Pompa ciepła w samochodzie elektrycznym – jak działa i dlaczego zwiększa zasięg?

Pompa ciepła to urządzenie służące do ogrzewania wnętrza samochodu, które wykorzystuje energię cieplną zgromadzoną w otoczeniu. Działa podobnie jak pompa ciepła stosowana w budynkach, jednak jest znacznie mniejsza i przystosowana do pracy w pojeździe.

Jej głównym zadaniem jest zapewnienie komfortowej temperatury w kabinie przy jak najmniejszym zużyciu energii z akumulatora trakcyjnego.

Dlaczego ogrzewanie ma tak duże znaczenie?

W samochodzie z silnikiem spalinowym ciepło do ogrzewania kabiny pochodzi z rozgrzanego silnika. W aucie elektrycznym podczas pracy wytwarzana jest bardzo niewielka ilość ciepła, dlatego wnętrze trzeba ogrzewać w inny sposób.

Najprostszym rozwiązaniem jest grzałka elektryczna. Działa ona podobnie jak farelka – zamienia energię elektryczną bezpośrednio na ciepło. Jest skuteczna, ale pobiera dużo energii z akumulatora, co może znacznie zmniejszyć zasięg pojazdu, szczególnie zimą.

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła nie wytwarza ciepła bezpośrednio z energii elektrycznej. Zamiast tego pobiera energię cieplną z otaczającego powietrza i przekazuje ją do wnętrza samochodu. Proces ten odbywa się dzięki czynnikowi chłodniczemu, który krąży w zamkniętym obiegu. Podczas zmian ciśnienia i temperatury czynnik odbiera ciepło z otoczenia, a następnie oddaje je do kabiny pojazdu.

Do napędu całego układu potrzebna jest energia elektryczna, jednak jej zużycie jest znacznie mniejsze niż w przypadku klasycznej grzałki.

Pompa ciepła a grzałka elektryczna

Największa różnica polega na sposobie uzyskiwania ciepła. Grzałka elektryczna zamienia energię elektryczną bezpośrednio na ciepło, dlatego na każdą jednostkę zużytej energii uzyskuje około jednej jednostki ciepła.

Pompa ciepła wykorzystuje energię zgromadzoną w otoczeniu. Dzięki temu z jednej jednostki energii elektrycznej może dostarczyć nawet od dwóch do czterech jednostek ciepła, w zależności od temperatury zewnętrznej. Oznacza to znacznie większą efektywność energetyczną.

Wpływ na zasięg samochodu

Największe korzyści z zastosowania pompy ciepła odczuwalne są zimą. W niskich temperaturach ogrzewanie kabiny za pomocą tradycyjnej grzałki elektrycznej może znacząco zwiększyć zużycie energii zgromadzonej w akumulatorze, co przekłada się na skrócenie zasięgu pojazdu. Pompa ciepła pozwala ograniczyć zapotrzebowanie na energie potrzebną do ogrzewania, dzięki czemu większa jej część może zostać wykorzystana do napędzania samochodu.

W praktyce zastosowanie pompy ciepła może zmniejszyć zużycie energii na ogrzewanie nawet o kilkadziesiąt procent w porównaniu z grzałką elektryczną. Rzeczywiste oszczędności zależą jednak od temperatury zewnętrznej, długości podróży oraz stylu jazdy.

Czy pompa ciepła działa podczas silnych mrozów?

W temperaturach około -15°C i niższych pompa ciepła nadal pracuje, ale dostarcza mniej ciepła niż przy temperaturach bliskich zera. Z tego powodu wiele samochodów elektrycznych automatycznie uruchamia dodatkową grzałkę elektryczną, która wspomaga ogrzewanie kabiny.

Czy pompa ciepła chłodzi wnętrze samochodu latem?

Latem pompa ciepła działa jak klimatyzacja. Odbiera („pompuje”) ciepło z wnętrza samochodu i odprowadza je na zewnątrz, zapewniając komfortową temperaturę w kabinie. Zimą kierunek przepływu czynnika chłodniczego zostaje odwrócony, dzięki czemu ten sam układ pobiera energię cieplną z otoczenia i wykorzystuje ją do ogrzewania wnętrza pojazdu. Dzięki możliwości odwrócenia obiegu układ zapewnia chłodzenie, jak i ogrzewanie.

Czy pompa ciepła reguluje temperaturę akumulatora?

W wielu samochodach elektrycznych układ pompy ciepła obsługuje kilka obiegów cieplnych jednocześnie. Za pomocą zaworów kieruje przepływem ciepła (czynnika chłodzącego) pomiędzy otoczeniem, kabiną oraz układem napędowym. Jednocześnie współpracuje z systemem zarządzania temperaturą akumulatora trakcyjnego. Pomaga w jego chłodzeniu podczas upałów oraz ogrzewaniu w niskich temperaturach, co sprzyja utrzymaniu wysokiej sprawności baterii, umożliwia szybsze ładowanie i ogranicza jej zużycie.

W samochodach wyposażonych w bardziej zaawansowany system zarządzania temperaturą akumulator i kabina mogą być chłodzone (oraz ogrzewane) w dużej mierze niezależnie od siebie. Dzięki temu podczas szybkiego ładowania w upalne dni klimatyzacja nadal skutecznie chłodzi wnętrze, jednocześnie odprowadzając nadmiar ciepła z akumulatora.

Podsumowanie

Pompa ciepła w samochodzie elektrycznym działa na tej samej zasadzie co pompa ciepła stosowana w budynkach – zamiast wytwarzać ciepło, przenosi je z otoczenia do wnętrza pojazdu. Dzięki temu zużywa znacznie mniej energii niż tradycyjna grzałka elektryczna.

Największą zaletą jest zwiększenie efektywności energetycznej i ograniczenie spadku zasięgu zimą. Z tego powodu pompa ciepła staje się coraz częściej standardowym wyposażeniem samochodów elektrycznych.

W następnym artykule przybliżę temat samochodów elektrycznych pełniących funkcję magazynów energii.

Gminny Doradca Klimatyczny

MK

zdj. wygenerowane przez AI