Мобильная версияАвтобусный кондиционер ⇐ Васина Википедия
-
Автор темыwiki_en
- Всего сообщений: 102774
- Зарегистрирован: 16.01.2024
Автобусный кондиционер
«Кондиционирование воздуха в автобусах» — это специализированная инженерная дисциплина систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), предназначенная для поддержания комфорта пассажиров, качества воздуха в помещении|качества воздуха и механической надежности в автобусах большой вместимости|пассажирских транспортных средствах.
Сложность этих систем возросла с глобальным переходом на электромобили | электрические силовые установки, где блок HVAC больше не служит отдельной функцией комфорта, а функционирует как критический компонент интегрированного управления температурой электронных устройств и систем автомобиля | архитектуры управления температурой, напрямую влияя на безопасность батареи, рабочий диапазон и стоимость жизненного цикла.
== История ==
Развитие систем кондиционирования воздуха в автобусах началось задолго до практического применения парокомпрессионных циклов охлаждения | парокомпрессионных циклов на транспорте.
=== Ранние основы ===
Фундаментальная наука о механическом охлаждении восходит к середине 19 века, в частности, благодаря Джону Горри | доктору. Патент Джона Горри 1851 года на машину для производства льда.
Знакомство населения с механическим охлаждением ускорилось после Всемирной выставки в Луизиане | 1904 год в Сент-Луисе, где для очистки воздуха в здании штата Миссури использовались массивные холодильные установки. Однако применение этой технологии в движущихся транспортных средствах столкнулось со значительными инженерными препятствиями, в первую очередь связанными с плотностью мощности, виброустойчивостью и пространственными ограничениями. Ранние попытки охлаждения транспортных средств в 1930-х годах основывались на испарительном охладителе | испарительных «автомобильных охладителях», которые представляли собой внешние металлические блоки, в которых использовались пропитанные водой прокладки для снижения температуры воздуха — метод, эффективный только в пустынном климате | засушливом климате.
=== Первые мобильные системы ===
В 1934 году совместное предприятие Houde Engineering Corporation и Carrier Global|Carrier Engineering Corporation выпустило первый задокументированный прототип системы кондиционирования воздуха, предназначенной для автобусов.
=== Стандартизация ===
Послевоенный период ознаменовал переход автобусной системы отопления, вентиляции и кондиционирования от лабораторного прототипа к стандартному коммерческому предложению. Сан-Антонио, штат Техас, стал местом важной вехи в 1946 году, когда был представлен первый в мире городской автобус с кондиционером. Это достижение доказало, что климат-контроль может быть интегрирован в тяжелые циклы городского транспорта. Вскоре после этого в сегменте междугородных автобусов произошла революция с появлением в 1950-х годах модели Greyhound Lines|Greyhound Scenicruiser (PD4104), которая стала первым серийным автобусом для шоссейных дорог, оснащенным кондиционером и туалетом в качестве стандартного оборудования.
К 1953 году подразделение Harrison Radiator компании General Motors разработало революционную переднюю систему, которая полностью помещалась в моторном отсеке и приборной панели, устраняя необходимость в громоздких компонентах, установленных в багажнике. В автобусе GM New Look, дебютировавшем в 1959 году, использовалась конструкция с напряженной обшивкой, которая обеспечивала структурную жесткость, необходимую для поддержки установленных на крыше модулей HVAC без необходимости использования традиционных лестничных рам.
К 1953 году подразделение Harrison Radiator компании General Motors разработало революционную переднюю систему, которая полностью помещалась в моторном отсеке и приборной панели, устраняя необходимость в громоздких компонентах, установленных в багажнике. В автобусе GM New Look, дебютировавшем в 1959 году, использовалась конструкция с напряженной обшивкой, которая обеспечивала структурную жесткость, необходимую для поддержки установленных на крыше модулей HVAC без необходимости использования традиционных лестничных рам «кузов на раме».
== Принципы термодинамики ==
Техническая работа системы кондиционирования воздуха в автобусе основана на цикле охлаждения/сжатия пара, термодинамическом процессе, при котором хладагент циркулирует по замкнутому контуру, изменяя состояния для поглощения и выделения тепла.
=== Механика холодильного цикла ===
Цикл начинается с газового компрессора | компрессора, который является механическим сердцем системы. Компрессор получает газообразный хладагент низкого давления и низкой температуры и сжимает его в газ высокого давления и высокой температуры. Это сжатие концентрирует тепловую энергию внутри жидкости.
Затем газ поступает в конденсатор (теплообмен)|конденсатор, обычно расположенный на крыше или спереди автомобиля, где он отдает тепло окружающему воздуху посредством конвекции (теплообмен)|конвекции и конденсируется в жидкость под высоким давлением. После конденсации жидкий хладагент проходит через терморасширительный клапан|расширительный клапан (или устройство термического расширения). Этот компонент действует как измерительное отверстие, которое резко снижает давление хладагента, вызывая резкое падение температуры.
Холодная жидкость под низким давлением затем поступает в испаритель | змеевики испарителя, расположенные на пути воздушного потока в салоне автобуса. Когда теплый воздух в салоне продувается через эти змеевики, хладагент поглощает тепло, заставляя его снова испаряться в газ. Этот теплообмен охлаждает, а осушитель|осушает воздух перед его рециркуляцией пассажирам.
Эффективность этого цикла количественно определяется как коэффициент производительности (COP):
:COP = \frac{Q_L}{W_{in
Где Q_L — эффект охлаждения (тепло, отводимое из кабины), а W_{in} — работа, требуемая компрессором и вспомогательными компонентами. В современных автобусных системах достижение высокого КПД жизненно важно, особенно в электромобилях, где энергия для климат-контроля напрямую конкурирует с энергией, необходимой для движения.
=== Требования к тепловой нагрузке и мощности ===
Определение необходимой холодопроизводительности автобуса предполагает сложный расчет тепловой нагрузки. В отличие от легкового автомобиля, которому обычно требуется около 18 000 БТЕ/ч (1,5 тонны) охлаждения, стандартному 12-метровому транзитному автобусу требуется от 28 000 до 45 000 ккал/ч (от 35 до 50 кВт). Такая огромная мощность необходима для противодействия нескольким источникам тепла:
* '''Теплопроводность|Теплопроводность и тепловое излучение|Излучение:''' Теплопередача через металлический корпус автобуса и большие стеклянные «проемы дневного света» (DLO).
* '''Метаболическая нагрузка:''' Явное тепло|Явное и скрытое тепло|скрытое тепло, вырабатываемое от 50 до 100 пассажиров.
* '''Проникновение:''' Эффект «зацикливания дверей» в городском транспорте, когда двери открываются каждые несколько минут, что приводит к почти полной потере кондиционированного воздуха.
* '''Отходящее тепло:''' Тепло от собственного двигателя, трансмиссии и гидравлических систем автомобиля, которое излучается в кабину.
== Технические компоненты и проектирование ==
При проектировании компонентов системы отопления, вентиляции и кондиционирования автобусов применяется «сверхмощный» подход, подчеркивающий долговечность в условиях постоянной вибрации и воздействия окружающей среды.
=== Компрессоры ===
Компрессоры в сегменте автобусов классифицируются по механизму привода и внутренней конструкции. Поршневой компрессор | Поршневые компрессоры были традиционным стандартом для крупномасштабного охлаждения, но в современных приложениях они в значительной степени вытеснены спиральными и ротационными компрессорами. * '''Спиральный компрессор:''' Они обеспечивают превосходную надежность и более тихую работу, поскольку имеют меньше движущихся частей и обеспечивают непрерывный процесс сжатия.
* '''Компрессоры переменной производительности (VDC):''' В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания | двигателями внутреннего сгорания (ДВС) VDC могут регулировать свою мощность в зависимости от потребности, а не скорости вращения двигателя, что повышает топливную экономичность.
* '''Электрический инверторный компрессор|Инверторные компрессоры:''' Распространены в электрических автобусах (EV), они используют высоковольтную мощность постоянного тока (200–700 В) и могут точно соответствовать охлаждающей нагрузке, что имеет решающее значение для сохранения запаса хода батареи.
=== Конденсаторы и испарители ===
Конденсаторы и испарители по сути представляют собой теплообменники, оптимизированные для автобусной среды.
* '''Конденсаторы:''' Блоки, установленные на крыше, предпочтительнее при транспортировке, поскольку они защищены от дорожного мусора и тепла, хотя и увеличивают высоту автомобиля. Конденсаторы, установленные на юбке, легче обслуживать, но они подвергаются более суровым условиям.
* '''Испарители:''' Они классифицируются по методу распределения. Испарители со свободным обдувом подают воздух непосредственно в салон и чаще всего встречаются в небольших маршрутных и школьных автобусах. Канальные испарители распределяют воздух через сеть потолочных каналов с регулируемыми жалюзи, обеспечивая более однородную и премиальную среду для междугородних автобусов.
=== Системы управления ===
Современные шинные блоки HVAC интегрированы в электронную архитектуру автомобиля через шину CAN (сеть контроллеров). Это позволяет в режиме реального времени отслеживать давление в системе, температуру и коды ошибок непосредственно на приборной панели водителя. Усовершенствованные элементы управления используют датчики для регулировки скорости вращения вентиляторов и рабочих циклов компрессора в зависимости от занятости пассажиров, определяемой с помощью датчиков веса или оптических счетчиков, для оптимизации энергетической дисциплины.
== Конфигурации системы ==
Системы HVAC автобуса адаптированы к конкретной задаче транспортного средства.
=== Городские транзитные автобусы ===
Транзитные автобусы характеризуются высоким пассажирооборотом и бесперебойной работой. «Моноблок» или модуль на крыше является доминирующей конфигурацией в этом сегменте. Объединив испаритель и конденсатор в единый блок на крыше, производители могут максимально увеличить внутреннее пространство для пассажиров. Эти системы должны иметь высокую мощность «восстановления» для быстрого охлаждения салона после закрытия дверей. Для 12-метровых транзитных автобусов стандартная мощность охлаждения составляет 35–50 кВт, чтобы обеспечить удержание пассажиров и комфорт на городских островах тепла|городских островах тепла.
=== Междугородние и автобусы класса люкс ===
При дальних поездках комфорт пассажиров является приоритетом. В этих транспортных средствах обычно используются «сплит-системы» или модули, установленные сзади, которые изолируют механический шум от кабины. Воздух распределяется через верхние каналы багажника с индивидуальным управлением для пассажиров. Поскольку эти автобусы работают на стабильных скоростях шоссе, системы HVAC можно оптимизировать для обеспечения стабильной работы. Здесь иногда используются независимые системы с приводом от двигателя, чтобы гарантировать, что кондиционер остается полностью работоспособным, даже если главный двигатель работает на холостом ходу или испытывает большую нагрузку на уклонах.
=== Школьные и маршрутные автобусы ===
Школьный автобус|Школьные автобусы предъявляют уникальные требования, основанные на безопасности и простоте. В большинстве из них используются испарители со свободным обдувом, которые часто модернизируются или устанавливаются в передней и задней части кабины. Во многих регионах кондиционирование воздуха в школьных автобусах является новым стандартом, обусловленным проблемами со здоровьем во время сильной жары. В маршрутных автобусах, часто используемых для трансфера из аэропорта или отеля, обычно используются компактные блоки на крыше или конденсаторы, установленные на юбке, чтобы сохранить низкий профиль транспортного средства для свободного пространства в гараже.
=== Сочлененные и двухэтажные автобусы ===
Этим автомобилям большой вместимости требуется многозонное охлаждение. Сочлененный автобус | сочлененный автобус может иметь два отдельных агрегата на крыше — один для секции тягача и один для прицепа — для обеспечения равномерного охлаждения сочленения. Двухэтажный автобус|В двухэтажных автобусах часто используется вертикальная сплит-система с испарителями, расположенными как на верхнем, так и на нижнем этажах, питаемыми от централизованного компрессора высокой производительности.
== Источники энергии и интеграция силовой установки ==
Способ питания системы HVAC оказывает огромное влияние на эффективность транспортного средства и уровень выбросов.
* '''Системы с приводом от двигателя:''' В традиционных автобусах с дизельным двигателем компрессор кондиционера установлен на кронштейне в моторном отсеке и приводится поликлиновым ремнем, соединенным с коленчатым валом. Это механически просто, но имеет недостатки: мощность охлаждения зависит от оборотов двигателя, и система не может работать при выключенном двигателе.
* '''Независимые системы с приводом от двигателя:''' В некоторых больших автобусах используется небольшой специальный двигатель внутреннего сгорания (также известный как вспомогательный силовой агрегат | APU) для привода компрессора переменного тока, а также выработки электроэнергии для системы. Это гарантирует, что система климат-контроля работает на 100% мощности независимо от состояния основного двигателя. Несмотря на свою высокую эффективность, это дает значительные преимущества вес, требования к техническому обслуживанию и локализованные выбросы.
* '''Системы с электроприводом:''' Рост количества гибридных и полностью электрических автобусов привел к стандартизации систем HVAC с электрическим приводом. В этих устройствах используется высоковольтный двигатель постоянного тока | двигатели постоянного тока для привода компрессора, что обеспечивает полностью независимую работу от скорости автомобиля или состояния холостого хода. Эти системы очень эффективны, поскольку они могут использовать частотно-регулируемый привод | частотно-регулируемые приводы (VFD) для модуляции энергопотребления в зависимости от нагрузки.
== ОВиК в эпоху электрификации ==
Переход на аккумуляторный электробус | Аккумуляторные электрические автобусы (BEB) превратил систему HVAC из вспомогательной нагрузки в первичного потребителя энергии. В холодном климате обогрев кабины может сократить запас хода электробуса до 40%.
=== Проблема отопления ===
Двигатели внутреннего сгорания производят избыток отработанного тепла, которое легко использовать для обогрева кабины. Электродвигатели и аккумуляторы не обеспечивают достаточно тепла для обогрева салона большого автобуса зимой.
* '''Нагреватели PTC:''' В ранних электрических автобусах использовались электрические нагреватели сопротивления с положительным температурным коэффициентом (PTC). По сути, они на 100 % эффективны при преобразовании электроэнергии в тепло, но поскольку их коэффициент полезного действия равен 1,0, они чрезвычайно энергоемки.
* '''Тепловой насос|Тепловые насосы:''' Современные BEB используют технологию теплового насоса, коэффициент COP которой может составлять от 2,0 до 4,0 в зависимости от условий окружающей среды. Извлекая тепло из наружного воздуха и «перекачивая» его в кабину, тепловые насосы потребляют значительно меньше энергии, чем обогреватели PTC. Однако их эффективность падает, когда температура окружающей среды падает до -20°C, и для экстремальных условий часто требуется небольшой вспомогательный нагреватель PTC или обогреватель, работающий на топливе.
=== Осушение и безопасность ===
Основной проблемой для тепловых насосов для электрических автобусов является осушение. Традиционные системы кондиционирования воздуха осушают воздух как побочный продукт охлаждения. В режиме обогрева стандартный тепловой насос не удаляет влагу, что может привести к запотеванию лобового стекла — серьезной угрозе безопасности. Усовершенствованные системы BEB HVAC теперь оснащены встроенными циклами осушения, которые могут охлаждать воздух для удаления влаги, а затем немедленно нагревать его, используя рекуперированную энергию, прежде чем он попадет в кабину. name="ResearchGate" />
=== Встроенное управление температурным режимом и охлаждение аккумулятора ===
В электрическом автобусе система HVAC должна не только охлаждать пассажиров; он должен поддерживать тяговую батарею электромобиля|батарею в оптимальном рабочем диапазоне температур (обычно от 15°C до 35°C). Если температура литий-ионной аккумуляторной батареи превышает 40°C, ее деградация ускоряется; если она превышает 70°C, он попадает в зону риска термического побега|теплового побега.
* '''Прямое охлаждение хладагентом:''' В некоторых высокопроизводительных конструкциях хладагент переменного тока автомобиля подается непосредственно через теплообменники в аккумуляторном блоке. * '''Непрямое охлаждение жидкость-воздух:''' Большинство BEB используют вторичный контур охлаждающей жидкости (вода/гликоль) для охлаждения аккумулятора. «Чиллер»-теплообменник позволяет системе кондиционирования охлаждать этот вторичный контур.
* '''Рекуперация тепла:''' Усовершенствованные системы собирают отходящее тепло от аккумуляторной батареи и электрической трансмиссии (двигателей/инверторов) и используют его для дополнительного обогрева кабины зимой - процесс, известный как термическая очистка.
Инженеры сталкиваются с «тепловым конфликтом» во время пиковых летних работ. Система HVAC должна обеспечивать максимальное охлаждение пассажиров и одновременно рассеивать огромное количество тепла, выделяемого аккумулятором во время вождения с высокой нагрузкой или быстрой зарядки.
== Воздействие на окружающую среду и химия хладагентов ==
Воздействие кондиционеров в автобусах на окружающую среду является основной движущей силой текущих нормативных изменений. Этот след делится на прямые выбросы (утечки хладагента) и косвенные выбросы (использование энергии).
История хладагентов — это переход от высокоэффективных, но разрушающих озоновый слой веществ к альтернативам с низким ПГП (потенциалом глобального потепления).
* '''Дихлордифторметан|CFC-12:''' Использовался до середины 1990-х годов; высокий потенциал разрушения озона | ОРП и экстремальный ПГП (10 900). * '''1,1,1,2-Тетрафторэтан|HFC-134a:''' Действующий отраслевой стандарт. Он имеет нулевой ОРП, но высокий ПГП, равный 1430. Поскольку в автобусах наблюдается высокий годовой уровень утечек (13,3% для междугородных автобусов, 13,7% для городских автобусов), кумулятивное воздействие R-134a является значительным. * '''2,3,3,3-Тетрафторпропен|HFO-1234yf:''' Новый гидрофторолефин с ПГП менее 1. Он слабо воспламеняется (A2L), но становится стандартом для легких и некоторых средних режимов эксплуатации, поскольку его часто можно использовать в модифицированных архитектурах R-134a. * '''Углекислый газ|R-744 (CO2):''' Природный хладагент с ПГП 1. Он негорючий и высокоэффективный, особенно в режиме теплового насоса. Однако он работает при чрезвычайно высоком давлении (до 120 бар), что требует совершенно других компонентов системы и специальной подготовки технических специалистов.
Автобусы подвергаются постоянным механическим нагрузкам, что приводит к более высокому уровню «случайных» выбросов, чем стационарные системы. Вибрация от двигателя и дорожного покрытия часто вызывает усталость линий хладагента и уплотнений.
== Здоровье пассажиров, качество воздуха и безопасность ==
Система HVAC является основной защитой от загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением (TRAP), как для пассажиров, так и для водителей.
=== Охрана труда водителей ===
Водители автобусов подвергаются воздействию «гигиенически опасной» среды, включая шум, вибрацию и вредные примеси в воздухе салона. * '''Фильтрация:''' Высокоэффективные воздушные твердые частицы (HEPA) или многоступенчатые фильтры (фильтр предварительной очистки + активированный уголь | активированный уголь) необходимы для улавливания пыли, пыльцы и мелких частиц | твердых частиц (PM2,5).
* '''Накопление углекислого газа:''' В плотно закрытом салоне автобуса с более чем 50 пассажирами уровень CO2 может быстро превысить 1000 частей на миллион, что приводит к сонливости водителя и снижению когнитивных функций. * '''Формальдегид:''' Некоторые исследования выявили повышенный уровень формальдегида в салонах автобусов, вероятно, из-за внутренних материалов и клеев, что требует постоянного воздухообмена.
=== Комфорт пассажиров и качество езды ===
Комфорт определяется не только температурой; это сочетание влажности, скорости воздуха и вибрации.
== Нормативные стандарты ==
Автобусная индустрия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха регулируется строгим набором международных и региональных стандартов.
* '''Международная организация по стандартизации|ISO 10263 (окружающая среда оператора):''' Это основной стандарт для кабин тяжелых транспортных средств.
** «Часть 3.» Методы испытаний на герметичность — обеспечение поддержания в кабине положительного давления (обычно от 50 до 200 Па) для предотвращения попадания нефильтрованного наружного воздуха.
** «Часть 4:» Метод и характеристики испытаний HVAC — определение способа измерения вклада охлаждения и нагрева в камере с контролируемой температурой. * '''SAE International|SAE J639:''' «Библия безопасности» для систем MAC, охватывающая все: от фитингов для хладагента до предохранительных клапанов и требований к маркировке. * '''SAE J2842:''' Специально рассматривает критерии проектирования и сертификацию испарителей, использующих R-1234yf и R-744, гарантируя, что они могут выдерживать риски воспламенения и высокого давления. * '''Американская ассоциация общественного транспорта | Передовой опыт APTA:''' Американская ассоциация общественного транспорта (APTA) разрабатывает «рекомендуемые методы», которые транзитные агентства используют при написании спецификаций закупок.
== Мировой рынок и будущие тенденции ==
Рынок автобусов HVAC является быстрорастущим сектором, обусловленным урбанизацией в Азиатско-Тихоокеанском регионе и электрификацией автопарка в Европе и Северной Америке. В 2023 году рынок систем климат-контроля для автобусов оценивался примерно в 1,2–1,3 миллиарда долларов США, при этом прогнозы указывают на значительный рост, поскольку операторы общественного транспорта отдают приоритет тепловой надежности и энергетической дисциплине.
Ключевые игроки отрасли включают Thermo King (Trane Technologies), Valeo, Denso|Denso Corporation, Webasto|Webasto SE и Eberspächer. На региональном уровне Китай лидирует по темпам роста благодаря своему огромному парку электрических автобусов, а Европа продвигает инновации в области натуральных хладагентов.
=== Новые технологии ===
* '''Интеллектуальная система отопления, вентиляции и кондиционирования и Интернет вещей|IoT:''' Интеграция технологий Интернета вещей (IoT) позволяет осуществлять «предупредительное обслуживание», когда датчики обнаруживают микроскопические изменения вибрации или термического КПД, которые предшествуют выходу из строя компонента. Интеллектуальные системы также могут использовать данные GPS для "предварительного охлаждения" или "предварительного нагрева" автобуса в зависимости от топографии его предстоящего маршрута.
* '''Тепловые батареи''' Продолжаются исследования «тепловых батарей», которые будут заряжать тепловой резервуар (лед или материал с фазовым переходом | материал с фазовым переходом) с использованием дешевой энергии сети, пока автобус находится в депо, уменьшая потребление тяговой батареи в течение дня. * '''Природные хладагенты:''' В отрасли консенсус движется к природным хладагентам, таким как R-744 (CO2) и пропан|R-290 (пропан), в качестве долгосрочного решения, поскольку они невосприимчивы к будущим правилам поэтапного сокращения использования ГФУ.
== См. также ==
* ОВК
* Электробус
* Хладагент
* Автомобильный кондиционер
* Управление температурным режимом электронных устройств и систем
Автомобильные технологии
Отопление, вентиляция и кондиционирование
Автобусы
Экологичный транспорт
Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Bus_Air-Conditioner
«Кондиционирование воздуха в автобусах» — это специализированная инженерная дисциплина систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), предназначенная для поддержания комфорта пассажиров, качества воздуха в помещении|качества воздуха и механической надежности в автобусах большой вместимости|пассажирских транспортных средствах.
Сложность этих систем возросла с глобальным переходом на электромобили | электрические силовые установки, где блок HVAC больше не служит отдельной функцией комфорта, а функционирует как критический компонент интегрированного управления температурой электронных устройств и систем автомобиля | архитектуры управления температурой, напрямую влияя на безопасность батареи, рабочий диапазон и стоимость жизненного цикла.
== История ==
Развитие систем кондиционирования воздуха в автобусах началось задолго до практического применения парокомпрессионных циклов охлаждения | парокомпрессионных циклов на транспорте.
=== Ранние основы ===
Фундаментальная наука о механическом охлаждении восходит к середине 19 века, в частности, благодаря Джону Горри | доктору. Патент Джона Горри 1851 года на машину для производства льда.
Знакомство населения с механическим охлаждением ускорилось после Всемирной выставки в Луизиане | 1904 год в Сент-Луисе, где для очистки воздуха в здании штата Миссури использовались массивные холодильные установки. Однако применение этой технологии в движущихся транспортных средствах столкнулось со значительными инженерными препятствиями, в первую очередь связанными с плотностью мощности, виброустойчивостью и пространственными ограничениями. Ранние попытки охлаждения транспортных средств в 1930-х годах основывались на испарительном охладителе | испарительных «автомобильных охладителях», которые представляли собой внешние металлические блоки, в которых использовались пропитанные водой прокладки для снижения температуры воздуха — метод, эффективный только в пустынном климате | засушливом климате.
=== Первые мобильные системы ===
В 1934 году совместное предприятие Houde Engineering Corporation и Carrier Global|Carrier Engineering Corporation выпустило первый задокументированный прототип системы кондиционирования воздуха, предназначенной для автобусов.
=== Стандартизация ===
Послевоенный период ознаменовал переход автобусной системы отопления, вентиляции и кондиционирования от лабораторного прототипа к стандартному коммерческому предложению. Сан-Антонио, штат Техас, стал местом важной вехи в 1946 году, когда был представлен первый в мире городской автобус с кондиционером. Это достижение доказало, что климат-контроль может быть интегрирован в тяжелые циклы городского транспорта. Вскоре после этого в сегменте междугородных автобусов произошла революция с появлением в 1950-х годах модели Greyhound Lines|Greyhound Scenicruiser (PD4104), которая стала первым серийным автобусом для шоссейных дорог, оснащенным кондиционером и туалетом в качестве стандартного оборудования.
К 1953 году подразделение Harrison Radiator компании General Motors разработало революционную переднюю систему, которая полностью помещалась в моторном отсеке и приборной панели, устраняя необходимость в громоздких компонентах, установленных в багажнике. В автобусе GM New Look, дебютировавшем в 1959 году, использовалась конструкция с напряженной обшивкой, которая обеспечивала структурную жесткость, необходимую для поддержки установленных на крыше модулей HVAC без необходимости использования традиционных лестничных рам.
К 1953 году подразделение Harrison Radiator компании General Motors разработало революционную переднюю систему, которая полностью помещалась в моторном отсеке и приборной панели, устраняя необходимость в громоздких компонентах, установленных в багажнике. В автобусе GM New Look, дебютировавшем в 1959 году, использовалась конструкция с напряженной обшивкой, которая обеспечивала структурную жесткость, необходимую для поддержки установленных на крыше модулей HVAC без необходимости использования традиционных лестничных рам «кузов на раме».
== Принципы термодинамики ==
Техническая работа системы кондиционирования воздуха в автобусе основана на цикле охлаждения/сжатия пара, термодинамическом процессе, при котором хладагент циркулирует по замкнутому контуру, изменяя состояния для поглощения и выделения тепла.
=== Механика холодильного цикла ===
Цикл начинается с газового компрессора | компрессора, который является механическим сердцем системы. Компрессор получает газообразный хладагент низкого давления и низкой температуры и сжимает его в газ высокого давления и высокой температуры. Это сжатие концентрирует тепловую энергию внутри жидкости.
Затем газ поступает в конденсатор (теплообмен)|конденсатор, обычно расположенный на крыше или спереди автомобиля, где он отдает тепло окружающему воздуху посредством конвекции (теплообмен)|конвекции и конденсируется в жидкость под высоким давлением. После конденсации жидкий хладагент проходит через терморасширительный клапан|расширительный клапан (или устройство термического расширения). Этот компонент действует как измерительное отверстие, которое резко снижает давление хладагента, вызывая резкое падение температуры.
Холодная жидкость под низким давлением затем поступает в испаритель | змеевики испарителя, расположенные на пути воздушного потока в салоне автобуса. Когда теплый воздух в салоне продувается через эти змеевики, хладагент поглощает тепло, заставляя его снова испаряться в газ. Этот теплообмен охлаждает, а осушитель|осушает воздух перед его рециркуляцией пассажирам.
Эффективность этого цикла количественно определяется как коэффициент производительности (COP):
:COP = \frac{Q_L}{W_{in
Где Q_L — эффект охлаждения (тепло, отводимое из кабины), а W_{in} — работа, требуемая компрессором и вспомогательными компонентами. В современных автобусных системах достижение высокого КПД жизненно важно, особенно в электромобилях, где энергия для климат-контроля напрямую конкурирует с энергией, необходимой для движения.
=== Требования к тепловой нагрузке и мощности ===
Определение необходимой холодопроизводительности автобуса предполагает сложный расчет тепловой нагрузки. В отличие от легкового автомобиля, которому обычно требуется около 18 000 БТЕ/ч (1,5 тонны) охлаждения, стандартному 12-метровому транзитному автобусу требуется от 28 000 до 45 000 ккал/ч (от 35 до 50 кВт). Такая огромная мощность необходима для противодействия нескольким источникам тепла:
* '''Теплопроводность|Теплопроводность и тепловое излучение|Излучение:''' Теплопередача через металлический корпус автобуса и большие стеклянные «проемы дневного света» (DLO).
* '''Метаболическая нагрузка:''' Явное тепло|Явное и скрытое тепло|скрытое тепло, вырабатываемое от 50 до 100 пассажиров.
* '''Проникновение:''' Эффект «зацикливания дверей» в городском транспорте, когда двери открываются каждые несколько минут, что приводит к почти полной потере кондиционированного воздуха.
* '''Отходящее тепло:''' Тепло от собственного двигателя, трансмиссии и гидравлических систем автомобиля, которое излучается в кабину.
== Технические компоненты и проектирование ==
При проектировании компонентов системы отопления, вентиляции и кондиционирования автобусов применяется «сверхмощный» подход, подчеркивающий долговечность в условиях постоянной вибрации и воздействия окружающей среды.
=== Компрессоры ===
Компрессоры в сегменте автобусов классифицируются по механизму привода и внутренней конструкции. Поршневой компрессор | Поршневые компрессоры были традиционным стандартом для крупномасштабного охлаждения, но в современных приложениях они в значительной степени вытеснены спиральными и ротационными компрессорами. * '''Спиральный компрессор:''' Они обеспечивают превосходную надежность и более тихую работу, поскольку имеют меньше движущихся частей и обеспечивают непрерывный процесс сжатия.
* '''Компрессоры переменной производительности (VDC):''' В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания | двигателями внутреннего сгорания (ДВС) VDC могут регулировать свою мощность в зависимости от потребности, а не скорости вращения двигателя, что повышает топливную экономичность.
* '''Электрический инверторный компрессор|Инверторные компрессоры:''' Распространены в электрических автобусах (EV), они используют высоковольтную мощность постоянного тока (200–700 В) и могут точно соответствовать охлаждающей нагрузке, что имеет решающее значение для сохранения запаса хода батареи.
=== Конденсаторы и испарители ===
Конденсаторы и испарители по сути представляют собой теплообменники, оптимизированные для автобусной среды.
* '''Конденсаторы:''' Блоки, установленные на крыше, предпочтительнее при транспортировке, поскольку они защищены от дорожного мусора и тепла, хотя и увеличивают высоту автомобиля. Конденсаторы, установленные на юбке, легче обслуживать, но они подвергаются более суровым условиям.
* '''Испарители:''' Они классифицируются по методу распределения. Испарители со свободным обдувом подают воздух непосредственно в салон и чаще всего встречаются в небольших маршрутных и школьных автобусах. Канальные испарители распределяют воздух через сеть потолочных каналов с регулируемыми жалюзи, обеспечивая более однородную и премиальную среду для междугородних автобусов.
=== Системы управления ===
Современные шинные блоки HVAC интегрированы в электронную архитектуру автомобиля через шину CAN (сеть контроллеров). Это позволяет в режиме реального времени отслеживать давление в системе, температуру и коды ошибок непосредственно на приборной панели водителя. Усовершенствованные элементы управления используют датчики для регулировки скорости вращения вентиляторов и рабочих циклов компрессора в зависимости от занятости пассажиров, определяемой с помощью датчиков веса или оптических счетчиков, для оптимизации энергетической дисциплины.
== Конфигурации системы ==
Системы HVAC автобуса адаптированы к конкретной задаче транспортного средства.
=== Городские транзитные автобусы ===
Транзитные автобусы характеризуются высоким пассажирооборотом и бесперебойной работой. «Моноблок» или модуль на крыше является доминирующей конфигурацией в этом сегменте. Объединив испаритель и конденсатор в единый блок на крыше, производители могут максимально увеличить внутреннее пространство для пассажиров. Эти системы должны иметь высокую мощность «восстановления» для быстрого охлаждения салона после закрытия дверей. Для 12-метровых транзитных автобусов стандартная мощность охлаждения составляет 35–50 кВт, чтобы обеспечить удержание пассажиров и комфорт на городских островах тепла|городских островах тепла.
=== Междугородние и автобусы класса люкс ===
При дальних поездках комфорт пассажиров является приоритетом. В этих транспортных средствах обычно используются «сплит-системы» или модули, установленные сзади, которые изолируют механический шум от кабины. Воздух распределяется через верхние каналы багажника с индивидуальным управлением для пассажиров. Поскольку эти автобусы работают на стабильных скоростях шоссе, системы HVAC можно оптимизировать для обеспечения стабильной работы. Здесь иногда используются независимые системы с приводом от двигателя, чтобы гарантировать, что кондиционер остается полностью работоспособным, даже если главный двигатель работает на холостом ходу или испытывает большую нагрузку на уклонах.
=== Школьные и маршрутные автобусы ===
Школьный автобус|Школьные автобусы предъявляют уникальные требования, основанные на безопасности и простоте. В большинстве из них используются испарители со свободным обдувом, которые часто модернизируются или устанавливаются в передней и задней части кабины. Во многих регионах кондиционирование воздуха в школьных автобусах является новым стандартом, обусловленным проблемами со здоровьем во время сильной жары. В маршрутных автобусах, часто используемых для трансфера из аэропорта или отеля, обычно используются компактные блоки на крыше или конденсаторы, установленные на юбке, чтобы сохранить низкий профиль транспортного средства для свободного пространства в гараже.
=== Сочлененные и двухэтажные автобусы ===
Этим автомобилям большой вместимости требуется многозонное охлаждение. Сочлененный автобус | сочлененный автобус может иметь два отдельных агрегата на крыше — один для секции тягача и один для прицепа — для обеспечения равномерного охлаждения сочленения. Двухэтажный автобус|В двухэтажных автобусах часто используется вертикальная сплит-система с испарителями, расположенными как на верхнем, так и на нижнем этажах, питаемыми от централизованного компрессора высокой производительности.
== Источники энергии и интеграция силовой установки ==
Способ питания системы HVAC оказывает огромное влияние на эффективность транспортного средства и уровень выбросов.
* '''Системы с приводом от двигателя:''' В традиционных автобусах с дизельным двигателем компрессор кондиционера установлен на кронштейне в моторном отсеке и приводится поликлиновым ремнем, соединенным с коленчатым валом. Это механически просто, но имеет недостатки: мощность охлаждения зависит от оборотов двигателя, и система не может работать при выключенном двигателе.
* '''Независимые системы с приводом от двигателя:''' В некоторых больших автобусах используется небольшой специальный двигатель внутреннего сгорания (также известный как вспомогательный силовой агрегат | APU) для привода компрессора переменного тока, а также выработки электроэнергии для системы. Это гарантирует, что система климат-контроля работает на 100% мощности независимо от состояния основного двигателя. Несмотря на свою высокую эффективность, это дает значительные преимущества вес, требования к техническому обслуживанию и локализованные выбросы.
* '''Системы с электроприводом:''' Рост количества гибридных и полностью электрических автобусов привел к стандартизации систем HVAC с электрическим приводом. В этих устройствах используется высоковольтный двигатель постоянного тока | двигатели постоянного тока для привода компрессора, что обеспечивает полностью независимую работу от скорости автомобиля или состояния холостого хода. Эти системы очень эффективны, поскольку они могут использовать частотно-регулируемый привод | частотно-регулируемые приводы (VFD) для модуляции энергопотребления в зависимости от нагрузки.
== ОВиК в эпоху электрификации ==
Переход на аккумуляторный электробус | Аккумуляторные электрические автобусы (BEB) превратил систему HVAC из вспомогательной нагрузки в первичного потребителя энергии. В холодном климате обогрев кабины может сократить запас хода электробуса до 40%.
=== Проблема отопления ===
Двигатели внутреннего сгорания производят избыток отработанного тепла, которое легко использовать для обогрева кабины. Электродвигатели и аккумуляторы не обеспечивают достаточно тепла для обогрева салона большого автобуса зимой.
* '''Нагреватели PTC:''' В ранних электрических автобусах использовались электрические нагреватели сопротивления с положительным температурным коэффициентом (PTC). По сути, они на 100 % эффективны при преобразовании электроэнергии в тепло, но поскольку их коэффициент полезного действия равен 1,0, они чрезвычайно энергоемки.
* '''Тепловой насос|Тепловые насосы:''' Современные BEB используют технологию теплового насоса, коэффициент COP которой может составлять от 2,0 до 4,0 в зависимости от условий окружающей среды. Извлекая тепло из наружного воздуха и «перекачивая» его в кабину, тепловые насосы потребляют значительно меньше энергии, чем обогреватели PTC. Однако их эффективность падает, когда температура окружающей среды падает до -20°C, и для экстремальных условий часто требуется небольшой вспомогательный нагреватель PTC или обогреватель, работающий на топливе.
=== Осушение и безопасность ===
Основной проблемой для тепловых насосов для электрических автобусов является осушение. Традиционные системы кондиционирования воздуха осушают воздух как побочный продукт охлаждения. В режиме обогрева стандартный тепловой насос не удаляет влагу, что может привести к запотеванию лобового стекла — серьезной угрозе безопасности. Усовершенствованные системы BEB HVAC теперь оснащены встроенными циклами осушения, которые могут охлаждать воздух для удаления влаги, а затем немедленно нагревать его, используя рекуперированную энергию, прежде чем он попадет в кабину. name="ResearchGate" />
=== Встроенное управление температурным режимом и охлаждение аккумулятора ===
В электрическом автобусе система HVAC должна не только охлаждать пассажиров; он должен поддерживать тяговую батарею электромобиля|батарею в оптимальном рабочем диапазоне температур (обычно от 15°C до 35°C). Если температура литий-ионной аккумуляторной батареи превышает 40°C, ее деградация ускоряется; если она превышает 70°C, он попадает в зону риска термического побега|теплового побега.
* '''Прямое охлаждение хладагентом:''' В некоторых высокопроизводительных конструкциях хладагент переменного тока автомобиля подается непосредственно через теплообменники в аккумуляторном блоке. * '''Непрямое охлаждение жидкость-воздух:''' Большинство BEB используют вторичный контур охлаждающей жидкости (вода/гликоль) для охлаждения аккумулятора. «Чиллер»-теплообменник позволяет системе кондиционирования охлаждать этот вторичный контур.
* '''Рекуперация тепла:''' Усовершенствованные системы собирают отходящее тепло от аккумуляторной батареи и электрической трансмиссии (двигателей/инверторов) и используют его для дополнительного обогрева кабины зимой - процесс, известный как термическая очистка.
Инженеры сталкиваются с «тепловым конфликтом» во время пиковых летних работ. Система HVAC должна обеспечивать максимальное охлаждение пассажиров и одновременно рассеивать огромное количество тепла, выделяемого аккумулятором во время вождения с высокой нагрузкой или быстрой зарядки.
== Воздействие на окружающую среду и химия хладагентов ==
Воздействие кондиционеров в автобусах на окружающую среду является основной движущей силой текущих нормативных изменений. Этот след делится на прямые выбросы (утечки хладагента) и косвенные выбросы (использование энергии).
История хладагентов — это переход от высокоэффективных, но разрушающих озоновый слой веществ к альтернативам с низким ПГП (потенциалом глобального потепления).
* '''Дихлордифторметан|CFC-12:''' Использовался до середины 1990-х годов; высокий потенциал разрушения озона | ОРП и экстремальный ПГП (10 900). * '''1,1,1,2-Тетрафторэтан|HFC-134a:''' Действующий отраслевой стандарт. Он имеет нулевой ОРП, но высокий ПГП, равный 1430. Поскольку в автобусах наблюдается высокий годовой уровень утечек (13,3% для междугородных автобусов, 13,7% для городских автобусов), кумулятивное воздействие R-134a является значительным. * '''2,3,3,3-Тетрафторпропен|HFO-1234yf:''' Новый гидрофторолефин с ПГП менее 1. Он слабо воспламеняется (A2L), но становится стандартом для легких и некоторых средних режимов эксплуатации, поскольку его часто можно использовать в модифицированных архитектурах R-134a. * '''Углекислый газ|R-744 (CO2):''' Природный хладагент с ПГП 1. Он негорючий и высокоэффективный, особенно в режиме теплового насоса. Однако он работает при чрезвычайно высоком давлении (до 120 бар), что требует совершенно других компонентов системы и специальной подготовки технических специалистов.
Автобусы подвергаются постоянным механическим нагрузкам, что приводит к более высокому уровню «случайных» выбросов, чем стационарные системы. Вибрация от двигателя и дорожного покрытия часто вызывает усталость линий хладагента и уплотнений.
== Здоровье пассажиров, качество воздуха и безопасность ==
Система HVAC является основной защитой от загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением (TRAP), как для пассажиров, так и для водителей.
=== Охрана труда водителей ===
Водители автобусов подвергаются воздействию «гигиенически опасной» среды, включая шум, вибрацию и вредные примеси в воздухе салона. * '''Фильтрация:''' Высокоэффективные воздушные твердые частицы (HEPA) или многоступенчатые фильтры (фильтр предварительной очистки + активированный уголь | активированный уголь) необходимы для улавливания пыли, пыльцы и мелких частиц | твердых частиц (PM2,5).
* '''Накопление углекислого газа:''' В плотно закрытом салоне автобуса с более чем 50 пассажирами уровень CO2 может быстро превысить 1000 частей на миллион, что приводит к сонливости водителя и снижению когнитивных функций. * '''Формальдегид:''' Некоторые исследования выявили повышенный уровень формальдегида в салонах автобусов, вероятно, из-за внутренних материалов и клеев, что требует постоянного воздухообмена.
=== Комфорт пассажиров и качество езды ===
Комфорт определяется не только температурой; это сочетание влажности, скорости воздуха и вибрации.
== Нормативные стандарты ==
Автобусная индустрия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха регулируется строгим набором международных и региональных стандартов.
* '''Международная организация по стандартизации|ISO 10263 (окружающая среда оператора):''' Это основной стандарт для кабин тяжелых транспортных средств.
** «Часть 3.» Методы испытаний на герметичность — обеспечение поддержания в кабине положительного давления (обычно от 50 до 200 Па) для предотвращения попадания нефильтрованного наружного воздуха.
** «Часть 4:» Метод и характеристики испытаний HVAC — определение способа измерения вклада охлаждения и нагрева в камере с контролируемой температурой. * '''SAE International|SAE J639:''' «Библия безопасности» для систем MAC, охватывающая все: от фитингов для хладагента до предохранительных клапанов и требований к маркировке. * '''SAE J2842:''' Специально рассматривает критерии проектирования и сертификацию испарителей, использующих R-1234yf и R-744, гарантируя, что они могут выдерживать риски воспламенения и высокого давления. * '''Американская ассоциация общественного транспорта | Передовой опыт APTA:''' Американская ассоциация общественного транспорта (APTA) разрабатывает «рекомендуемые методы», которые транзитные агентства используют при написании спецификаций закупок.
== Мировой рынок и будущие тенденции ==
Рынок автобусов HVAC является быстрорастущим сектором, обусловленным урбанизацией в Азиатско-Тихоокеанском регионе и электрификацией автопарка в Европе и Северной Америке. В 2023 году рынок систем климат-контроля для автобусов оценивался примерно в 1,2–1,3 миллиарда долларов США, при этом прогнозы указывают на значительный рост, поскольку операторы общественного транспорта отдают приоритет тепловой надежности и энергетической дисциплине.
Ключевые игроки отрасли включают Thermo King (Trane Technologies), Valeo, Denso|Denso Corporation, Webasto|Webasto SE и Eberspächer. На региональном уровне Китай лидирует по темпам роста благодаря своему огромному парку электрических автобусов, а Европа продвигает инновации в области натуральных хладагентов.
=== Новые технологии ===
* '''Интеллектуальная система отопления, вентиляции и кондиционирования и Интернет вещей|IoT:''' Интеграция технологий Интернета вещей (IoT) позволяет осуществлять «предупредительное обслуживание», когда датчики обнаруживают микроскопические изменения вибрации или термического КПД, которые предшествуют выходу из строя компонента. Интеллектуальные системы также могут использовать данные GPS для "предварительного охлаждения" или "предварительного нагрева" автобуса в зависимости от топографии его предстоящего маршрута.
* '''Тепловые батареи''' Продолжаются исследования «тепловых батарей», которые будут заряжать тепловой резервуар (лед или материал с фазовым переходом | материал с фазовым переходом) с использованием дешевой энергии сети, пока автобус находится в депо, уменьшая потребление тяговой батареи в течение дня. * '''Природные хладагенты:''' В отрасли консенсус движется к природным хладагентам, таким как R-744 (CO2) и пропан|R-290 (пропан), в качестве долгосрочного решения, поскольку они невосприимчивы к будущим правилам поэтапного сокращения использования ГФУ.
== См. также ==
* ОВК
* Электробус
* Хладагент
* Автомобильный кондиционер
* Управление температурным режимом электронных устройств и систем
Автомобильные технологии
Отопление, вентиляция и кондиционирование
Автобусы
Экологичный транспорт
Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Bus_Air-Conditioner
-
- Похожие темы
- Ответы
- Просмотры
- Последнее сообщение