Kfz-Wärmepumpensystem
Schematische Darstellung einer herkömmlichen Kfz-Klimaanlage
In herkömmlichen Kfz-Klimaanlagen kommt das Kältemittel in vier Hauptzuständen vor: Hochdruckgas, Hochdruckflüssigkeit, Niederdruckflüssigkeit und Niederdruckgas. Die vier Schlüsselkomponenten, die diese vier Zustände verbinden, sind Kompressor, Kondensator, Expansionsventil und Verdampfer. Der Kompressor komprimiert das Kältemittel in der Rohrleitung. Im Kondensator an der Vorderseite des Motorraums kondensiert das Kältemittel vom gasförmigen zu flüssigem Zustand. Bei diesem Vorgang wird Wärme freigesetzt. Nach dem Durchströmen des Expansionsventils sinkt der Druck des flüssigen Kältemittels schlagartig. Schließlich verdampft es im Verdampfer in der Kabine und nimmt viel Wärme auf. Dadurch wird ein Kühleffekt in der Kabine erzielt. Das hier erwähnte Kältemittel in der Rohrleitung, auch Kältemittel genannt, weist die Eigenschaften einer leichten Verdampfung und Verflüssigung auf, um die Wärmeübertragung zu erleichtern. Das früheste weit verbreitete Kältemittel war Freon. Aufgrund der Schädigung der Ozonschicht durch Freon wurde es später in Automobilklimaanlagen schrittweise durch Tetrafluorethan mit dem Markennamen R134A ersetzt. Aufgrund der zunehmenden Betonung des Umweltschutzes haben sich Kältemittel in letzter Zeit schrittweise zu Kohlendioxid-Kältemitteln entwickelt.
So funktioniert das Wärmemanagement einer Wärmepumpe
Der Hauptgrund für die Einführung eines Wärmepumpensystems besteht darin, dass reine Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybridfahrzeuge, die rein elektrisches Fahren unterstützen, den Motor nicht mehr als stabile Wärmequelle zum Heizen nutzen können. Daher wurde die Heizfunktion der Klimaanlage von Elektrofahrzeugen vor der Einführung des Wärmepumpensystems hauptsächlich durch elektrische Heizgeräte, auch Widerstands-PTC-Heizungen (Positive Temperature Coefficient) genannt, übernommen. Und Sie sollten wissen, dass die durch die direkte elektrische Heizung erzeugte Wärme die Leistung und Reichweite der Batterie erheblich verringert. Laut Statistik wird beim Fahren im Winter und beim Einschalten der Klimaanlagen-Heizfunktion auf Basis der Elektroheizung fast die Hälfte des Stroms zum Heizen verbraucht. Für die Fahrt bleibt nur noch die Hälfte der Leistung übrig. Der Einsatz einer Wärmepumpenanlage zum Heizen erhöht die Laufleistung deutlich.
Kühlmodus des Wärmepumpen-Wärmemanagementsystems
Tatsächlich gibt es im Wärmemanagementsystem der Wärmepumpe, obwohl es von mehreren Pumpen und Ventilen gesteuert wird, keine Komponente namens Wärmepumpe HeatPump. Sie wird Wärmepumpe genannt, weil das Wärmepumpensystem ähnliche Eigenschaften wie eine Wasserpumpe aufweist und Wasser von einem niedrigen Ort zu einem hohen Ort bewegt. Das gesamte Wärmepumpensystem kann Wärme von einem Ort mit niedriger Temperatur zu einem Ort mit hoher Temperatur transportieren. Beispielsweise sorgt das Wärmepumpensystem im Sommer dafür, dass die niedrigen Temperaturen außerhalb des Autos nicht eingebracht werden. Im Gegenteil: Es transportiert die Wärme aus dem Autoinneren nach außen. Dadurch wird der Kühleffekt erzielt.
Heizmodus des Wärmemanagementsystems der Wärmepumpe
Dementsprechend leitet das Wärmepumpensystem beim Heizen im Winter Wärme von außerhalb des Autos in den Innenraum des Autos. Dann möchten Sie vielleicht noch einmal fragen: Kann Wärme transportiert werden, auch wenn es außerhalb des Autos Dutzende Grad unter Null ist? Wie bereits erwähnt, gibt es auch bei Temperaturen von mehreren zehn Grad unter Null noch Hitze. Wenn Wärme vorhanden ist, kann diese transportiert werden.
Wie kann das Wärmepumpensystem also auf die Klimaanlage eines Autos angewendet werden?
Zunächst wird der Umgebung Wärme in die Wärmepumpenanlage entzogen. Zweitens wird die Wärme komprimiert und erhitzt. Anschließend wird die Wärme dazu genutzt, die kalte Luft in der Kabine zu erwärmen und zu erwärmen. Die erwärmte Luft wird in den Innenraum geleitet und die Wärme nach der Dekompression wird in Niedertemperaturwärme umgewandelt und an die Außenseite des Fahrzeugs abgegeben. Das Wärmepumpensystem muss sowohl Heiz- als auch Kühlbedingungen berücksichtigen. Wenn die Absperrventile SV1 und SV4 geschlossen und SV5 eingeschaltet sind, arbeitet das System im Heizmodus. Der Verdampfer im Auto wird im Kühlmodus als Kondensator im Heizmodus verwendet, um zusammen mit dem heißen Kondensator den Innenraum mit Wärme zu versorgen. Im Heizmodus kann das Wärmemanagementsystem der Wärmepumpe auch die Abwärme vom Motor, der elektronischen Steuerung und dem Ladegerät in der blauen Kühlmittelleitung über den Wärmetauscher an die rote Kältemittelleitung der Klimaanlage übertragen, um die Kabine mit Wärme zu versorgen. Wenn die Absperrventile SV1 und SV4 eingeschaltet und SV5 ausgeschaltet sind, arbeitet das System im Kühlmodus und der entsprechende Außenkondensator im Kühlmodus wird im Heizmodus als Verdampfer verwendet.
