Dlaczego pojazdy elektryczne mają pompę ciepła? Czy jej potrzebują?
Kluczowe wnioski
Pojazdy elektryczne wyposażone w pompy ciepła mogą osiągnąć wyższy poziom wydajności, jeśli chodzi o ogrzewanie wnętrza, ponieważ są w stanie pobierać energię cieplną ze źródeł zewnętrznych i wykorzystywać ją do ogrzewania zarówno przedziału pasażerskiego, jak i akumulatora, zwiększając w ten sposób ich zdolność operacyjną w chłodniejszych miesiącach.
Wdrożenie technologii pomp ciepła nieuchronnie skutkuje zwiększoną złożonością i odpowiadającymi jej wydatkami, jednak oczywiste jest, że pojazdy elektryczne wyposażone w pompy ciepła wykazują niższe ogólne obciążenie związane z konserwacją w porównaniu do ich odpowiedników napędzanych benzyną.
W regionach charakteryzujących się wyższymi temperaturami zimowymi, takimi jak te doświadczane w niektórych klimatach, wykorzystanie pompy ciepła w pojeździe elektrycznym może być szczególnie korzystne ze względu na jej zdolność do wydajnego ogrzewania wnętrza kabiny pojazdu i zapewnienia dodatkowych możliwości ogrzewania podczas dłuższych okresów zimnych warunków pogodowych.
Pompy ciepła stają się coraz bardziej popularne ze względu na ich zdolność do ogrzewania domów, suszenia odzieży, a nawet zasilania pojazdów elektrycznych. Jednakże, jeśli chodzi o samochody elektryczne, pompy ciepła mogą być uważane za funkcję dodatkową, co rodzi pytanie, czy są one warte dodatkowych wydatków.
Co to jest pompa ciepła?
Większość gospodarstw domowych posiada urządzenie chłodnicze, powszechnie nazywane lodówką, które działa w oparciu o cykl sprężania z udziałem czynnika chłodniczego. Po wejściu do urządzenia gaz jest przenoszony do sprężarki, która działa jako rodzaj pompy. Urządzenie to spręża gaz, powodując jego skroplenie, jednocześnie odprowadzając ciepło do otoczenia. Następnie ciekła substancja przemieszcza się w kierunku wężownicy parownika, gdzie przechodzi przemianę fazową, powracając do stanu gazowego poprzez pochłanianie energii cieplnej z otoczenia. Warto zauważyć, że proces ten zachodzi w samej lodówce, a parownik usuwa ciepło z wnętrza urządzenia.
Pompa ciepła działa według identycznej sekwencji, ale wykorzystuje inny mechanizm. Użytkownik czerpie przyjemność z ciepła emitowanego przez skraplacz.
Jak działa pompa ciepła w pojeździe elektrycznym
Pompa ciepła pojazdu elektrycznego pobiera powietrze z zewnątrz samochodu, kierując je przez sprężarkę. Następnie system przenosi energię cieplną rozproszoną przez skraplacz do kabiny pasażerskiej, ogrzewając w ten sposób otaczającą atmosferę w pojeździe. Alternatywnie, ciepło może zostać wykorzystane do ogrzania akumulatora samochodu, który również nie znosi niskich temperatur.
Typowy pojazd elektryczny (EV) nie wykorzystuje pompy ciepła do celów grzewczych. Zamiast tego wykorzystuje metodę znaną jako ogrzewanie rezystancyjne, która polega na przepuszczaniu prądu elektrycznego przez materiał o wysokiej rezystancji, powodując wytwarzanie ciepła przez tarcie. Podejście to okazuje się bardzo skuteczne, ponieważ cała zużyta energia elektryczna jest przekształcana bezpośrednio w energię cieplną. Jednak pompa ciepła oferuje lepszą alternatywę, przenosząc ciepło z jednego obszaru do drugiego, zużywając przy tym mniej energii w porównaniu do ilości generowanej przez ogrzewanie rezystancyjne.
Pompa ciepła zwiększa zasięg w zimie
Image Credit: Bertel King/All Things N
Pojazdy elektryczne (EV) nie są odporne na wyzwania związane z zimnymi warunkami pogodowymi, ponieważ ich zasięg ma tendencję do zmniejszania się w miesiącach zimowych w porównaniu z cieplejszymi porami roku. Podczas gdy podobne zmniejszenie wydajności występuje w przypadku tradycyjnych samochodów napędzanych benzyną ze względu na niższą efektywność paliwową w niższych temperaturach, kwestia ta może być bardziej wyraźna w przypadku pojazdów elektrycznych, ponieważ zazwyczaj wykazują one ograniczony dystans jazdy na jednym ładowaniu. W związku z tym kierowcy pojazdów elektrycznych mogą odczuwać zwiększony niepokój związany z zasięgiem wynikający z obaw o lokalizację dostępnej infrastruktury ładowania, co może dodatkowo zaostrzyć ograniczenia zasięgu wynikające z niskiej temperatury otoczenia.
Pompa ciepła skutecznie zmniejsza zasięg pojazdu w chłodniejszych porach roku, biorąc pod uwagę, że akumulatory litowo-jonowe wykazują zmniejszoną wydajność w niskich temperaturach. W konsekwencji, zasięg osiągalny zimą jest ograniczony w porównaniu do cieplejszych okresów. Jednakże, wykorzystując mniejszą moc elektryczną do ogrzania kabiny pasażerskiej samochodu i akumulatora, zwiększona ilość energii pozostaje dostępna do celów napędowych. Dlatego też, jeśli mamy do wyboru jednostkę wyposażoną w pompę ciepła lub taką, która nie posiada takiej funkcji, ta pierwsza byłaby w stanie pokonać nieco większe odległości na jednym ładowaniu przed koniecznością doładowania w okresie zimowym.
Pompy ciepła wiążą się z dodatkowymi kosztami
Zwiększona złożoność systemów pomp ciepła w pojazdach jest jednym z głównych powodów, dla których mają one wyższą cenę w porównaniu z tradycyjnymi samochodowymi systemami chłodzenia. Ta dodatkowa złożoność wynika z obecności dodatkowych komponentów, co wymaga większego wysiłku produkcyjnego, a także zwiększonego prawdopodobieństwa nieprawidłowego działania ze względu na samą liczbę poszczególnych części. Pomimo tego, pojazdy elektryczne generalnie wykazują niższe koszty utrzymania w porównaniu do swoich benzynowych odpowiedników.
W wielu przypadkach pompy ciepła są zintegrowane jako systemy uzupełniające, a nie jako główne źródło ciepła. Pozwala to na awaryjne ogrzewanie w sytuacjach, gdy temperatury zewnętrzne mogą być niewystarczające do pracy. Z technicznego punktu widzenia pompę ciepła można uznać za dodatkową funkcję, która zwiększa ogólną wydajność systemu ładowania.
Czy Twój pojazd elektryczny potrzebuje pompy ciepła?
Skuteczność pompy ciepła w zapewnianiu ciepła w dużej mierze zależy od położenia geograficznego. W regionach, w których występują opady śniegu, inwestycja w pojazd elektryczny wyposażony w pompę ciepła staje się koniecznością, nawet jeśli grzejnik rezystancyjny może wymagać aktywacji w wyjątkowo niskich temperaturach. Co więcej, nawet w obszarach, w których temperatury zimowe utrzymują się powyżej zera, ale nadal są na tyle chłodne, że wymagają okrycia warstwowego, korzystanie z pompy ciepła może okazać się korzystne.
W przypadkach, gdy dotkliwość warunków zimowych jest minimalna, a działanie systemu grzewczego jest rzadkie, potencjalne oszczędności kosztów związane z wykorzystaniem mieszanek biodiesla można uznać za nieistotne. W takiej sytuacji rozsądniej jest zrezygnować z takiego paliwa, zwłaszcza jeśli pojazd jest kompatybilny z alternatywnymi opcjami.