HVAC : سیستم تهویه خودرو

این روزها هوا رو به گرم شدن آورده 

 

سیستم هایHVAC (Heating,Ventilation And Condotioning)

این سیستم ها در خودروها نقش مهمی در بهبود راحتی و ایمنی رانندگان و سرنشینان ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها، با کنترل دما، رطوبت و جریان هوا، شرایط مناسبی را در داخل کابین خودرو ایجاد می‌کنند. در این مقاله، به بررسی تاریخچه و مراحل تکامل این سیستم‌ها در خودروها می‌پردازیم.

تصویر تولید شده توسط هوش مصنوعی 

تاریخچه پیدایش سیستم‌های HVAC در خودروها:

سیستم‌های گرمایشی و تهویه هوا در خودروها از دهه ۱۹۳۰ به تدریج معرفی شدند. در اوایل این دهه، خودروها عمدتاً فاقد سیستم‌های گرمایشی و تهویه مناسب بودند و رانندگان و سرنشینان برای گرم نگه داشتن کابین از بخاری‌های جداگانه و یا پوشیدن لباس‌های گرم استفاده می‌کردند. بعضی‏ها هم تلاش کردند که با تکنیک های‏ مختلف هوای داخل کابین را به نحوی تهویه کنند و دما را به حد مطلوب برسانند که در این مسیر  اولین سیستم گرمایشی ساده که به ‌صورت مستقیم از گرمای موتور خودرو استفاده می‌کرد، به بازار آمد. این سیستم ابتدایی هوا را از نزدیکی موتور عبور می‌داد و سپس آن را به داخل کابین هدایت می‌کرد.

اولین سیستم تهویه مطبوع خودرو در سال ۱۹۳۹ توسط شرکت پکارد (Packard, 1899)

در آمریکا معرفی شد. این سیستم اولیه، تنها قابلیت خنک‌سازی هوای کابین را داشت و فاقد تنظیمات پیچیده‌ای مانند کنترل دما بود. به‌ علت هزینه بالا و اشکالات فنی، این سیستم موفقیت تجاری زیادی به‌دست نیاورد، اما به‌عنوان نقطه شروعی برای توسعه سیستم‌های تهویه مطبوع مدرن در نظر گرفته می‌شود.

مراحل تکامل سیستم‌های HVAC در خودروها

به تدریج سرعت تکامل سیستم های تهویه در خودروها سرعت گرفت و در هر مرحله امکانات جدیدی به این سیستم ها اضافه گردید.

۱.  دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰: بهبود سیستم‌های تهویه و خنک‌کننده

   در دهه ۱۹۵۰، شرکت‌های خودروسازی به دنبال ایجاد سیستم‌های کارآمدتری برای تهویه و خنک‌سازی بودند. سیستم‌های تهویه مطبوع در این دوره بهبود یافتند و امکان کنترل دمای کابین و تنظیم شدت جریان هوا فراهم شد. به‌عنوان مثال، شرکت شورولت (Chevrolet) در سال ۱۹۵۴ سیستم تهویه مطبوع خود را معرفی کرد که قابلیت نصب در مدل‌های مختلف خودروها را داشت.

۲.  دهه ۱۹۷۰: معرفی سیستم‌های ترکیبی و بهینه‌سازی مصرف انرژی   

   با بحران انرژی دهه ۱۹۷۰، تولیدکنندگان خودرو به سمت طراحی سیستم‌های HVAC کارآمدتر و با مصرف انرژی کمتر حرکت کردند. سیستم‌های ترکیبی که هم گرمایش و هم سرمایش را ارائه می‌دادند، معرفی شدند. این سیستم‌ها امکان کنترل بیشتری بر روی دما و تهویه کابین فراهم می‌کردند.

۳.  دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰: استفاده از فناوری الکترونیکی و دیجیتال   

   در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، با پیشرفت فناوری الکترونیکی، کنترل‌های دیجیتالی و سیستم‌های اتوماتیک به سیستم‌های HVAC اضافه شدند. شرکت‌های خودروسازی از حسگرهای دما و رطوبت در سیستم‌ها استفاده کردند تا دما و شرایط داخلی کابین به‌صورت خودکار تنظیم شود. برای مثال، سیستم‌های تهویه مطبوع اتوماتیک به راننده اجازه می‌دادند که دمای دلخواه را تعیین کنند و سیستم به‌طور خودکار آن دما را حفظ می‌کرد.

۴. دهه ۲۰۰۰ به بعد: تکنولوژی پیشرفته و سیستم‌های هوشمند   

   با ورود به دهه ۲۰۰۰، سیستم‌های HVAC به‌طور فزاینده‌ای هوشمندتر و کارآمدتر شدند. سیستم‌های دو و چند منطقه‌ای به راننده و سرنشینان امکان دادند تا هر کدام دمای دلخواه خود را تنظیم کنند. علاوه بر این، فناوری‌هایی مانند استفاده از سیستم‌های تهویه هوا با جریان‌های چند مرحله‌ای، فیلترهای باکیفیت و سیستم‌های تهویه فعال برای تصفیه هوا در داخل کابین نیز اضافه شد. بسیاری از خودروهای امروزی از سیستم‌های هوشمندی بهره می‌برند که می‌توانند به‌صورت خودکار شرایط آب و هوایی را تشخیص داده و بر اساس آن تنظیمات HVAC را اعمال کنند.

۵. تأثیر خودروهای الکتریکی بر سیستم‌های HVAC

   با ظهور خودروهای الکتریکی و هیبریدی، نیاز به سیستم‌های HVAC کارآمدتر به‌ویژه در مصرف انرژی افزایش یافت. برخلاف خودروهای سوختی که از گرمای موتور برای گرم‌کردن کابین استفاده می‌کنند، خودروهای الکتریکی نیاز به سیستم‌های گرمایشی خاص دارند که انرژی کمی مصرف کنند. برخی از خودروسازان از پمپ‌های حرارتی برای بهبود بهره‌وری انرژی در این خودروها استفاده می‌کنند.

 

اجزای تشکیل دهنده HVAC

سیستم HVAC در خودروها از اجزای متعددی تشکیل شده که هر کدام وظیفه خاصی را برای تنظیم و کنترل دما، رطوبت و جریان هوا بر عهده دارند. اجزای اصلی این سیستم شامل موارد زیر است:

۱. کمپرسور (Compressor)

کمپرسور قلب سیستم سرمایش در HVAC است.

این قطعه با فشرده‌سازی گاز مبرد (معمولاً گاز R134a یا R1234yf)، آن را به سمت کندانسور می‌فرستد. کمپرسور از موتور خودرو برای فشرده‌سازی گاز استفاده می‌کند و باعث گردش مبرد در سیستم می‌شود.

۲. کندانسور (Condenser)

کندانسور، قطعه‌ای مشابه رادیاتور است که معمولاً در جلوی خودرو قرار می‌گیرد. مبرد فشرده‌شده و داغ از کمپرسور وارد کندانسور شده و در آنجا با کمک جریان هوا خنک می‌شود. این عمل باعث می‌شود که مبرد از حالت گازی به حالت مایع تبدیل شود.

۳. اواپراتور (Evaporator)

اواپراتور یک مبدل حرارتی است که در داخل کابین خودرو نصب شده است. مایع مبرد پس از خروج از کندانسور و عبور از شیر انبساط به اواپراتور وارد می‌شود. در اواپراتور، مبرد دوباره به گاز تبدیل می‌شود و طی این فرآیند، حرارت داخل کابین را جذب کرده و هوا را خنک می‌کند. سپس هوای خنک شده توسط فن به کابین وارد می‌شود.

۴. شیر انبساط (Expansion Valve) یا لوله اورفیس (Orifice Tube)

شیر انبساط یا لوله اورفیس وظیفه کنترل جریان مبرد به اواپراتور را بر عهده دارد. این شیر باعث کاهش فشار و دمای مبرد می‌شود و آن را به حالت مایع سرد درآورده تا بتواند در اواپراتور حرارت را جذب کند.

۵. فن یا بلوئر (Blower)

فن یا بلوئر، هوای کابین را از روی اواپراتور و گرم‌کن عبور می‌دهد. این فن می‌تواند سرعت‌های مختلفی داشته باشد و بسته به نیاز، جریان هوای خنک یا گرم را به کابین هدایت کند. فن های کولر/بخاری خودرو در حالت فول لود بیش از 14 آمپر از سیستم برق خودرو جریان می کشند. البته میزان جریان کشی سیستم تهویه به وضعیت اکچویتورها و جهت و وضعیت گردش هوا در HVAC نیز بستگی دارد. هرچه فن تحت فشار بیشتری برای جابجایی هوا باشد میزان جریان کشی آن نیز بیشتر خواهد بود. 

۶. هیتر کور (Heater Core)

هیتر کور یک مبدل حرارتی دیگر است که برای گرم‌کردن کابین استفاده می‌شود. این قطعه معمولاً با آب گرم خروجی از موتور کار می‌کند. آب گرم از موتور وارد هیتر کور شده و هوای عبوری را گرم می‌کند و سپس توسط فن به داخل کابین هدایت می‌شود.

۷. فیلتر کابین (Cabin Filter)

فیلتر کابین یا فیلتر هوای داخل کابین، ذرات گرد و غبار، آلودگی‌ها و گرده‌های موجود در هوا را فیلتر می‌کند. این فیلتر باعث می‌شود هوای ورودی به کابین تمیز و سالم باشد. اگر به سلامت موتور خودرو اهمیت می دهید و در هر نوبت سرویس تعویض روغن خودرو فیلتر های هوا و روغن موتور را تعویض می کنید پس حتما به سلامت خود هم اهمیت داده و فیلتر هوای اتاق را هم تعویض کنید. 

۸. دریچه‌های هوا (Air Vents) و دمپرها (Dampers)

دریچه‌های هوا و دمپرها به توزیع هوای مطبوع در نقاط مختلف کابین کمک می‌کنند. دمپرها مسیر هوای گرم یا سرد را به سمت دریچه‌های مختلف هدایت می‌کنند و به راننده و سرنشینان امکان می‌دهند که هوای مطبوع را در قسمت‌های دلخواه دریافت کنند.

۹. سنسورها و کنترل‌ها (Sensors and Controls)

سنسورها مانند سنسور دما، رطوبت و فشار به سیستم کمک می‌کنند تا شرایط محیطی و داخل کابین را تشخیص دهد. با استفاده از این سنسورها، سیستم HVAC می‌تواند دما و شرایط را به‌صورت خودکار تنظیم کند. کنترل‌ها نیز شامل پنل کنترل در خودرو می‌شوند که به راننده امکان می‌دهند دما، سرعت فن و سایر تنظیمات را تغییر دهد. عمدتاً سنسورهای دمای تهویه مبتنی بر مقاومت متغیر با دما ntc یا ptc هستند و با دقت نسبتاً قابل قبولی می توانند دمای HVAC و اواپراتور را حس کنند و به موقع به ECU فرمان قطع و وصل بدهند. 

۱۰. سیستم مدیریت هوشمند (Climate Control Module)

در سیستم‌های پیشرفته، ماژول‌های مدیریت هوشمند یا واحد کنترل آب و هوا وجود دارند که وظیفه کنترل و هماهنگ کردن عملکرد اجزای مختلف HVAC را بر عهده دارند. این ماژول‌ها به‌ویژه در خودروهای دارای سیستم‌های تهویه مطبوع خودکار به کار می‌روند. بین کنترل پنل و سایر اجزاء الکتریکی و الکترونیکی سیستم تهویه خودرو ارتباط برقرار است. بطور مثال کنترل پنل ها با یک خط فرمان Vdc یا PWM میزان دور موتور فن را برای فن درایو یا مقاومت فن تعیین می نمایند. 

۱۱. سنسورهای موقعیت دریچه‌ها (Actuators)

این سنسورها در سیستم‌های هوشمند به کار می‌روند و موقعیت دریچه‌ها را به‌صورت الکترونیکی تنظیم می‌کنند تا هوای مطبوع به صورت دقیق‌تری توزیع شود.

 

12. فن درایو یا مقاومت فن

فن درایو یا مقاومت فن که به فراخور نوع کنترل پنل سیستم تهویه خودرو بر روی آن نصب می گردد، با انتخاب راننده دور موتور فن را در حالت های انتخابی ثابت نگه می دارد. این قطعه در مقاله فن درایو کولر/ بخاری خودرو بطور کامل معرفی شده است.

 

این اجزا با همکاری یکدیگر، محیط داخلی راحت و مناسبی را برای سرنشینان فراهم می‌کنند و به راننده این امکان را می‌دهند که در شرایط مختلف آب و هوایی، دمای مطلوب خود را حفظ کند.

 

 

سیستم‌های HVAC خودرو در طول دهه‌ها به‌طور پیوسته تکامل یافته‌اند و از سیستم‌های ساده و ابتدایی به سیستم‌های پیچیده و هوشمند امروزی تبدیل شده‌اند. این پیشرفت‌ها نه تنها راحتی سرنشینان را بهبود بخشیده‌اند بلکه از نظر ایمنی و بهداشت نیز مؤثر بوده‌اند. با توسعه خودروهای الکتریکی و استفاده از فناوری‌های نوین، آینده سیستم‌های HVAC به سمت بهبود بیشتر در بهره‌وری انرژی و تطبیق‌پذیری با شرایط مختلف آب و هوایی پیش می‌رود.