2. fejezet - Fűtő és szellőztető rendszer

Ezeknek a hűtőfolyadékkal működő fűtőkészülékeknek a fejlesztésénél és az összehasonlító vizsgálatoknál. Próbapad alkalmazása szükséges, melynél a meleg víz folyamatos keringetését szivattyú hozza létre. Egy ventilátor pedig biztosítja a légáramlást. A készülékbe be és kilépő közegek hőmérsékletét és az átáramló mennyiséget mérni kell. A víz térfogatárama például turbinás áramlásmérővel, a levegőé pedig mérőperemet határozható meg. A folyadék oldali áramlási viszonyok feltárásához jól használható az infratelevízió. Ezzel a felületi hőmérséklet eloszlás különböző módon tehető láthatóvá. Kiválasztható például folyamatosan változó szürkeségű (denzitású), úgynevezett átmeneti kép, illetve sávos kép. Ez utóbbinál a különböző szürkeségű sávokhoz egyértelműen hozzárendelhetők a számítással meghatározható hőmérsékletek. Ha szükséges, két előre kiválasztott hőmérsékleten a képen megjeleníthető két izoterma (azonos hőmérsékletű pontokat összekötő görbe) is.

A legtöbb fűtőkészülékekben a levegő áramoltatását, egyenáramú motorral hajtott ventilátor végzi. Gyakran alkalmaznak két különböző fordulatszámon üzemeltethető változatot is. A felmelegített levegő terelésére távműködtetésű csappantyút építenek be a szellőző csatornákba.

A következőkben különböző utastér fűtő készülék vizsgálatánál készített AGA 789 típusú infra-televíziós felvételeket mellékelünk. A képek kiértékelésénél a matt fekete felületű hőcserélő sugárzó képességét ε0 = 0,9 értékre vettük fel. A háttér sugárzást ernyőzéssel, illetve a megfelelő képkivágás beállításával küszöböltük ki. A felvételek jól szemléltetik a hőcserélők különböző felületein a hőmérséklet eloszlásokat és a nem egyenletes vízáramlást a hőcserélő belsejében.

A fűtőkészülékekbe szerelt hőcserélők egymás közötti összehasonlítása és minősítése a hőátbocsátási tényező kiszámításával lehetséges. Ennek előzetes, számítással történő meghatározása nagyon pontatlan és csak becslésnek tekinthető. Pontosabb eredményt kapunk, ha az elkészült prototípust be lehet építeni egy vizsgáló berendezésbe és el lehet végezni a szükséges méréseket. Ehhez biztosítani kell az üzemszerű körülményeknek megfelelő meleg víz, és a levegő áramlását méghozzá úgy, hogy a hőmérsékletek és a tömegáramok mérhetők legyenek. A végrehajtott mérések alapján Emmenthal 1975 –ös Aacheni disszertációjában található következő összefüggéssel határozható meg a hőcserélő hőátbocsátási tényezője:

$k_{HF}=\frac{{\left(\rho �c�\dot{V}\right)}_{lev}}{A_{HF}}�ln\left[1+\frac{{\left(\rho �c�\dot{V}\right)}_{víz}}{{\left(\rho �c�\dot{V}\right)}_{lev}}�ln\left(\frac{T_{víz ki}-T_{lev be}}{T_{víz be}-T_{lev be}}\right)\right]$

ahol:

ρ (kg/m3) sűrűség

c (J/kg K˚) fajhő

kHF (J/m2sK˚) a hőcserélő homlokfelületére vonatkoztatott hőátbocsátási tényező

A fenti összefüggés alapján végzett számításnál egyaránt figyelembe vesszük a hővezetéssel-, és a hőátadással átvitt hőmennyiséget is.

A hővezetési tényező pontosan meghatározott anyagjellemző.

A hőátadási tényező azonban csak részben tekinthető anyag jellemzőnek, részben pedig a kialakult áramlási viszonyoktól függ. Ezért pontos meghatározása nehézségekbe ütközik, mert legalább kilenc tényező befolyásolja, melyek közül a legfontosabbak:

A hőátadás előzetes számítására Nusselt a Navier – Stoks egyenletből a hasonlóságelmélet segítségével a hőátbocsátási tényezőre vonatkozó törvényszerűségeket vezetett le. A számítás eredménye csak közelítő értéknek tekinthető. Ezért van nagy jelenősége annak, hogy a kivitelezett hőcserélőn méréssel meghatározzuk a hőátbocsátási tényezőt.

Az infratelevíziós felvételekből megállapíthatók, hogy az adott hőcserélő hőtechnikai tulajdonságai hogyan javíthatók az áramlási viszonyok korrekciójával, például a vízszekrénybe beépítendő áramlásterelővel.

A szükséges kiinduló adatok

A fűtő teljesítmény és a fűtési mód meghatározása

Mindkét fűtési módnak vannak előnyös és hátrányos tulajdonságai is.

Figyelembe kell venni a hatósági-, és a biztonságtechnikai előírásokat is, például a veszélyes árut szállító járművekre a 94 / 55 / EG ADR előírás vonatkozik.

A fűtőkészülék és az égéstermékének elvezetése szigetelt, védett, illetve leárnyékolt kell legyen. Így kerülhető el a helyi túlmelegedés, illetve hárítható el a gyulladásveszély.

A légfűtő berendezések kiegészítő követelményei:

A légfűtés előnyei:

A hűtő folyadékkal működő fűtő berendezések kiegészítő követelményei:

A belsőégésű motor hűtő rendszere egy hőcserélőn keresztül a belsőégésű motortól független fűtőkészülékkel fűti az utasteret, illetve a rakteret.

A raktér, illetve az utastér hőmérséklete szabályozott kell legyen, melyet például 3/2 szelep beépítésével valósítható meg.

A fűtött tér a túlmelegedés szempontjából egy szeleppel védett kell legyen. Amikor a folyadék hőmérséklete elér egy bizonyos küszöbértéket, a keringető szivattyú tartósan leáll. A fűtő rendszer a gépkocsi motorjától függetlenül a fűtő készülékkel üzemeltethető.

A folyadékos fűtés előnyei:

A gépkocsiba szerelt belsőégésű motor fajtájának megfelelően benzin és gázolaj üzemű fűtőkészülékeket fejlesztettek ki, de a legújabb már bioetanollal is működtethető. Ennek megfelelően a típusjelzésekben a B, illetve a D betű utal a tüzelőanyag fajtájára, a bioetanolos változatnál pedig a készülék zöld festést kapott. A fűtőberendezés után beépített katalizátorral nulla emissziós üzemeltetés valósítható meg. Mindegyik készülékfajtából számos alaptípust gyártanak. Ezeket aztán fűtőteljesítményük alapján sorolják be. Általában a típusjelzés középső száma jelenti a kilowattban megadott fűtőteljesítményt. Ezek a változatok más szempontok szerint tovább csoportosíthatók. Vannak például olyanok, melyek:

A hűtőfolyadékkal működő „Hydronic” név utáni „E” betű az egyszerűbb, gazdaságosabb kivitelt jelenti, melynél azonban a fűtőteljesítmény nem szabályozható.

Ezekre a készülékekre közvetlenül felszerelik a működtető elektronikát is. A bekapcsoláskor először az izzítást működteti. A tüzelőanyag fajtájától függően a gyújtógyertya, vagy az izzó kerámia rúd indítja el az égést. Bekapcsol az égéstérbe levegőt szállító ventilátor, és a tüzelőanyag szivattyú is. Ekkor a hűtőfolyadék keringető szivattyúja is működik.

Az elektronika egy érzékelővel folyamatosan felügyeli az égéstérben a lángot. Ekkor már az izzításra nincs szükség, azt kikapcsolja. Továbbá az elektronikának az is a feladata, hogy működés közben pontosan tartsa az előre beállított utastér hőmérsékletet, felügyelje a működést és lehetővé tegye a diagnosztikát. Általában olyan a készülékek működése, hogy először mindig az úgynevezett teljesítmény fokozatot kapcsolja be, majd egy bizonyos hőmérséklet elérése után, a pillanatnyi igény szerint a kisebb fokozat kezd üzemelni, melynek a feladata a hőmérséklet tartása.

Amikor már a napsugarak is erőteljesebben melegítenek és a hőmérséklet megfelelő, a készülék automatikusan kikapcsol. Ez előtt azonban az elektronika egy utóizzítást valósít meg, hogy az égőtérbe került teljes tüzelőanyag mennyiség biztonságosan elégjen.

A teherautók vezető- és hálófülkéjének, különleges járművek, mentőautók utasterének fűtésén kívül mezőgazdasági gépekben, hajókban is használhatják ezeket a fűtőkészülékeket. Alkalmasak továbbá különböző agregátok, fagyérzékeny szállítmányok, például virág, vagy víz oldószerű festékek megfelelő hőmérsékleten tartására. Jelenleg a Hydronic fűtőkészülékek középső teljesítmény kategóriájú készülékeit építik be leggyakrabban.

Az elmúlt évtizedek során végrehajtott számos típusmódosítás után a Hydronic fűtőkészülék új generációja nagyobb teljesítményű, takarékos működésű, csöndesebb és sokoldalúbban használható lett. Az új égéstérben optimális és csendes a hőtermelési folyamat. Az áttervezett hőcserélő bordái áramlástanilag kedvezőbbek, jobb a hőátadás és kisebb az áramlási ellenállás. A kompakt méretek megkönnyítik a beszerelést. A 4,3 kW teljesítményű készüléket a kompakt személyautókhoz, az 5 kW-ost a nagyobb utasterű személy és a kisebb haszonjárművekhez ajánlják. Egyre több korszerű, jó hatásfokkal működő turbódízel motorral szerelt személygépkocsiba gyárilag is beszerelik kiegészítő fűtőberendezésként, mert a hűtőrendszerből kinyerhető hőenergia nem elegendő a kellemes utastér hőmérséklethez. Ezeket az egységeket kiegészítő elemek segítségével programozhatóvá, illetve távirányító segítségével is működtethetővé lehet tenni.

A fűtőkészülék bekötési lehetőségei a motor hűtőrendszerébe

A fűtőkészülék bekötése a motor hűtőrendszerébe különböző módon történhet. Soros bekötésnél a fűtőkészülékkel a motor hűtőfolyadékát melegítik elő, ezért megszűnnek a hidegindítási nehézségek és csökken a motor kopása is. A kellemes klíma, a jó kilátás nemcsak a komfortot növeli, hanem a biztonságot is!

A fűtőkészülék bypass ági bekötése

A fűtőkészülék a motort és az utasteret egyaránt melegíti. Ha a fűtő készüléket nem használják és kinyitják az elzáró csapot a motor által létrehozott hőenergia kedvező áramlási viszonyok mellett hasznosítható az utastérbe szerelt hőcserélővel.

Először az utastér fűthető, utána a motor előmelegítése következik

Ez a bekötési mód lehetőséget ad arra, hogy először az utastér legyen fűthető és csak ezt követően kezdődhessen el a belsőégésű motor melegítése.

Akinek napi tevékenysége rendszeresen azonos időben kezdőik beprogramozhatja fűtőkészülékét. Aki váltózó időpontokban indul a Calltronic modul beszerelése után már reggelizés közben mobil, vagy vezetékes telefonról felhívhatja az Eberspächer Hydronic fűtőkészüléket, hogy kapcsoljon be.

A kiegészítő fűtés nem csak télen működik

Több személygépkocsi TDI motorral szerelt változatába gyárilag kiegészítő fűtést szereltek. Erre azért van szükség, mert a rendkívül jó hatásfokkal, gazdaságosan üzemeltethető motor „hulladék hője” nem minden üzemállapotban elegendő az utastér fűtéséhez. Erre a motor üzemállapotától függően nemcsak a téli hidegben lehet szükség.

A tüzelőanyag fogyasztás szempontjából optimalizált turbódízel motorok különösen azoknál a gépkocsiknál, melyeket csak rövid utat tesznek meg, különösen részterhelési üzemmódban olyan kevés hőmennyiséget adnak át a hűtőrendszernek, hogy ez nem elegendő az utastér fűtéséhez. Az Eberspächer több típushoz beszállít kiegészítő fűtőkészüléket, melyet a hűtőrendszerbe a motorral és a hőcserélővel sorba kötve építenek be. Szerény méretei (200 x 85 x 97 mm) és kis tömege (2 kg) megkönnyítik beépítését, mely csak rövid időt vesz igénybe.

A készülék burkolata alatt bújik meg a szinterfémből készült égéstér, melyet hűtőfolyadék köpeny vesz körül. Ezzel egy szerelési egységet alkot a légfúvó is, mely az égést tápláló levegőről gondoskodik. Erre szerelik fel az égés zaját csökkentő hangtompítót. A számos csatlakozót mellyel a gépkocsi fűtő rendszeréhez csatlakozik (hűtőfolyadék, elektromos vezetékek, tüzelőanyag) a készülék két oldalán helyezték el.

2010-óta gyártják a Hydronic II Economy és a Commercial fűtőkészülék változatokat. Ezek már a második generációt képviselő, hűtőfolyadékkal működő, gazdaságosan üzemeltethető változatok. Az előző generációnál csendesebb a működése, mert 4 DB (A) értékkel csökkentették a zajszintjét. Kiegészítették egy „teljesítmény fokozattal”. Alkalmas E85 és biodízel tüzelőanyagok használatára. A magassági korrektor beépítésével alkalmas a tengerszint feletti 3000 m magasságig a működésre. Továbbfejlesztették a készülék diagnosztikai lehetőségeit. A dízel változatnál nagy előnyomás álló adagoló szivattyút alkalmaznak.

A fűtőkészülék élettartamát megnövelték 5000 órára. Biodízel tüzelőanyag alkalmazása esetén ez azonban lecsökken 1500 üzemórára. Ha viszont nem éri el a biodízel használat a 20% -ot az élettartam 5000 óra marad. Három teljesítményfokozatban használható 1200 W, 2400 W, 4800 W. A kisebb fokozatokban a tüzelőanyag ellátó körbe beépített nyomás pulzáció csillapító hatékonyan csökkenti az égési zajt. A fűtőkészülék hidegindítási képessége megfelel a katonai előírásoknak, tehát -46˚C hidegben is működőképes. Gyors felfűtés érhető el vele a jobb hatásfokú hőcserélővel és az új szeleprendszerrel látták el.

Az alábbi diagram segítségével jól követhető az elektronikus működtetés egyes fázisai, mint például az izzítás, az égéstéri légfúvó és a tüzelőanyag szivattyú bekapcsolása, és működés közben a lángérzékelő jele.

Ezek a fűtő berendezések közvetlenül az utastér levegőjét melegítik. Az Airtronic D2 2,2 kW, D4 típus 4 kW fűtőteljesítményű, a következő a D5 típusú, melyek a jól bevált készülékcsalád tagjai. Az újabb változatok mérete is és tömege is csökkent. Egyszerűen utólag is beszerelhető a különböző járművekbe. A tetszőlegesen megválasztható utastér hőmérsékleten kívül a másik nagy előny a gyors felfűtés lehetősége. Ezen kívül várakozás közben, álló helyzetben a legkisebb fokozatban kevés áram és gázolaj felhasználással hosszabb ideig is tartani képes az utastér hőmérsékletét. Ezek a készülékek beszerelhetők az utastérbe, vagy azon kívül is, például autóbuszoknál az oldalsó ládákba.

Ennél az új típusnál is az elektronikus szabályozó egységet közvetlenül a fűtőkészülékbe szerelik. Kivitele olyan, hogy egyszerűen beépíthető. A készüléket 5000 üzemórányi élettartamra tervezték. Két ventillátorral működik, az egyik a felmelegítendő levegőt szállítja az égésteret körülvevő köpeny részbe, a másik pedig az égést tápláló levegőt juttatja az égéstérbe. A biztonságos működés érdekében a ventillátorok légszállítását úgy hangolták össze, hogy a külső köpeny részben legyen nagyobb a nyomás. Így ha az égéstér fala esetleg átég, akkor sem kerülhet égéstermék az utastérbe.

A fűtőkészülék alkalmazásának előnye az, hogy megtakarítható a motor alapjáraton történő bemelegítéséhez szükséges gázolaj jelentős része és az ezzel járó károsanyag kibocsátás, továbbá nem kopik a motor. A kellemes utastéri klíma a fűtőkészülékkel sokkal hatékonyabban és kedvezőbb körülmények között hozható létre, mint a motor járatásával. Az égési folyamatot az újabb készülékekben már nem gyertya, hanem izzó kerámia rúd indítja be. Egyetlen kombinált érzékelőt szerelek az égéstér végébe, mely érzékeli egyrészt a lángot, másrészt védelmet nyújt a túlmelegedéssel szemben. Amikor már nincs szükség a fűtésre ezt a berendezést is lehet használni szellőztetésre is.

Több németországi fűtő berendezéseket gyártó vállalat és a haszonjármű gyártók együttműködésében közösen fejlesztették ki ezt a készüléket, amely a fűtés, a szellőztetés és a klímaberendezés kombinációjának tekinthető. Német rövidítése HLK (Heizung – Lüftung – Klima). A korábbi, közvetlenül az utastér levegőjét melegítő fűtőkészülékeknél kevesebb szerelési egységből álló, helytakarékos, gyorsabban beszerelhető, hatékonyan működő AIR-INTRA berendezések a jelenleg még fejlesztés alatt álló haszonjárművekbe is alkalmazható.

A jármű összeszerelésekor egyetlen egységet kell csupán beépíteni, mely tulajdonképpen a fűtés, szellőztetés és az egyre fontosabbá váló klímaberendezés feladatát egyszerre látja el. A levegő bevezető csatornák és különböző állítható csappantyúk segítségével az utastérben, illetve a vezető közvetlen környezetébe jó közérzetet biztosító levegőt juttat be. A meleg, vagy éppen hideg levegő irányítható a lábtérbe, a fej fölé, vagy éppen az utastér középső részébe. A megfelelő beállítással egyúttal a szélvédő fagy-, illetve páramentesítésére is használható. Ugyanazt a levegő szétosztó rendszert tehát három különböző rendeltetésű készülék is hasznosítja. A korábbi, elsődlegesen a fűtésre használt egységeknél a meleg levegő csak néhány, gyakran nem a legkedvezőbben kialakított nyíláson keresztül áramlott be az utastérbe. Ez az új készülék nem csak komfortosabbá, hanem biztonságosabbá is teszi az utazást, hiszen a vezetőnek folyamatosan jó kilátást biztosít.

A rendszer működtetését és a beállított paramétereknek megfelelő folyamatos szabályozását a klímaberendezés elektronikája végzi és az üzemeltetés közben jól kiegyenlített hő-elosztást biztosít.

A fűtőkészülék központi egysége az égéstér. Ide szerelik be az égőfejet, melyhez a gázolaj nem külön tartályból, hanem a gépkocsi tankjából érkezik. A légfúvó az alumínium bordákkal ellátott hőcsrélőn keresztül áramoltatja a környezetből a friss levegőt, ahol az felmelegszik. Az utastérbe belépő levegő olyan hőmérsékletű, hogy műanyag burkolati elemek esetén se okoz tűzveszélyt. A jelenlegi kivitel fűtőteljesítménye 2,5 kW.

Nyáron állóhelyi szellőztető berendezésként is használható.

A készülékhez távirányító és a működetést időzítő elektromos óra is rendelhető. Vannak rádiófrekvenciás jellel, illetve mobil telefonnal működő egységek is. Ezen a területen jenetek meg újabb készülékek.

Nem a gépkocsi hajtására szolgáló akkumulátortelep adja a működéshez szükséges energiát. A fűtő készülék minimális széndioxid kibocsátású. Katalizátor beépítésével nulla emissziós. A másik előny a korommentes égés. Az üzemeltetése így rendkívül környezetkímélő, hiszen a hatóságilag engedélyezett határérték 90% -a csupán a károsanyag kibocsátása. A készüléket gazdaságosan kis tüzelőanyag fogyasztás jellemzi. A hűtőfolyadékkal működő, Hidronic és a közvetlenül a levegőt melegítő, Airtronic kiviteli változatok is készülnek bio-etanollal üzemeltethető változatban. Ennek az üzemeltetési módnak az a hátránya, hogy a lerakódások lényegesen nagyobbak, így a készülék várható élettartama jelentősen kisebb.

Ezen a szakterülten is az elektronika rohamos térhódítása történt. Így szükségessé vált egy diagnosztikai eszköz kifejlesztése. Jelenleg a szakműhelyeket az „EDiTH” nevű berendezés segíti, mely meggyorsítja a hibakeresést.

A motor hűtőfolyadék rendszeréhez csatlakoztatható, kiváló hatékonyságú, nagy-, különböző feszültségű hálózatokhoz adaptálható (500 V –ig használható) fűtőkészülékeket is kifejlesztettek a hibrid, a tüzelőanyag cellás és a villanyautók részére. A 6 kW fűtő teljesítménytől kezdődő berendezéseket az elektronikus szabályozó egységgel építik egybe. A kívánt, és előre beállított fűtést folyamatosan szabályozza. Az alkalmazott PTC technika megbízható, biztonságos és ugyanakkor gazdaságos üzemeltetést tesz lehetővé. Kompakt méretek, kis tömeg jellemzi a fűtőberendezést.

A PTC folyadékfűtés előnyei:

A kilencvenes évek elejétől alkalmazzák széles körűen az autógyárak ezt a kiegészítő fűtő berendezést, különösen az alternatív hajtású járművekben. Kis tömegű, hatékony és gazdaságos működésű. 1 kW –os fűtőteljesítményig többféle változatban gyártják. Kompakt méretei miatt közkedveltek.

A PTC légfűtés előnyei:

A berendezés két részből áll. A vezetőfülkén kívüliben található a 24 V-os villanymotorral hajtott, kisméretű Dannfoss klímakompresszor, a hőcserélő, a hűtőanyag tartály, valamint az automatikus szabályozás néhány eleme. A hűtőközeg a CFC -mentes, környezetkímélő R134a. Gyárilag ezzel az anyaggal feltöltve szállítják a berendezést. Ha a vezetőfülkébe történő beszereléskor a csöveket meg kell bontani a kompresszor a hűtőközeget egy tárolótérbe szállítja. A szerelési műveletek végrehajtása után visszajuttatható a rendszerbe. Így az üzembe helyezéshez nem szükséges feltöltő berendezés. Az egység utólag is egyszerűen felszerelhető, csupán a csöveknek és az elektromos vezetékeknek kell néhány furatot készíteni. A felszerelést megkönnyítik a csöveknél alkalmazott gyorscsatlakozók. Az egység külső burkolata tetszetős, UV sugárzásnak, hidegnek és melegnek ellenálló, ABS műanyagból készül, és metálfényezést kap. Tömege 13,5 kg.

A vezetőfülke belső falára szerelendő, mintegy 6 kg tömegű egységben helyezik el az elpárologtatót, a légfúvót és annak villanymotorját, valamint a működtető gombokat és a digitális kijelzőt. A homlokfalon kialakított zsalukkal a kívánalmak szerint irányítható a hideg levegő áramlási iránya és intenzitása. A kijelzőn megjelenik a belső tér levegőjének hőmérséklete és a páratartalma. Ennek közelében található a be és kikapcsolásra szolgáló gomb. A légfúvó sebessége szabályozható. Ha az akkumulátor feszültsége nagyon lecsökken a berendezés automatikusan kikapcsol. Legnagyobb áramfelvétele 8 A/ó, az átlagos pedig 6,5 A/ó. Az üzemidő programozható. Az alapfelszereltséghez tartozik a vezeték nélküli távirányító. A leadott hűtőteljesítmény 450 W.

A Turbo üzemmódot választva intenzívebb a hűtés, de aki szükségesnek tartja, beiktathat kisebb szüneteket is. Alvás közben pedig beállítható a felügyelet nélküli automatikus üzemmód. Előnyös, hogy a Sleeping Well csukott ablaknál működtethető, így a fülkén kívül marad a zaj, a por, és a kellemetlenkedő bogarak. Nyugodt és kellemes pihenést tesz lehetővé. A vezető másnap frissen ébred, így minden figyelme a vezetésre összpontosulhat. A korszerű egység kíméletesen használja az akkumulátorban tárolt energiát.