Problém udržování příjemné teploty v prostoru pro cestující automobilu nastal na úsvitu automobilového průmyslu. Aby se zahřáli, používali motoristé kompaktní kamna na dřevo a uhlí, plynové lampy. K ohřevu byly použity dokonce i výfukové plyny. S rozvojem technologie se však začaly objevovat pohodlnější a bezpečnější systémy, které mohou během cesty zajistit příjemné klima. Dnes tuto funkci plní ventilační, vytápěcí a klimatizační systém vozidla – HVAC.

Rozložení vnitřní teploty

V horkých dnech se tělo vozu na slunci velmi zahřívá. Z tohoto důvodu teplota v prostoru pro cestující výrazně stoupá. Pokud teplota venku dosáhne 30 stupňů, pak uvnitř vozu mohou naměřené hodnoty vystoupit až na 50 stupňů. V tomto případě jsou nejvíce zahřáté vrstvy vzdušných hmot v zóně umístěné blíže ke stropu. To způsobuje zvýšené pocení, zvýšený krevní tlak a nadměrné teplo v oblasti hlavy řidiče.

distribuce-tepl

Pro vytvoření nejpříznivějších podmínek pro cestu je nutné zajistit opačný vzor rozložení teploty: když je vzduch v oblasti hlavy o něco chladnější než v nohou řidiče. Systém HVAC pomůže zajistit toto zahřátí.

Návrh systému

Modul HVAC (vytápění, ventilace a klimatizace) obsahuje tři samostatná zařízení najednou. Jedná se o systémy vytápění, větrání a klimatizace. Hlavní funkcí každého z nich je udržování pohodlných podmínek a teploty vzduchu v interiéru vozidla.

hvac

Volba jednoho nebo druhého systému závisí na klimatických podmínkách: v chladném období je aktivován topný systém, v horkých dnech je v autě zapnutá klimatizace. Větrání zajišťuje čerstvý vzduch uvnitř.

Topný systém v autě zahrnuje:

  • směšovací ohřívač;
  • odstředivý ventilátor;
  • vodicí kanály s tlumiči.

Vyhřívaný vzduch proudí k čelnímu sklu a bočním oknům, stejně jako k obličeji a nohám řidiče a spolujezdce. Některá vozidla mají také vzduchové kanály pro cestující vzadu. Kromě toho se k zahřívání zadních a čelních skel používají elektrická zařízení.

Ventilační systém pomáhá ochladit a vyčistit vzduch v autě. Během ventilace jsou zapojeny hlavní prvky topného systému. Dále se používají čisticí filtry, které zachycují prach a cizí pachy.

Konečně, klimatizace schopen ochladit vzduch a snížit vlhkost v autě. Pro tyto účely se používá klimatizace automobilu.

mlžení skla

Systém HVAC umožňuje nejen zajistit příjemnou teplotu, ale také potřebnou viditelnost, když mohou okna vozidla zamrznout nebo zamlžit.

Jak vzduch vstupuje do kabiny

K vytápění, klimatizaci nebo ventilaci prostoru pro cestující se používá vzduch, který vstupuje do interiéru během pohybu vozidla přívodem k tomu určeným. V této oblasti se vytváří vysoký tlak, který umožňuje proudění vzduchu dále do potrubí a poté do ohřívače.

READ
Proč potřebujete v domě druhé světlo?

Pokud je vzduch používán k ventilaci, jeho přídavné topení se neprovádí: do prostoru pro cestující vstupuje ventilačními otvory na středovém panelu. Vnější vzduch je předčištěn pylovým filtrem, který je také instalován v modulu HVAC.

shema hvac

Zařízení a princip činnosti automobilových kamen

Vyhřívání prostoru pro cestující se provádí pomocí chladicí kapaliny motoru. Bere teplo z běžícího motoru a procházející chladičem jej přenáší do interiéru vozu.

Konstrukce ohřívače automobilů, lépe známá jako „kamna“, se skládá z několika základních prvků:

  • chladič;
  • potrubí pro cirkulaci chladicí kapaliny;
  • regulátor průtoku tekutiny;
  • vzduchové kanály;
  • tlumiče;
  • fanoušek.

Radiátor topení je umístěn za palubní deskou. Zařízení je připojeno ke dvěma trubkám, které přenášejí chladicí kapalinu uvnitř. Jeho cirkulace prostřednictvím chlazení vozidla a vnitřního vytápění je zajištěna čerpadlem.

Jakmile se motor zahřeje, nemrznoucí směs absorbuje teplo, které z něj vychází. Poté ohřátá kapalina vstupuje do radiátoru kamna a ohřívá ji jako baterie. Dmychadlo topení současně fouká studený vzduch. Výměna tepla probíhá opět v systému: ohřátý vzduch prochází dále do prostoru pro cestující a chladnější hmoty chladí chladič a nemrznoucí směs. Poté chladicí kapalina proudí zpět k motoru a cyklus se znovu opakuje.

V prostoru pro cestující řidič reguluje směr proudění ohřáté přepínáním klapek. Teplo může být směrováno na obličej nebo nohy motoristy a také na čelní sklo automobilu.

Pokud zapnete kamna se studeným motorem, povede to k dalšímu chlazení systému. Rovněž se zvýší vlhkost v kabině, okna se začnou zamlžovat. Proto je důležité topení zapnout až poté, co se chladicí kapalina zahřeje na nejméně 50 stupňů.

Recirkulace vzduchu

Vzduchový systém automobilu může nasávat vzduch nejen z ulice, ale také zevnitř vozu. Vzduchové hmoty jsou poté klimatizací ochlazovány a vzduchovými kanály přiváděny zpět do prostoru pro cestující. Tento proces se nazývá recirkulace vzduchu.

Recirkulaci lze aktivovat pomocí tlačítka nebo spínače umístěného na palubní desce vozidla.

recirk

Režim recirkulace vzduchu umožňuje snížit teplotu v prostoru pro cestující rychleji, než když nasáváte vzduch z ulice. Vnitřní vzduch prochází chladicí jednotkou opakovaně a pokaždé se ochlazuje stále více. Ze stejného principu lze auto zahřát.

Recirkulace je obzvláště důležitá pro lidi, kteří jsou citliví na prach z vozovky, pyl a jiné alergeny zvenčí. Vypnutí přívodu vzduchu z ulice může být také nutné, pokud před vámi jede staré nákladní vozidlo nebo jiné vozidlo, ze kterého vychází nepříjemný zápach.

Je však důležité vzít v úvahu, že recirkulace zcela eliminuje výměnu vzduchu s okolím. To znamená, že řidič a cestující budou muset dýchat omezené množství vzduchu. Proto se nedoporučuje používat tento režim dlouhodobě. Odborníci radí omezit se na 15minutový interval. Poté je třeba připojit přívod vzduchu zvenčí nebo otevřít okna v autě.

READ
Jak hluboko by měly být zakopány plotové sloupky?

Jak funguje řízení klimatu

Řidič může ovládat topení nebo chlazení vzduchu v prostoru pro cestující ručním nastavením režimů připojením klimatizace. U modernějších vozidel udržuje systém klimatizace nastavenou teplotu uvnitř vozu. Zařízení integruje klimatizaci, topné bloky a systém přívodu ohřátého nebo chlazeného vzduchu. Ovládání klimatizace je řízeno čidly instalovanými v kabině a na jednotlivých prvcích systému.

Například nejjednodušší klimatizační jednotka je vybavena minimální sadou senzorů, které zahrnují:

Topení, ventilace a klimatizace jsou jedním z důležitých prvků, které zajišťují pohodlí řidiče v každém ročním období. U nejvíce rozpočtových vozidel je jednotka HVAC představována pouze systémem vytápění a ventilace vzduchu. U většiny automobilů se k jejich počtu přidává klimatizace. A konečně, moderní modely jsou vybaveny systémem klimatizace, který automaticky reguluje teplotu uvnitř kabiny.

Nejprve musíme pochopit, co je HVAC a jak se tato podivná zkratka vztahuje na každého z nás. HVAC (Heating, Ventilation, & Air Conditioning) – technologie systémů pro udržení nezbytných požadavků na teplotu, vlhkost a čistotu vzduchu. Tato definice je jistě použitelná pro jakýkoli uzavřený prostor, který implikuje přítomnost lidí, zvířat, rostlin, včetně interiérů jakýchkoli vozidel. Také různá zařízení a umělecké předměty se neobejdou bez provozu podobných systémů. V ruštině není HVAC nic jiného než HVAC, známé také jako systémy vytápění, ventilace a klimatizace. Na základě dekódování samotné zkratky můžete určit hlavní sadu funkcí, které tyto systémy vykonávají.

Vzduchotechnické systémy se dělí podle principu umístění na centrální a lokální. Centrální jsou obvykle umístěny mimo místo a dodávka chlazeného/ohřátého vzduchu nebo vody se provádí pomocí potrubních systémů. Lokální systémy mohou být umístěny jak v bezprostřední blízkosti, tak uvnitř budov či jednotlivých areálů. Radiátory v obytných budovách, bytech, kancelářích, klimatizace instalované ve stejných domech nebo na pracovištích jsou nejjednoduššími příklady komponent systému HVAC. Tento seznam lze doplnit o různé fancoilové jednotky, ventilační systémy, zvlhčovače a odvlhčovače, ionizátory a dokonce i vytápěné podlahy (elektrické i vodní). Organizace systému HVAC nemusí zahrnovat vše výše uvedené. Hlavním úkolem těchto zařízení v různých kombinacích a uspořádáních je udržovat parametry vzduchu v požadovaných mezích.

O jakých parametrech se bavíme? Teplota? Vlhkost vzduchu? Seznam parametrů, které je třeba posuzovat při navrhování takových systémů, není omezen pouze na tyto parametry. Existuje soubor šesti základních faktorů pro udržení komfortního stavu v jakémkoli uzavřeném prostoru. Začněme prvními čtyřmi: teplota vzduchu, teplota sálání, rychlost vzduchu a vlhkost. Pokud je vše s teplotou vzduchu docela jednoduché a jasné, pak podrobněji zvážíme další tři parametry.

READ
Jak vyhoří varistor?

S jistotou víme, že každé zahřáté těleso je schopno vyzařovat teplo do okolí (přečtěte si článek „Proč je výpočet konjugovaného přenosu tepla tak důležitý?“). Teplota tohoto záření výrazně ovlivňuje teplotu vzduchu v místnosti, v jejích jednotlivých zónách, a také přímo ovlivňuje, jak člověk v dané místnosti teplo získává nebo ztrácí. Sluneční paprsky pronikající oknem a teplé radiátory – tyto zdroje tepla mají rozhodně vliv na téměř každou místnost.

První jasný příklad toho, jak rychlost vzduchu v místnosti ovlivňuje celkový pocit pohodlí: představte si malou kancelářskou místnost, přibližně 30-40 metrů čtverečních, ve které pracuje 7 lidí u počítačů. 2-3 hodiny po začátku pracovního dne většina dospěje k závěru: “Je dusno, pojďme se nadechnout!”

S minimálním prouděním vzduchu do místnosti vzniká pocit „stagnace“ a „dusna“, což přirozeně negativně ovlivňuje výkon a celkovou kondici člověka. Na druhou stranu několik otevřených oken v režimu „větrání“ může zvýšit rychlost pohybu vzduchu uvnitř místnosti, což výrazně ovlivní nucené proudění tepla od člověka do okolí a pocítíme průvan. Tento efekt je zvláště patrný v chladném období.

Vlhkost vzduchu na jedné straně není nejsložitějším parametrem v našem komfortním vzorci, ale abyste ji udrželi v komfortních nebo stanovených mezích, musíte vynaložit velké úsilí. Optimální hranice vlhkosti v místnosti pro pohodlný pobyt člověka je stanovena na 40 – 70%. Vysoké hodnoty relativní vlhkosti vzduchu zabraňují odpařování potu z lidské pokožky a příliš nízké hodnoty mohou vést k pocitu sucha, který postihuje především sliznice. Myslím, že mnoho lidí zná pocit sucha v nose, nepříjemného svědění a podobně.

Navzdory skutečnosti, že většina příkladů je uvedena v souladu s pocitem pohodlí specificky pro člověka, tyto parametry ve zcela jiných mezích a předpokladech platí i pro přítomnost zvířat, rostlin, různých zařízení a uměleckých předmětů v pokoj.

Podívali jsme se na čtyři hlavní faktory. Zbývající dva jsou ty parametry, které přímo souvisejí s lidmi a v některých případech platí i pro zvířata.

Tepelný odpor oděvu přímo ovlivňuje udržení komfortu člověka v podmínkách prostředí v interiéru nebo v dopravě. Příliš mnoho oblečení může být hlavní příčinou tepelného stresu, i když prostředí není považováno za teplé nebo horké. Naopak, pokud oděv dostatečně neizoluje, může dojít k podchlazení a někdy i vážnějším poraněním v důsledku omrzlin končetin.

READ
Jak správně chodit po plechové střeše?

V neposlední řadě je to metabolismus. Čím více se pohybujeme, čím více fyzické aktivity je zapojeno do našich aktivit, tím více tepla produkujeme. Tělo musí toto teplo odvádět do okolí. Tedy i vsedě u stolu, při minimální fyzické aktivitě, ohříváme vzduch kolem sebe tělesným teplem. Metabolická rychlost ve skutečnosti popisuje rychlost, kterou se chemická energie přeměňuje na teplo a na mechanickou práci metabolickou aktivitou v těle. Například člověk jdoucí rychlostí 5 km/h vyzařuje z povrchu těla teplo 110 W/m2. Sedavé zaměstnání (kancelář, práce na dálku z domova, škola, univerzita) způsobuje, že naše tělo vydává přibližně 70 W/m2 tepla.

Nyní zkuste spojit všechny tyto parametry do jediného matematického modelu. Jak zohlednit vše najednou? I při použití průměrování a zjednodušení nevypadá úkol triviálně a vyžaduje seriózní výpočty. Vezměme si opět všem známý příklad – výlet autobusem nebo mikrobusem v zimě nebo v létě.

Pokud není splněna jedna z podmínek pro správnou funkci klimatizace, která mimochodem řídí všechny ventilační, filtrační, chladicí nebo topné systémy, výlet se změní v přežití. Jediná myšlenka, když je topení ve vlaku, autobusu nebo autě zapnuté na maximum, je rychle se dostat do cíle a dostat se odsud, nadýchat se čerstvého vzduchu. Nebo situace s otevíráním okna v letních vedrech. Někdo řekne otevřít okno víc, jiný bude neustále cítit průvan. To vše se děje v důsledku místních změn rychlosti proudění a teplotních gradientů.

Takové situace vznikají vzájemným vlivem všech faktorů komfortu. Při navrhování pracovních prostorů a jakéhokoli druhu dopravy by se proto měly používat modelovací a výpočetní nástroje pro systémy HVAC. Kombinace výše popsaných faktorů, jakož i zohlednění různých lékařských požadavků, umožňují specialistům předvídat a simulovat různé situace pomocí nástrojů inženýrské analýzy. Některé matematické modely umožňují předem odhadnout takový parametr, jako je předpokládané procento nespokojených s kvalitou životního prostředí, a v rané fázi návrhu určit, jaké procento lidí ve vagónu bude horké a kdo a kde bude neustále foukat.

Přístup využívající inženýrskou analýzu má pozitivní vliv na podmínky pobytu a udržení komfortního stavu člověka na pracovišti, doma, v dopravě, obchodních centrech, zdravotnických zařízeních a dalších veřejných místech.