سیستم تهویه در خودرو یا همان HVAC وظیفه تنظیم دما، رطوبت و جهت هوا بر عهده دارد. همچنین کیفیت هوا را بهبود می بخشد. عملکرد آن برای افرادی که مشکلات سلامتی خاصی دارند، با رطوبت زدایی و تمیز کردن هوا در هنگام خنک کردن آن مفید می باشد.
- هوا را خنک کند
- هوا را به گردش درآورد
- هوا را تصفیه کند
- هوا را مرطوب کند
چهار مورد که سیستم تهویه خودرو باید آن ها را تنظیم نماید:
اولین بار یک شرکت در شهر نیویورک در ایالات متحده، در سال 1933 نصب سیستم تهویه برای اتومبیل ها را ارائه نمود. اکثر مشتریان آن ها صاحبان لیموزین و اتومبیل های لوکس بودند.
شرکت خودروسازی پاکارد اولین خودروسازی بود که در اواخر سال 1939 (در آغاز مدل سال 1940) سیستم های تهویه را در خودروهای خود ساخت. پاکارد تبلیغات خود را اینگونه منتشر کرد: “در تابستان امسال، گرما را در تنها خودروی دارای تهویه جهان، فراموش کنید”.
کرایسلر امپریال 1953 اولین خودروی تولیدی بود واقعاً دارای تهویه خودرو بود. این سیستم با یک سوئیچ روی داشبورد با سه وضعیت کم، متوسط و زیاد، قادر بود ماشین را خنک کند و همزمان رطوبت، گرد و غبار، گرده و دود تنباکو را کاملاً از بین ببرد.
این نوآوری به سرعت مورد استفاده قرار گرفت و تا سال 1960 حدود 20٪ از تمام خودروها در ایالات متحده دارای تهویه بودند که این درصد در مناطق گرم جنوب غربی به 80٪ افزایش یافت.
تا سال 1969، 54 درصد از خودروهای ایالات متحده به سیستم تهویه مجهز بودند که نه تنها برای راحتی مسافران، بلکه برای افزایش ارزش فروش مجدد خودرو نیز مورد نیاز بود.
نیویورک تایمز در سال 1971، تهویه خودرو را در مرگ کانورتیبل دخیل دانست و چنین فرض کرد: “در عصر تهویه، هوای واقعی ارزش خود را از دست داده است.”
پس از اینکه مبرد R12 (گاز مبرد خنک کننده) مورد استفاده در سیستم های تهویه مقصر تخریب لایه ازن شناخته شد، خودروسازان موظف شدند تا سال 1995 به مبردهای R134a که کمتر مضر بودند روی آورند.
کنترل آب و هوای خودکار دو خروجی اجازه می داد تا تنظیمات دما را برای راننده و مسافر جداگانه تنظیم کنید. برخی از خودروها دارای خروجی های اضافی برای سرنشینان عقب بودند.
فولکس واگن سیستم تهویه کنترل شده خودکار خود را “Climatronic” نامید. 99 درصد از تمام خودروهای جدید در سال 2010 دارای تهویه بودند.
اولین خودروهایی با گاز مبرد جدید HFO-1234yf که برای مطابقت با دستورالعمل‌های اتحادیه اروپا توسعه یافتند GWP (Global Warming Potential) کمتر از 150 را نیاز داشتند، در سال 2012 در بازار ظاهر شدند.
درک گرما
به زبان ساده می توان گفت که گرما همان انرژی است. در موتور سایش چرخدنده ها روی هم و ایجاد اصطکاک بین اجزای مختلف منجر به تولید گرما می شود. احتراق موتور نیز تولید گرما می کند. گرمای خورشید که به سطح زمین میتابد را هم نباید فراموش کرد. گرما در مقدار مناسب زندگی و راحتی را فراهم می کند. گرما در هر دو حالت شدید – خیلی زیاد یا خیلی کم – ناراحت کننده خواهد بود. کنترل دما به معنای کنترل راحتی است. تهویه روشی برای کنترل گرما است.
همه مواد حاوی گرما هستند. علم به ما می گوید که اندازه گیری به نام “صفر مطلق یا صفر کلوین” نقطه ای است که در آن تمام گرما از یک جسم خارج می شود (تقریبا 273- درجه سانتیگراد). هر ماده ای بالاتر از این دمای صفر مطلق مقداری گرما را حفظ می کند.
انسان بطور متوسط تقریباً به دمای محیط 21 تا 26 درجه سانتیگراد با رطوبت نسبی 45 تا 50 درصد نیاز دارد. در این محدوده دما و رطوبت، ما بیشتر احساس راحتی می کنیم. تمام اجسام در همین محدوده برای لمس راحت هستند. دمای هر چیزی بالاتر یا کمتر از این محدوده را گرم یا سرد در نظر می گیریم.
گرما چگونه به داخل وسیله نقلیه می رسد؟
هنگامی که خودرویی رانده می شود یا در زیر نور خورشید پارک می شود، گرما از منابع مختلفی وارد خودرو می شود: هوای محیط، نور خورشید، گرمای موتور، گرمای جاده، گرمای اگزوز…
همه اینها و سایر منابع گرمای متفرقه باعث افزایش دمای هوا در داخل خودرو می شوند.
در شرایط دمای بالای محیط (مثلاً در روز با دمای 37 درجه سانتیگراد)، فضای داخلی خودرویی که در زیر نور خورشید با پنجره‌های بسته باقی مانده است، می‌تواند به دمای 65 تا 70 درجه سانتیگراد برسد.
چه چیزی باعث حرکت گرما می شود؟
گرما همیشه از اجسام داغتر به اجسام سردتر منتقل می شود. هر زمان که بین دو جسم اختلاف دما وجود داشته باشد، انرژی گرمایی از جسم گرمتر به جسم سردتر منتقل می شود تا زمانی که هر دو جسم در یک دما تثبیت شوند.
این اساس عملکرد تهویه است. تهویه خودرو برای انتقال گرما از یک مکان (داخل ماشین شما) به مکان دیگر (در فضای باز) طراحی شده است.
فیزیک پایه تهویه خودرو
- تبخیر
- تراکم
- رابطه فشار و دما
تبخیر
این اصطلاح زمانی است که حرارت کافی به یک ماده مایع برای تبدیل آن به بخار (گاز) اضافه می شود. مثلاً وقتی آب می جوشد.
این وضعیت در سیستم AIC رخ می دهد، فقط گاز مبرد در حال تبخیر است.
تراکم
آیا این اصطلاح برای توصیف برعکس فرآیند تبخیر استفاده می شود؟ اگر بخار را بگیرید و حرارت کافی را از آن بردارید، تغییر حالت رخ می دهد. بخار به مایع تبدیل می شود. تبدیل بخار به مایع را تراکم می گویند.
این وضعیت در سیستم AIC رخ می دهد، فقط گاز مبرد در حال متراکم شدن است.
رابطه فشار و دما
برای افزایش یا کاهش نقطه جوش یک ماده، باید فشار روی ماده را تغییر دهیم.
افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش می شود. برای کاهش نقطه جوش، فشار را کاهش دهید.
اگر آب تحت فشار قرار گیرد، نقطه جوش افزایش می یابد. مثال خوب سیستم خنک کننده خودرو است. درپوش فشار با افزایش فشار روی مایع خنک کننده از جوشیدن رادیاتور جلوگیری می کند.
مثال: درپوش رادیاتور 110 کیلو پاسکال اجازه می دهد تا دمای مایع خنک کننده قبل از جوشیدن به 126 درجه سانتیگراد برسد.
همین امر در مورد مبردهای مورد استفاده در سیستم تهویه نیز صادق است. تحت فشار، نقطه جوش افزایش می یابد، زمانی که فشار کاهش می یابد، نقطه جوش کاهش می یابد.
گازهای مبرد (مبردها) در سیستم های تهویه خودرو
مبرد سیالی است که می تواند حالت خود را در دماهای پایین تغییر دهد. مبردهای آزاد شده بر روی فشار اتمسفر مورد استفاده در صنعت خودروسازی در دمای 26 درجه سانتیگراد می جوشند و حالت خود را از مایع به بخار (تبخیر) تغییر می دهند. در فرآیند تبخیر، آنها مقدار زیادی گرما را از اطراف جذب می کنند (در مورد ما گرمای داخل وسیله نقلیه).
گاز مبرد خودرو در طول سال ها از گاز آمونیاک به R12 (فریون)، به R134a و اکنون به 1234yf تغییر کرده است.
از دهه 1990، صنعت خودرو شروع به استفاده از مبرد R134a (HFC) به عنوان جایگزینی برای R12 قدیمی (CFC) کرد، زیرا R12 قدیمی (CFC) تأثیر عمده ای بر تخریب لایه ازن داشت.
R134a قبل از شکستن حدود 13 سال در جو ماندگار است. پتانسیل گرمایشی آن (GWP) ~1400 است.
HFO1234yf یک مبرد جدید است که برای تهویه خودکار به عنوان جایگزینی برای R-134a ساخته شده است. این مبرد برای مطابقت با دستورالعمل‌های اتحادیه اروپا ایجاد شده است که مبردی با GWP کمتر از 150 می‌خواهد. مبرد جدید 1234yf در حدود 11 روز با GWP 4 تجزیه می‌شود.
HFO-1234yf منحنی فشار-دما و سایر مشخصات کلیدی بسیار نزدیک به R-134a دارد. از نظر حرارتی پایدار است و با اجزای R-134a سازگار است و تقریباً جایگزینی برای R-134a خواهد بود. آزمایش افت در تویوتا نشان داد HFO1234yf عملکرد خنک کنندگی کمی بهتر از R-134a دارد.
R134a احتمالا تا سال 2025 همچنان مورد استفاده خواهد بود. خودروهای تولید شده از سال 1990 تا 2015 همچنان به R134a نیاز دارند. انتظار می رود که قیمت R134a افزایش یابد که از استفاده بیهوده آن جلوگیری کند.
