отрегулированы системой управления микроклиматом, в салон автомобиля использует систему распределения воздуха, состоящую из каналов, вентиляционных дефлекторов и заслонок. Электрическая система обеспечивает управление системой HVAC со стороны оператора.
Система HVAC в автомобиле разделяется на четыре тесно взаимосвязанных подсистемы:
• Система А/С
• Система отопления
• Система вентиляции и распределения воздуха
• Электрическая система
Тепловая энергия
Кондиционирование воздуха - это управление теплом. Тепло - это форма энергии. Энергия не может исчезнуть, но может быть преобразована в другую форму. Системы кондиционирования воздуха используют тепло и энергию, забираемые от двигателя автомобиля, для удаления нежелательного тепла из салона автомобиля.
Пример преобразования энергии - это пламя под емкостью с водой. Тепло, создаваемое пламенем, нагревает воду, поднимая ее температуру и заставляя кипеть. Расширяющиеся газы или пар от кипящей воды можно использовать для создания механического движения, которое является еще одной формой энергии.
Наряду с концепцией тепла и тепловой энергии присутствует концепция холода.
Измерение количества тепла
Холод - это просто отсутствие тепла. Холод - это то, что останется, если все тепло будет удалено. Тепло будет всегда перемещаться в направлении холода. Пример этого - сковорода на горячей печи. Тепло от днища сковородки будет перемещаться к холодной ручке. Количество тепла достаточно легко измерить, и способы его перемещения очень хорошо предсказуемы и управляемы.
Автомобильные системы кондиционирования воздуха создают холодную зону в салоне автомобиля, обеспечивая перенос тепла туда.
Температура
Температура или интенсивность тепла измеряется с помощью термометра. Знание температуры важно по той причине, что комфортный диапазон для человека ограничивается диапазоном 21 -27 еС (65-80 eF). Если температура поднимается выше или опускается ниже этого диапазона, пассажиры могут почувствовать дискомфорт.
Количество тепла
Количество тепла измеряется в Джоулях или британских тепловых единицах (BTU). Обычная деревянная спичка дает 1 051 Джоуль тепла. 4.2 Джоуля - это количество энергии, требуемое для поднятия температуры 1 г воды на 1 градус Цельсия. В литре бензина заключено приблизительно 117 миллионов Джоулей тепловой энергии. Тепловая энергия может быть преобразована двигателем в механическую энергию, что позволяет автомобилю двигаться.
Системы HVAC также должны преобразовывать тепло в энергию, вводя его в салон автомобиля и отводя оттуда.
Эффективность системы HVAC оценивается в калориях. Конструкторы автомобилей при проектировании системы HVAC должны принимать во внимание размер автомобиля, количество пассажиров и возможные источники тепла.
Влажность
Влажность - это наличие воды или водяного пара в воздухе. Влажность воздуха может варьироваться от полного отсутствия влаги (сухость), т.е. О %, до "полной" влажности, т.е. 100 %. Влажный холодный воздух воспринимается намного более холодным, чем сухой воздух при той же самой температуре. Влажный горячий воздух замедляет способность человеческого тела к самоохлаждению за счет выделения и испарения пота.
Как и в случае температуры, чрезмерная влажность создает людям чувство дискомфорта. Кроме того, повышенная влажность накладывает дополнительную нагрузку на систему кондиционирования воздуха. При работе системы кондиционирования воздуха легкового автомобиля она не только охлаждает салон автомобиля, но также удаляет влагу из воздуха, входящего в салон.
Перенос тепла
Системы HVAC могут отводить тепло из места, где оно не требуется, и передавать его в место, где в нем имеется потребность. Этот перенос тепла происходит в соответствии с несколькими физическими законами.
Тепло - это энергия, которая перемещается от более теплого объекта к более холодному. Холод -это недостаток энергии. Скорость, с которой перемещается тепло, - это показатель разницы в температуре между горячей и холодной зонами. Большой перепад температур заставляет тепло перемещаться намного быстрее, чем в том случае, если бы две зоны имели почти одинаковую температуру. Тепловой поток имеет тенденцию делать горячий объект холоднее, а более холодный объект теплее. Если объекты оставить в покое, их температура сравняется.
Для охлаждения нагретого автомобиля испаритель создает холодную зону внутри автомобиля, в которую и должно быть отведено нежелательное тепло. После того, как тепло перемещается в эту холодную зону, оно удаляется и отдается наружному воздуху. Двигатель автомобиля и система HVAC делают этот процесс довольно простым.
Перенос тепла
Теплота может передаваться одним или несколькими из следующих трех способов: посредством теплопроводности, конвекции и излучения.
Теплопроводность
Теплопроводность - самый простой путь переноса тепла (теплообмена). Примером теплопроводности будет нагрев одного конца металлической проволоки. Тепло, прикладываемое к одному концу проволоки, будет проходить по проволоке к противоположному концу до тех пор, пока оба конца не станут горячими. Некоторые материалы, такие как сталь, медь и алюминий, являются хорошими - проводниками тепла. Материалы типа древесины или пластмассы - это плохие проводники тепла - они называются изоляторами.
Конвекция
Конвекция - это другой тип теплопередачи. Она имеет место, когда объект, типа двигателя, отдает тепло системе охлаждения автомобиля. Когда в результате процесса сгорания в двигателе потенциальная энергия топлива преобразовывается в механическую и тепловую энергию, тепло от двигателя следует отводить. Через двигатель прогоняется охлаждающая жидкость, и в результате процесса конвекции тепло передается от двигателя жидкости. Затем эта нагретая охлаждающая жидкость отводится в радиатор. Металлический радиатор использует процесс теплопроводности, чтобы забрать тепло от охлаждающей жидкости и передать его пластинам (ребрам) радиатора. Затем пластины радиатора передают тепло от радиатора воздуху, проходящему через радиатор.
Излучение
Излучение (или радиация) - это другой пример того, как может происходить перенос тепла. Излучение имеет место, когда тепловые лучи проходят из одного места в другое, не нагревая при этом воздух или материал, через который они проходят. Пример излучения - это автомобиль в холодный солнечный день. Если салон автомобиля защищен от воздействия температуры наружного воздуха, салон автомобиля нагревается больше, чем наружный воздух. Это происходит, потому что солнечный свет проходит по воздуху, но "ударяется" о кузов и элементы салона автомобиля. Когда лучи света "ударяются" о кузов и элементы салона автомобиля, энергия света преобразовывается в тепловую энергию, нагревающую автомобиль. Холодный наружный воздух, когда через него проходят лучи света, не нагревается.
Агрегатные состояния
Агрегатные состояния вещества - это твердое, жидкое и газообразное состояние. Твердым является кусок льда, но когда ко льду прикладывается тепло, твердый лед переходит в жидкое состояние. Если прикладывать дополнительное тепло (до 100 °С [212 °F]), жидкость превратится в газ. Система кондиционирования воздуха работает, используя жидкость, называемую хладагентом. Хладагент в работающей системе А/С непрерывно изменяет свое состояние, переходя из жидкой фазы в газообразную и обратно в жидкую.
Скрытая теплота
Скрытая теплота - это количество теплоты, которое должно быть приложено к жидкости или отведено от нее, чтобы заставить ее изменить состояние. Это называется скрытой теплотой, потому что вы не можете измерить его с помощью термометра. Например, если вы нагрели 453 грамма воды на высоте уровня моря до 100 °С (212 °F), то для того, чтобы превратить эту воду в пар, вы должны приложить, как минимум, еще 993 030 Джоуля тепловой энергии. Когда вы прикладываете это дополнительное тепло,температура остается неизменной. Дополнительное тепло, называемое скрытой теплотой, - это тепло, необходимое для превращения жидкой субстанции в пар.
Скрытая теплота парообразования
В системе А/С скрытая теплота парообразования реализуется в испарителе. Когда хладагент проходит через испаритель, он поглощает тепло из салона автомобиля и начинает кипеть. Т.к. тепло продолжается поглощаться, хладагент превращается из жидкости низкого давления в пар низкого давления.
Скрытая теплота конденсации
В системе А/С скрытая теплота конденсации реализуется в конденсаторе. Конденсатор отводит тепло от хладагента наружу во внешний воздух. Когда хладагент охлаждается, он конденсируется, превращаясь из пара в жидкость.
Давление и температура кипения
Изменение давления жидкости изменяет его температуру кипения. При более высоком давлении температура кипения увеличивается, в то время как при более низком давлении температура кипения уменьшается. Система кондиционирования воздуха использует этот закон для отвода тепла из салона автомобиля. На уровне моря вода кипит при 100 °С (212 °F). При более низком атмосферном давлении на вершине высокой горы вода может кипеть уже при 86 °С (187 °F). Хладагент должен иметь очень низкую температуру кипения. Некоторые типы хладагента, находящиеся под давлением в системе кондиционирования воздуха, могут иметь такую низкую температуру кипения, как-22°С(-7.6Т).
запчасти тойота
Комментарии
Пока нет комментариев