Környezettudatos autóklíma
Csökkentsük a hűtés-fűtés energia igényét!
A járművek ma is elsősorban fémből, leginkább vasból készülnek. A fémek jó hővezető anyagok, ezért a környezeti hőmérsékletet a jármű belseje gyorsan átveszi. A nagy ablakokkal pedig olyanok, mint egy üvegház. Ha a nap süt, belül gyorsan felmelegszenek, ha meg hideg az idő, gyorsan lehűlhetnek. A járműben eddig nemigen számított az ár vagy az üzemeltetési költség a jó komfortérzet kialakításánál. Nem ügyeltek a megoldás környezeti lábnyomára sem.
Passzív szigetelés
Elsődlegesen a járműszerkezet hűtési és fűtési energiaigényét célszerű radikálisan csökkenteni. Egy ezüstszínű jármű fajlagos hűtési igénye például akár 20-30 százalékkal is alacsonyabb lehet, mint egy fekete járművé. Még nem elterjedtek ugyan, de léteznek kerámia alapú nanoszemcsézett hőszigetelő festékek. Ezeket 1 mm vastagságban a karosszériára felhordva olyan hőszigetelési jellemzőkkel ruházhatnánk fel a fémlemezeket, mintha azokat 20 cm polisztirol habbal vagy kőzetgyapottal burkoltuk volna, azzal a különbséggel, hogy ez a kerámia festékréteg dukkózható, és tartós, rugalmas felületet ad! A járműszerkezet (karosszéria) belső üregeinek hőszigetelő anyaggal vagy hőszigetelő habbal történő feltöltése nemcsak a hőszigetelést javítja, de a kültéri (motorház) és beltéri zajt is csökkenti. Az ablakfelületek fényvisszaverő fóliázása is jelentősen csökkentheti a hűtési igényt. Mindennek eredménye: kisebb hűtési igény, kisebb hűtőgép méret, alacsonyabb öntömeg, alacsonyabb energiaigény, kisebb motorméret szükségessége, alacsonyabb környezeti terhelés.
Léteznek a fényerő függvényében sötétedő árnyékoló (fotókémiai) rétegek vagy folyadékkristályok. Amikor nem süt a nap, a besötétítés nem akadályozza a kilátást. Sajnos még várat magára ennek a lehetőségnek az alkalmazása a napi gyakorlatban. Holott a fotókémiai rétegek a szemüvegeknél és a folyadékkristályos megoldások a hegesztőpajzsoknál már járatos, évek óta bevált technológiák. A fólia hibrid napelemeket is alkalmazzák már háztetők utólagos burkolására.
Az, hogy mennyire megéri ügyelni az autó fényvisszaverő képességére az alábbi példa is bizonyítja, amelyben egy 2000-es évjáratú Opel Omega 2,2TDI 149kW esetét mutatjuk be. A jármű ezüstszürke színű, fényvisszaverő fóliázott, kétzónás automata klímával felszerelve. Folyamatos üzemanyagfogyasztás-méréssel, különböző üzemállapotokban összehasonlítva, bekapcsolt és üzemen kívül helyezett klíma mellett vizsgáltuk a jármű üzemanyag-fogyasztásának alakulását.
28-39˚C külső hőmérséklet mellett a jármű átlagos üzemanyag-fogyasztása a következő volt: (zárójelben a klíma miatti többletfogyasztás mértékét adjuk meg): 8,4 l/100 km (7-14%), városban 9,6 l/100 km (6,25-12,5%), országúton 7,2 l/100 km (8,4-16,7%). Elsősorban a külső hőmérséklet és a közvetlen napsütés határozta meg a klíma energiafogyasztását.
Aktív szigetelés
A motorház és tető fedése egy 1-2 m2 felületű hibrid napkollektor fóliával nemcsak visszatartja a napfényből abszorbeált hőenergiát, hanem egy részét elektromos árammá alakítja, és a hő is hasznosítható. A személygépjármű felületén így 100-150 W elektromos áram termelhető. Ezzel az árammal még a hálózattól távol parkoló jármű is folyamatosan tölthető, ha süt a nap. Járó motor esetén is hasznosul az átalakított napenergia. Ennyivel kevesebb energiát veszünk el a motor tengelyéről a generátorok hajtására, az akkumulátor töltésére. Ezek az energiamegtakarítások a jármű károsanyag- és széndioxid-kibocsátását is csökkentik.
Autóhűtés a füstgáz hulladék hőjének hasznosításával
Ma az optimális légkörnyezetet kompresszoros hőszivattyúval, a fűtéshez motorhűtővízzel, valamint mini fűtőkazán automatizált, szabályozott kiegészítésével biztosítják. Pedig ismertek ennél energiatakarékosabb és környezetkímélőbb műszaki lehetőségek is. Reméljük, az autógyárak a jövőben elmozdulnak ezekbe az irányokba az éghajlatváltozást okozó F-gázra épülő klímák helyett.
Abszorpciós és adszorpciós hőszivattyúk
Nem mindegy, milyen forrású energiával hajtjuk meg a hűtőgépet. A hagyományos kompresszoros hűtőgépeket a motor tengelyéről vett nyomatékkal hajtjuk, tehát azzal csökkentjük a hajtásra felhasználható energiát. Nő a jármű fajlagos károsanyag-kibocsátása és tüzelőanyag-felhasználása. Ha nem ragaszkodunk a hagyományos megoldásokhoz, akkor lehet olyan hűtési technológiát találni, amely közvetlenül hőt használ fel a hűtésre.
A hűtés-fűtés elképzelhető abszorpciós vagy adszorpciós hőszivattyúval is. Itt nem a motor nyomatékából, teljesítményéből vesszük el a hűtő- vagy a fűtőteljesítményt, hanem a kipufogógázok és/vagy motorhűtés hulladékhőit fogjuk munkára. Ez a hulladékenergia nem lebecsülendő, mert akár több is lehet a motor névleges teljesítményénél. A benzin- vagy dízelmotorok mechanikus hatásfoka 35-42% körüli, a fennmaradó 58-65% hőenergia a hűtőlevegővel és a kipufogógázzal jelenleg hasznosulatlanul távozik. Ha a hűtést vagy fűtést az eddig nem hasznosított hulladékhők felhasználásával működtetjük, akkor a jármű széndioxid- és egyéb károsanyag-kibocsátása is csökken az el nem fogyasztott tüzelőanyag függvényében. Itt akár a füstgáz víztartalma is lehet a hőátvivő közeg. Vagyis kiválthatóak az autóhűtőkben jelenleg használt, az éghajlatot nagyarányban károsító F-gázok.
Peltier hőszivattyúk – termoelektromos generátor hajtánnyal
Más korszerű, hajtógázmentes hűtési lehetőségek is lennének. A Peltier elemes, félvezető mátrix alapú hőszivattyúkat az elektromos hűtőtáskákból már ismerhetjük. Vannak ezeknél nagyobb teljesítményű hűtő-fűtő elemek is: a Peltier-lapoknak a két oldalára ragasztott hűtőbordák, melyek elhelyezhetők egy kettős légcsatornába. A hőszivattyú az egyik csatornába áramló levegőt melegíti, a másikat hűti.
A Peltier-elem alapú hőszivattyúk működéséhez nincs szükség vivőgázokra. Akár több zónába, személyre szabott teljesítménnyel, decentralizálva is elhelyezhetők, és kis helyen elférnek. Elektromos egyenárammal működnek, mozgó alkatrészek nélkül, így könnyen szabályozhatók. A polaritás megfordításával változtatható a hőszállítás iránya. Így egy egység lehet a fűtő- és hűtőgép.
A működtetéshez szükséges elektromos áramot pedig a kipufogóba épített termo-elektromos generátor (TEG) is biztosíthatja.
Ezek a ma még kísérleti stádiumban lévő maradékhő-hasznosító berendezések az eddig hasznosulatlan kipufogógáz-hőnek 4-5%-át képesek hasznosítani. Elvi lehetőség a 12-34%-os hatásfok elérése. Ez az energiamennyiség akár több is lehet, mint a Peltier-elemes hőszivattyú várható energiaszükséglete, vagyis más célokra is felhasználható, tehát a jármű fajlagos üzemanyag-felhasználása, a károsanyag-kibocsátás, a széndioxid-kibocsátás tovább csökkenthető.
Összefoglalva: találhatunk a műszaki életben olyan működő részmegoldásokat, amelyekből összeállított rendszer aktívan csökkenthetné a járműveink hűtési és fűtési hőigényét. F-gáz nélküli technológiával akár decentralizált hűtési és fűtési rendszert állíthatunk össze úgy, hogy a meghajtásához szükséges energiát megújuló és/vagy eddig nem hasznosított hulladékhők felhasználásával fedeznénk. Ez a komplex környezetbarát klímarendszer nemcsak a személygépkocsikban lenne használható, de buszokon, mozdonyokon, hajókon is jól alkalmazható lenne.
Andó Zoltán
fejlesztőmérnök
(Készült a Levegő Munkacsoport felkérésére)