Климатические установки для авто
Как это работает: климат-контроль
Выясняем, каким образом устроен климат-контроль и в чем его преимущества над обычным кондиционером.
Как это работает: климат-контроль
Многие водители и пассажиры, наверное, обращали внимание, что если в машине, оснащенной кондиционером, включить режим охлаждения воздуха, то через какое-то время в салоне станет неестественно холодно. Обратную ситуацию можно заметить и с работающей печкой — когда через определенное время в автомобиле вместо теплого климата образуется «Ташкент». Все дело в том, что обычные кондиционер и печка не умеют измерять температуру в салоне и с упрямством осла будут работать с неизменным напором, пока водитель вручную не сбавит обороты вентилятора и не прикроет воздушную заслонку.
Климат-контроль же лишен таких недостатков — водителю достаточно задать нужную температуру (комфортными условиями для человека считаются 22-24 градусов по Цельсию) и забыть о нем, поскольку «погода» в машине будет поддерживаться автоматически. Каким же образом достигается такая благодать? Вот тут как раз резонно обратиться к устройству климат-контроля. Простыми словами, инженеры подружили между собой кондиционер и печку (отопитель), научив их работать сообща, а кроме этого установили внутри машины датчики, которые и помогают поддерживать столь желанное постоянство. Как только датчики фиксируют, что температура в салоне начинает падать, то задействуется печка, а когда становится жарко — на первый план выходит кондиционер. При детальном рассмотрении устройство и принципы работы «среднестатистического» климат-контроля, понятное дело, окажутся несколько сложнее.
В упрощенном варианте работа климат-контроля осуществляется следующим образом: воздух с улицы нагнетается вентилятором в испаритель (один из ключевых элементов кондиционера), в котором он охлаждается и сушится. Затем воздушный поток направляется в печку, в которой он прогревается и затем подается в салон. Таким образом, основной задачей климат-контроля является смешивание холодного и теплого воздуха, чтобы он отвечал заданной водителем или пассажирами температуре.
Что задействовать в тот или иной момент (кондиционер или печку) климат-контроль решает не только основываясь на показаниях температурных датчиков в салоне, но и с оглядкой на температуру воздуха за бортом. Тут ему на помощь приходит датчик наружной температуры. То есть, если на улице мороз, то комфортный климат в салоне будет создавать отопитель, а если жара — то кондиционер. Другими словами, установив однажды нужную температуру, и летом, и зимой она будет поддерживаться автоматически.
Каждый климат-контроль имеет свой алгоритм работы, совершенство которой будет зависеть от количества датчиков, потенциометров заслонок, воздуховодов, программного обеспечения. Например, в морозный период простые системы могут сразу направить в салон прохладный воздух, в то время как более продвинутые климатические установки сперва направят поток на стекла, чтобы они оттаяли и не запотевали, а потом по мере прогрева двигателя направят его в ноги и только лишь по достижению заданной комфортной температуры — в область лица. Более того, дорогие системы могут даже учитывать интенсивность солнечного излучения, влажность, а также анализировать качество забираемого с улицы воздуха, активируя в случае его загрязнения режим внутренней рециркуляции.
В режиме Auto электроника самостоятельно решает куда, с какой силой и какой температуры гнать воздух. Для достижения заданной водителем или пассажирами температуры зачастую потребуется определенное время, которое будет зависеть от уличной температуры. Современные климатические установки позволяют выбрать температуру от 14 до 28 градусов Цельсия.
Климат-контроль бывает одно-, двух- (можно установить разную температуру для водителя и переднего пассажира), трех- и даже четырехзонным. В последних двух вариантах создать свой индивидуальный микроклимат могут и задние пассажиры.
Советы по выбору климат-контроля
Если у вашей второй половинки другие температурные предпочтения, то безусловно есть смысл выбрать двухзонный климат-контроль. На самом деле, в современных машинах именно такие зачастую и устанавливают. Тут нужно не забыть поинтересоваться о максимально допустимой разнице температур. Иногда климатические установки не позволят установить для водителя, к примеру, 17 градусов, а для переднего пассажира — 25. Порой максимально возможная разница составляет 2-3 градуса по Цельсию. То есть если водитель установит 21 градус, то пассажир сможет лишь установить температуру в диапазоне между 18 и 24 градусами соответственно. Тем не менее, чем климатическая установка современней, чем она дороже, тем больше свободы получают как водитель, так и пассажир.
Кроме этого, стоит обратить внимание на количество температурных датчиков в салоне. Не секрет, что горячий воздух подымается вверх, в то время как холодный собирается в нижней части салона. Поэтому если датчик будет установлен, например, в крыше, то не исключен вариант, что вместо теплого воздуха на пассажиров будет подаваться холодный. Все дело в том, что расположенный сверху датчик будет считать, что салон прогрет до необходимой температуры, хотя на самом деле это не так. Системы, у которых датчики температуры установлены как снизу, так и сверху, понятное дело, будут работать гораздо совершенней. Компромисс — когда датчики устанавливаются непосредственно в передней панели, то есть по центру.
При выборе трех- или четырехзонного климат-контроля не лишним будет поинтересоваться, установлен ли сзади дополнительный блок отопителя/кондиционера. Нередко даже на автомобилях премиум-класса производители ограничиваются лишь дополнительным вентилятором, из-за чего в задней части салона растет погрешность между заданной и реальной температурами.
Современная климатическая установка на старый автомобиль
Многие задаются вполне логичным вопросом: Зачем в климате средней полосы России кондиционер если те 2 недели реальной жары в год, которые нам дарит природа, можно и попариться? Всё верно, если рассуждать о домашнем кондиционере. Однако, как бы странно это не звучало, в автомобиле нам кондиционер нужен против… шума!
Кондиционер позволяет ездить с закрытыми окнами круглый год и тем самым защищает наш комфорт от шума, создаваемого самим автомобилем, от шума других автомобилей на дороге и от потока набегающего воздуха и его шума.
Чем же плоха «печка» старого автомобиля низкого класса? Во-первых, регулировкой температуры. Регулировка потока жидкости краном слишком сильно и нелинейно зависима от режима работы двигателя. В промежуточных положениях крана регулировка либо не влияет вообще, либо можно «поймать» положение, при котором на холостых из печки будет поступать ледяной воздух, но при небольшой раскрутке двигателя жар дует «по полной». Для борьбы с этой проблемой, придумали регулировку температуры воздуха методом смешивания потоков горячего и холодного с помощью управляемой водителем заслонки. Это позволяет добиться достаточного постоянства температуры поступающего из отопителя воздуха. К сожалению, необходимость организации заслонки и обводного канала холодного воздуха сильно усложняет конструкцию отопителя, увеличивает его габариты и затрудняет компоновку. Но, под пухлыми торпедами современных автомобилей, такие печки размещаются. На современных автомобилях (в США с середины 80-ых, в Европе и Японии с этого же времени, но только на топовых моделях) регулировка осуществляется автоматически сервоприводом по показаниям датчиков температуры, расположенных в салоне, что позволяет сделать постоянной и температуру в салоне (а не температуру воздуха, выходящего из печки).
Но и это ещё не всё! Большинству из нас знакома ситуация, когда ноги мёрзнут, телу жарко и клонит в сон. Это от того, что человеческое тело устроено таким образом, что нам наиболее комфортно если температура в ногах выше чем на уровне тела градусов на 8. Более того, тёплый воздух в лице вызывает сонливость (страшная штука на дальняках). К сожалению, законы физики устроены наоборот: горячий воздух поднимается вверх под потолок, а там охлаждаясь о стёкла спускается вниз в ноги. Для борьбы с этим явлением в современных климатических установках, поток горячего воздуха (часть которого поступает в ноги а часть на лобовое и боковые стёкла) «рассекается» более холодным, который подаётся на уровне тела из дефлекторов на лицевой поверхности приборной панели. При чём, обратите внимание что на большинстве автомобилей с современными климатическими установками, боковых дефлекторов два: верхний дует горячим воздухом на боковое стекло (иногда этот дефлектор расположен прямо в дверной карте), а нижний более холодным на тело/лицо водителя и пассажира. Смешивание воздуха на лицевые дефлекторы осуществляется отдельной (от основного, горячего потока), также электронно-управляемой заслонкой.
К сожалению, в технических характеристиках автомобилей не указываются такие важные сведения как принципы работы климатической установки. В рекламных брошюрках скупо написано: «климат-контроль, столько-то зон», а в чём заключается «контроль» – просто в регулировке температуры или же там действительно распределяются потоки воздуха разной температуры по разной высоте и обеспечивают реальный комфорт? Это гораздо важнее чем «многозонность» климат-контроля, которая является типично маркетинговым трюком для развода «хомячков» на покупку автомобиля.
Забор воздуха из внешней среды необходим для работы системы отопления т.к. использование влажного воздуха из салона автомобиля (дыхание водителя и пассажиров, пары сохнущих ковриков итд) моментально приводит к запотеванию и обмерзанию стекол. Однако, вместе с воздухом во впуск попадает и вода (дождевая или просто из луж или во время мойки). Необходимо обеспечить её отсекание, сбор и слив под машину чтобы она, не дай бог, не попала на радиатор отопителя, в результате чего образуется пар и запотевают все стёкла.
Останавливает пыль, поступающую вместе с воздухом из внешней среды. Угольный фильтр также уменьшает запахи. Однако, следует учитывать, что реально воздух не очищается существующими на сегодняшний момент в автопроме системами фильтрации. Никакие фильтры, стоящие на современных автомобилях не обеспечивают даже намёка на соответствие воздуха в салоне автомобиля гигиеническим нормативам, действие которых не распространяется на автомобили. Бизнесу это не интересно т.к. не ведёт к увеличению продаж и поэтому этим никто не занимается. Особенно разрушительный вред вашему здоровью наносится в пробках, где нет набегающего воздуха, раздувающего загрязнения и отопитель нашего автомобиля практически напрямую всасывает выхлопные газы впереди стоящего. Особенно это касается легковых автомобилей, у которых забор воздуха находится ниже чем у грузовиков и внедорожников. Количество загрязнений в воздухе увеличивается в геометрической прогрессии с приближением к земле. Тем не менее, угольный салонный фильтр – вещь полезная т.к. как минимум уровень комфорта с ним увеличивается. Недостатков можно отметить два: Во-первых необходимость дополнительного компоновочного пространства, во-вторых фильтр создаёт сопротивление потоку воздуха и следовательно, требуется более мощный вентилятор.
Существуют два типа вентиляторов, которые применяются в климатических установках автомобилей: Осевой (обычный пропеллер) и центробежный («Беличье колесо»). В наше время на большинстве автомобилей применяется центробежный. Его основным недостатком является малая эффективность и при равной (с осевым) производительности, центробежный вентилятор имеет гораздо бОльшие габариты и гораздо бОльшую мощность электромотора (и, следовательно потребляемую электрическую мощность). Однако, работает он гораздо тише осевого вентилятора и посему, в климатической установке комфортного автомобиля, применение какого-либо вентилятора кроме центробежного, не имеет смысла. При изготовлении самодельной печки, следует учитывать, что вентилятор не должен дуть своим потоком напрямую на соты радиатора. Это может привести к тому, что подавляющее количество воздуха будет проходить через лишь небольшую часть рабочей поверхности радиатора и следовательно, гораздо меньше нагреваться. Необходимо подавать воздух на радиатора под углом или «из за угла» 🙂 так, чтобы он через него проходил только за счёт разницы давления воздуха, создаваемой вентилятором. Только в этом случае воздух через соты радиатора будет проходить равномерно. Очень важно обеспечить герметичность радиатора в корпусе, иначе сопротивление щелей может оказаться меньше чем сопротивление сот радиатора и существенная доля воздуха будет проходить мимо радиатора не нагреваясь.
Подводя итоги, как должна работать климатическая установка, можно сказать следующее:
Общее:
— Необходимо применять центробежный вентилятор
— Обеспечить улавливание и слив воды
— Обеспечить вытяжную вентиляцию с выходом воздуха наружу в зоне разряжения при движении и с клапаном, предотвращающим движение воздуха в обратном направлении.
В части отопления:
— Забор воздуха должен осуществляться из внешней среды и желательно через фильтр.
— Регулировка температуры в обоих контурах должна осуществляться методом смешивания горячего и холодного воздуха (желательно электронно-управляемой заслонкой по показаниям датчиков).
— Должно быть 2 контура: горячий и холодный (воздух из «холодного» контура тоже тёплый, но его температура ниже чем у воздуха из «горячего» контура). Датчик управления температурой «горячего» контура ставится в салоне (иногда их несколько, в разных точках), а датчик «холодного» контура – прямо в выходном дефлекторе т.к. холодный воздух непосредственным потоком направляется на тело водителя и пассажира.
— Воздух из «горячего» контура подаётся в ноги и на лобовое и боковые стёкла.
— Воздух из «холодного» контура подаётся на тело и лицо водителя и пассажира через дефлекторы на лицевой части приборной панели (торпеды).
— Материалы, применяющиеся в конструкции отопителя не должны создавать запахов при нагревании.
В части кондиционирования воздуха:
— Забор воздуха осуществляется из салона автомобиля (кондиционер сушит воздух и следовательно его работа не приводит к запотеванию стекол, за то на внутреннем воздухе он работает эффективнее плюс в меньшей степени попадают выхлопные газы и шинная пыль из внешней среды)
— воздух выпускается через обдув лобового стекла. В большинстве автомобилей, ещё и через лицевые дефлекторы, но существует мнение, что это опасно для здоровья.
Так что же делать самодельщику?
Вариант первый (самый дешевый и легко осуществимый в случае «схождения пасьянса») – найти донора с климатической установкой, которую возможно было бы вкомпоновать в наш автомобиль. Стоит рассмотреть как традиционное размещение установки под торпедой, так и вместо «бардачка» и даже под капотом или частично под торпедой и под капотом т.к. современные климатические установки по габаритам гораздо больше чем доступное компоновочное пространство под торпедой старых автомобилей. Тут самое сложное – подогнать забор наружного воздуха.
Второй вариант – на основе компонентов от донора изготовить собственную климатическую установку. Тут следует учитывать моменты:
— Испаритель кондиционера устанавливается до радиатора отопителя по ходу движения воздуха т.к. в некоторых режимах (отпотевание лобового стекла) они работают вместе.
— Испаритель должен быть ниже радиатора т.к. с него капает конденсат, плюс необходимо предусмотреть слив конденсата на улицу.
— Все заслонки лучше использовать заводские с их корпусными частями т.к. обеспечение их герметичности (в крайних положениях) в кустарных условиях крайне затруднительно.
— Вентилятор нужно использовать тоже вместе со своим корпусом «улиткой».
Простенький вариант установки кондиционера
Если предположим, нас устраивает родная печка и неохота особо заморачиваться, а лишь хочется дополнить автомобиль кондиционером, то есть «доступный вариант». Учитывая, что забор воздуха для кондиционирования осуществляется из салона автомобиля и отсутствует «привязка» к впуску воздуха из внешней среды, из климатической установки донора можно выудить лишь вентилятор и испаритель и установить их в любое удобное место под торпедой. Выход холодного воздуха врезать в канал подачи воздуха на лобовое стекло. Необходимо врезать в этот канал одну заслонку, которая бы в своих крайних положениях перекрывала бы этот канал по направлению к радиатору отопителя и по направлению к кондиционеру.
Правильно пользуемся современными климат-системами
Хорошо настроенная климатическая система ― инженерный шедевр. Учитываются даже такие нюансы, как используемая в то или иное время года одежда.
Правильный микроклимат в салоне автомобиля ― это не только вопрос комфорта. Если температура в кокпите повышается с 25 С° до 35, время реакции водителя увеличивается примерно на 20%. Например, фирма SEAT считает, что «перегретый» водитель опасен в той же степени, что и пьяный с содержанием алкоголя в крови 0,5 промилле. Кроме того, климатические системы помогают держать чистыми окна. Всё это вопрос не только уюта, но и безопасности.
Парадокс заключается в том, что мощности отопителей и кондиционеров достигают 8–10 кВт, тогда как для поддержания комфортной температуры человеческого тела необходимо в 50–100 раз меньше. Дело в том, что основную энергию приходится тратить на нагрев или охлаждение самого автомобиля, в частности элементов интерьера. Около трети поверхности тела пассажира соприкасается с сиденьем ― именно поэтому подогрев или вентиляция (охлаждение) сидений при малых затратах энергии дают большой эффект. Но климатическая система в любом случае должна подавать в салон не менее пяти-десяти кубометров воздуха в минуту, в зависимости от размера машины.
Считается, что в салоне наиболее комфортна температура от 18 до 22 С°. Это среднее значение, потому что ближе к полу должно быть на пять-восемь градусов теплее, чем в области головы. Такова физиология. Не зря бабушка надевала вам в детстве тёплые носки: греть надо прежде всего ноги. А охлаждать летом эффективнее всего грудь, спину и руки. Поэтому при отоплении основной поток горячего воздуха должен быть направлен вниз, а холодный напор летом ― в центральные дефлекторы. Кстати, с их помощью наиболее эффективно остывает и задняя часть салона.
Цифры, задаваемые вами на автоматическом климат-контроле, ― всего лишь некий условный индекс уюта, а не точная температура в градусах Цельсия. В разных частях света у людей свои привычки и представления о комфорте, и автопроизводители это учитывают. Одна и та же фактическая температура в салоне может соответствовать 20–22 «градусам», выставленным на пульте европейского автомобиля и 22–24 «градусам» ― в машине азиатского бренда. Поэтому пересев из Фольксвагена в Nissan, не удивляйтесь, что будете замерзать при привычной цифре «22» на дисплее.
Ручное управление направлением обдува ― тоже в некотором роде иллюзия. Даже если речь идёт об автомобиле с прямым механическим управлением «печкой», например, перевод рукоятки в положение «в ноги» означает лишь то, что вниз пойдёт основной поток. Десять-двадцать процентов воздуха всё равно будет подаваться на лобовое и боковые стёкла, чтобы они не запотевали, а разница температур между верхними и нижними слоями не стала дискомфортной. Сейчас почти все «печки» и «кондеи» достаточно мощны, а разница между плохими и хорошими системами заключена именно в нюансах подобных тонких настроек.
Раздельный климат-контроль ― безусловный плюс. Однако под одним и тем же названием скрываются системы разной степени совершенства. В бюджетных машинах можно индивидуально менять лишь температуру. Водитель, которому нужно разморозить боковые стёкла, неизбежно заберёт тепло от ног пассажиров. Продвинутые системы позволяют позонно управлять также направлением и интенсивностью обдува. И даже тонко настраивать разницу температур по слоям.
«Лицо» климат-контроля ― его пульт управления. Мы считаем, что он должен быть организован логично и рассчитан на руки в перчатках. Хорошо, когда даже в автоматическом режиме на дисплее показывается, куда и как дует климатическая система, а не просто горит Auto ― это спасает от лишних манипуляций. Для России особенно важно, чтобы легко было на ощупь включить рециркуляцию воздуха ― вероятность «упереться» на шоссе в дымящий КамАЗ или карбюраторный пазик, не имея возможности обогнать их на протяжении нескольких километров, очень велика. Спасение от сажи и вони в салоне ― только в закрытии заслонки рециркуляции.
Даже простейшие автоматические системы имеют датчик солнечной радиации, потому что когда солнечный свет попадает на кожу, наше восприятие температуры меняется. В более дорогих автомобилях таких датчиков может быть несколько. А ещё инфракрасные сенсоры запотевания стёкол (лобового и передних боковых), качества воздуха, содержания углекислого газа в салоне, информация от навигационной системы, например, о тоннелях… Продвинутые системы оценивают температуру в разных местах внутри блока HVAC. В общем, температура в салоне на самом деле постоянно меняется ― но если климат-контроль настроен классно, мы этого не замечаем.
В большинстве автомобилей климат-контроли работают адекватнее, чем среднестатистический водитель, управляющий микроклиматом вручную. Я регулярно езжу в такси, и, по моим наблюдениям, лишь единицы шофёров понимают, что и как нужно делать. Самые распространённые ошибки ― подача горячего воздуха не в ноги, а вверх и полное отключение вентилятора. Недостаток воздухообмена и неправильное распределение температуры в салоне ― прямой путь к утомлению и той самой потере адекватного времени реакции. Смысла в выключении вентилятора ― ноль: климатическая система фактически перестаёт функционировать вовсе.
Поэтому самый важный совет: не мешай машине работать! Выставить комфортный индекс температуры, нажать кнопку Auto и ничего не трогать. Но сначала надо позволить автоматике работать максимально эффективно ― открыть все дефлекторы, не заслонять датчики и не открывать окна и люк. Правда, если нежарко и нет опасности запотевания стёкол, можно вручную отключить кондиционер. Многие современные компрессоры регулируются по производительности плавно и не увеличивают расход топлива так драматически, как было лет 20 назад. Однако физику не обманешь: несколько процентов роста расхода всё равно «кондей» даёт.
Современные блоки HVAC (Heating, Ventilation, Air conditioning) ― то есть собственно «комбайны», готовящие и поставляющие воздух в салон, ― рассчитаны на постоянное использование кондиционера. Понятие «кран печки» фактически ушло в прошлое ― на большинстве машин охлаждающая жидкость циркулирует в радиаторе отопителя и зимой, и летом. Порой отопитель последовательно «врезан» в малый круг системы охлаждения, через него проходит вся жидкость, и на морозе «печка» начинает греть раньше и сильнее. Так сделано даже на вазовских машинах. Но летом раскалённый радиатор, пусть и перекрытый заслонками, тоже частично подогревает забортный воздух ― и рука тянется к кнопке A/C.
Вообще, отапливать автомобиль проще не становится. Чем эффективнее и экологичнее оказываются современные двигатели, тем меньше тепла они отдают. Чтобы скорее протопить салон, приходится идти на хитрости ― играть опережением зажигания, использовать частичную рециркуляцию воздуха и более дорогие паяные радиаторы. Эффективны электрические догреватели, некогда применявшиеся только с холодными дизелями, а сейчас необходимые и для экономичных малообъёмных турбомоторов.
Это вовсе не спиральные ТЭНы, как у бабушки на даче, а так называемые PTC-резисторы, где PTC переводится с английского как «позитивный температурный коэффициент». Нагревательный элемент изготавливается из легированной поликристаллической керамики на основе титаната бария, а смысл в том, что его производительность сама меняется в зависимости от температуры. Работают они при температуре около 270 С°, а КПД может превышать 90%! Обычно в легковушках применяются PTC-догреватели мощностью около одного-полутора киловатт.
Чисто конструктивно блоки HVAC почти не меняются, но совершенствуются в мелочах. Например, работают всё тише и эффективнее ― благодаря бесщёточным электродвигателям вентилятора, установленным на мягких опорах, а также специальному покрытию дефлекторов. Системы старт-стоп вынуждают применять испарители кондиционера с термоаккумуляторами ― запаянными трубками с жидкостью, встроенными в соты: чтобы прохлада была доступна и какое-то время после выключения двигателя. Всё чаще используются дефлекторы, в которых можно менять не только направление и интенсивность потока, но и его «фокусировку».
Новые подходы появляются разве что в связи с распространением электромобилей. Здесь от климатики требуется экономичность. Пяти минут работы шестикиловаттного отопителя автомобиля Tesla Model S достаточно, чтобы «украсть» примерно три километра запаса хода. Вместо традиционных систем есть смысл использовать «тепловые насосы», то есть «кондиционер наоборот».
Экономить начинают даже в мелочах: автоматика активнее использует режим рециркуляции, чтобы не тратить энергию на приведение «в должный вид» воздуха с улицы. Есть системы, отключающие воздухообмен в тех или иных зонах кузова, если там никто не сидит. В целом ― хорошо, когда важные системы автоматизируются и забирают у водителя часть рутины. Проблема только в том, что полностью адекватные климатические установки встречаются разве что в премиальных сегментах. И дело не только в числе датчиков или мощности РТС-догревателя ― но и в настройках, и в опыте автопроизводителя. Поэтому нажимая кнопку Auto, не теряем бдительности.