Hűsöljünk! A klímaberendezésekről általában

2017. augusztus 02. - _zahnrad

eberspaecher-ac136-g4-ae-k.jpgAz idei legnagyobb hőhullám kellős közepén áttekintjük a klímaberendezések felépítését és a hűtéstechnika alapjait.

Miért hűtsünk?

bugyik.jpgA női alsóruházat változása az egyik népszerű bizonyíték a globális felmelegedésre :) (Forrás)

Az ok röviden a globális felmelegedés is lehet. Hosszabban az egyéni közlekedéssel felveendő verseny, illetve az egyre kényelmesebb, csendesebb és huzatmentesebb utazásra jelentkező igényt is meg lehet jelölni. Ezért váltják, váltották fel a nagy ablakos régi buszokat a légkondicionált újak.

Az alapok - avagy mi van a fehér dobozban?

aerosphere350_szerrk.jpgEgy városi busz tetejére szerelt klímaberendezés felépítése (Eredeti kép: Spheros)

A teljesség igénye nélkül, a leglényegesebb elemekre szorítkozva mutatjuk be a hűtéstechnika alapjait. A hűtéshez szükségünk van egy közvetítő közegre, ezt egy zárt rendszerben keringetve vonjuk el a hőt az utastérből, és adjuk át a környezetnek. A közvetítő közeg a hűtőközeg, ami lehet víz, szén-dioxid (R744), 1,1,1,2-tetrafluoretán (R134a), vagy 2,3,3,3-tetrafluorpropén (R1234yf), és a többi

r134a_korfolyamat.jpgAz R134a hűtőközeg nyomás-entalpia diagrammjába berajzolt hűtési körfolyamat.

A főbb egységek egy légkondicionálóban: Elpárologtató, kompresszor, kondenzátor, szelep. Az elpárologtató végzi az utastér lehűtését, amiben a folyékony hűtőközeg a tágulás és az elvont hő hatására gőzzé alakul. Innen a hűtőközeg a kompresszorba kerül, ez végzi a hűtőközeg gőzöknek az elpárologtatóból való elszívását, majd térfogatuk összenyomásával (kompressziójával) hőmérsékletük emelését, végül pedig a kondenzátorba való benyomását. Fontos, hogy gőz állapotban legyen a hűtőközeg, ugyanis a folyadékok összenyomhatatlanok, ha aránytalanul sok folyadék kerül a kompresszorba, akkor az a kompresszor károsodásához vezet. Ezért az elpárologtatóból fontos, hogy túlhevített állapotban lépjen ki a hűtőközeg, minimális legyen a folyadéktartalma.

A kondenzátor az elpárologtatóhoz hasonló hőcserélő, ahol a gőz folyadékká való visszaalakítása, az elvont hő környezetnek való átadása történik. A fojtó, vagy adagolószelep feladata pedig a kondenzátorban visszaalakított, de még meleg, jellemzően folyékony hűtőközeg visszahűtése az elpárologtatóban megkövetelt alacsony hőmérsékletre.

Egy V-hengerelrendezésű dugattyús klímakompresszorról hajtott hűtési rendszer felépítése.

A felsorolt egységekből a kompresszor a motortérben található, ahol a belsőégésű motor főtengelyéről szíjhajtáson és egy elektromosan zárható kuplungon keresztül kap hajtást. A hűtéstechnikában használt kompresszorok lehetnek csavar, dugattyús, bolygódugattyús, centrifugális vagy spirál kialakításúak.

A klímaberendezések, avagy a fehér dobozon túl


Nem, nem a bilikékre festésére gondolunk... A légkondicionáló legtöbbször a jármű tetejére szerelt integrált doboz képében jelenik meg szemeink előtt. Ez azért van így, mert a városi- és turista buszok tetejére legtöbbször így kerül elhelyezésre, egy szállítótól. Több cég foglalkozik ilyen készre szerelt, rendszerbe integrált egységek szállításával, pár példa: Thermo King, Eberspacher-Sütrak, Spheros, Carrier, Hispacold, stb. A piacon megtalálható hőcserélőket, szelepeket és radiális ventilátorokat építik össze és szállítják le integrált egységként. A légcsatornára csak rá kell illeszteni, az integrált befúvóventilátorok miatt nincs szükség semmi egyébre. Ha a tetőegység nem a jármű közepére kerül, akkor nem hátrány, ha az elpárologtatóból kilépő nyílások alatt, a légcsatornán belül vannak terelőlemezek is, erre csak kevés járműgyártó veszi a fáradtságot.

img_8371.JPGA gáztartály alatt is van hűtés, ha jól van összeállítva a rendszer. Miskolcon ez nem sikerült túl jól.

Azonban több jármű esetén nem járható út a tetőn kívülre elhelyezett integrált egység. Az első, legegyszerűbb eset a csuklósbusz. Ebben az esetben léteznek olyan egységek, ami csak a jármű egyik tagjának tetején tartalmaznak kondenzátoros egységet, a másik tagon lévő tetőegységben csak az elpárologtató és a befúvó ventilátorok vannak. Ennek a megoldásnak az az előnye a megduplázott kondenzátoros tetőegységekkel szemben, hogy a kompresszor-kondenzátor hűtőkör kisebb lehet, csökkentve ezzel a hűtőközeg szivárgásának veszélyét és egyúttal növelve a rendszer hatékonyságát. Van egy szekunder kör, ami a kondenzátoros egység-csak elpárologtatós egység között fut. Úgy tudjuk felismerni kívülről, hogy az egyik tetőegység ,,közepén" nincsenek kör alakú, azaz axiális ventilátorok. Ennek a méretezése nem egyszerű, sokszor nem sikerül a két járműtagban hasonló hőmérsékletet tartani.

eberspaecher_ac188.jpgGázbuszokhoz, emeletes- és magas turistabuszokhoz alkalmas a helytakarékos Eberspacher-Sütrak AC188 elpárologtató egység. Külső, máshol elhelyezett kondenzátoros egységhez csatlakoztatható. 

Ennek bonyolultabb esete a CNG üzemű csuklósbuszok hűtése. Ilyenkor a gáztartály el tudja foglalni a jármű egyik tagjának teljes tetejét. Ilyenkor speciális, a légcsatornába integrált elpárologtató fér csak el a gáztartályos járműtagban. A befúvó ventilátorok ettől külön, a légcsatornában az elpárologtatóhoz közel vagy akár több, elszórva is elhelyezhető. Ilyen megoldást találhatunk a Miskolcra és Kaposvárra leszállított csuklós MAN  Lion's Cityk utasterében. Ennek a méretezése is komoly feladat, tapasztalataink szerint a miskolci MAN-ek utasterében hátul jó idő van, de a csuklóstér előtt levegőtlenség és igen meleg van. Legalább 5 fokkal melegebb van, mint hátul.

eberspaecher_r488_1700x400.jpgEmeletes buszok hátuljába építhető kondenzátor-elpárologtató egység az Eberspacher-Sütrak R488

A következő eset a 4 méter magas egyszintes turistabuszok esete. Ilyenkor már nem fér el semmi a tetőre, a motortér felett, keresztben, hátulra kerül beépítésre a kondenzátor, az elpárologtató vagy szintén ide kerül és innen indul ki a légcsatorna vagy pedig a légcsatornába integrálva több kisebb elpárologtató végzi a hűtést. A befúvó ventilátorokból több, elszórtan, a légcsatornába integrálva kerül elhelyezésre. Hasonlóak az emeletes buszok, csak itt két szint van és a korlátozott belmagasság miatt nem férnek el a légcsatornába az elpárologtatók, trükkös helyekre, az első kerékdobra, az emeleten pedig az utolsó ülések alá és a mellső szélvédő alá kerülhetnek elhelyezésre. Az ilyen rendszerek kiépítése több mérnökórát és munkaórát igényel a karosszériát építőtől is, ezek a megoldások drágábbak tudnak lenni az integráltaknál.

Egyedi járműveknél, ahol nincs hely a tetőn, vagy a teherbírása korlátozott, van lehetőség az emeletes buszokhoz hasonló megoldásra, de ez mint láttuk többlet munkát igényel az integrált és könnyen illeszthető megoldásokhoz képest.

A rendszer működése

valeo-tm55-65.pngValeo TM65 (Modulo M168d-be beépített) bolygódugattyús kompresszor hűtőteljesítménye és tengelyteljesítmény igénye a fordulatszám függvényében (Forrás)

A belsőégésű motorokkal hajtott buszokon a légkondicionálás egy igen pazarló rendszer. A kompresszort a főtengely hajtja változó, de egy városi busz esetén legtöbbször alapjárathoz közeli fordulatszámon. Egy dízelmotort alapjáraton terhelni nem igazán jelent egyet a takarékossággal és hatékonysággal. A változó fordulatszám pedig tág határok közt változtatná a hűtőközeg hőmérsékletét és nyomását, a szabályozó szelepre nagy terhet róva. Ezt részterhelésen (ha kint nincs forróság) még finomíthatja a kompresszor hajtását leválasztó kuplung, de egy így egy kétpont szabályzás, bármiféle optimum körül legfeljebb csak ide-oda ingadozni képes.

Egy emeletes busz hűtése, jól látszanak a különböző helyekre épített elpárologtatók és a busz hátuljába épített kondenzátor.

A kondenzátort és az elpárologtatót is fix, jobb esetben 2-3 lépcsőben változtatható fordulatszámú 24 voltos ventilátorok tartják a kívánatoshoz közeli hőmérsékleten. Az egész vezérlése városi buszokon általában a külső hőmérséklet és a megkívánt belső függvényében történik, a visszacsatolásokat minimumon tartva.  

Hogyan fűt a klíma?


Ez egy trükkös rész, számtalan különböző megoldás létezik. A legnépszerűbb a hagyományos, hűtő klíma és a légcsatornába szerelt, fűtési vízkörbe bekötött hőcserélők elhelyezése a klíma légcsatornájába. A befúváshoz az elpárologtató ventilátorait használják és kész. Ahhoz, hogy a klímaberendezés képes legyen fűtésre is, meg kell fordítani a hűtési körfolyamatot, ehhez több szelep kell, mivel a kompresszor forgásiránya kötött. Az ilyen hőszivattyús egységek több százalékkal drágábbak a csak hűtésre képes egységeknél, de terjedőben vannak.

Egyedi megoldás a hőszivattyú üzemre az Eberspächer-Sütraktól

Egyedi megoldás a turistabuszokhoz igazán alkalmas Eberspächer-Sütrak AC250-es típusa, itt a kondenzátor egyedi elrendezése és az elektromosan mozgatott terelőlapokkal átállítható légáramlással oldották meg a hűtés-fűtés közti váltást úgy, hogy nincs szükség a két hőcserélő szerepének megváltoztatására bonyolult és drága szelepekkel.

A jövő

revo-e_10x15.jpgSpheros REVO-E elektromos klímaegység, beépített kompresszorral. A kondenzátor után lévő hupli alatt rejtették el a kompresszort. (Kép:Spheros)

A jövőt a szabályozható villamos hajtások kompakttá válása és egyre szélesebb körű alkalmazása jelenti. Az elektromos vagy hibrid buszokhoz ajánlott klímaberendezések egyre több szabályozott hajtást tartalmaznak. A legfontosabb, hogy a kompresszor hajtása elektromos és a meghajtással együtt magát a kompresszort is integrálni tudják a tetőegységbe. Ezzel a hűtőkör csövezése és a hűtőközeg mennyisége radikálisan lecsökken, nincs szükség a tetőegységtől a motortérig futó csövezésre, így egyszerűsödik a hőszivattyús kialakítás is. Egyes trolibuszokon, mint a BKK Solaris-Skoda trolibuszain még hagyományos tetőegység, ládatérbe szerelt, standard aszinkron motorral hajtott különálló kompresszort találunk. Ennek a hátránya a kiterjedt hűtőkör, és az alacsony hatásfokú motor, előnye a jól ismert felépítés és a könnyű tetőegységek.

A kompresszor szabályozott hajtása egyértelműen előnyös, nem egy véletlenszerűen változó fordulatszámtól függ a hűtési teljesítmény, hanem a valódi igénytől. Ezzel könnyen elkerülhető az alul- és a túlméretezés is. Ha a kondenzátor és az elpárologtató ventilátorainak is szabályozott a hajtása, akkor a mindenkori környezeti hőmérséklethez legjobban illeszkedő, legnagyobb jósági tényezőjű (COP) munkapontot tudja mindig felvenni a rendszer. A teljesen elektromos klíma előnye lehet, hogy az egyre több helyen kiépítésre kerülő töltőoszlopokon végállomásokon várakozáskor is tisztán működhet a buszok hűtése-fűtése, legyenek azok dízel, CNG vagy hibrid hajtásúak, illetve jobban ki tudja használni a fékezéskor keletkező többlet energiát, ha van ami megtermelje. A hagyományos dízelmotorról ékszíjjal hajtott egyszerű rendszerhez képest legkevesebb 25, de inkább 50%-kal is kisebb energiafogyasztása van az ilyen klímáknak. Hátrányuk és elterjedésüknek a gátja a hagyományos buszokon az egyszerűbb klímákhoz képest kétszámjegyű százalékkal magasabb beszerzési áruk.

A hűtési cikksorozatunkat egy idei teszttel folytatjuk...

A bejegyzés trackback címe:

http://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr4812699881

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

Nincsenek hozzászólások.