O ile klima i ogrzewanie zwiększają zużycie paliwa w samochodzie hybrydowym?

W hybrydzie użycie klimatyzacji, zwłaszcza podczas krótkich przejazdów, może obniżyć ekonomikę paliwową o ponad 25%; natomiast ogrzewanie w zimne dni wyraźnie zmniejsza zasięg i wydajność. Obciążenie energetyczne rozkłada się między silnik a baterię, dlatego w hybrydach wpływ klimatyzacji może być mierzalnie większy niż w pojazdach konwencjonalnych. Dzięki prawidłowym nawykom wentylacji i klimatyzacji znaczną część tych strat można odzyskać.

O ile naprawdę klimatyzacja zwiększa zużycie w hybrydzie?

Sprężarka klimatyzacji jest jednym z niewielu odbiorników, które przez cały czas pracy pojazdu wymagają stałej mocy mechanicznej lub elektrycznej, a źródłem tej mocy ostatecznie jest paliwo. Zmierzone skutki wahają się w szerokim zakresie w zależności od warunków użytkowania: w jeździe miejskiej przy włączonej klimatyzacji odnotowano spadek ekonomiki paliwowej do 21%, a przy bardzo wysokiej temperaturze i na krótkich trasach podaje się, że wartość ta może przekraczać 25%. W hybrydach sprawa jest nieco subtelniejsza; w trybie elektrycznym moc pobierana przez sprężarkę pochodzi bezpośrednio z baterii, gdy bateria się wyczerpuje, silnik częściej się włącza, a wzrost zużycia ujawnia się na dwóch poziomach.

Z punktu widzenia inżynierii jasne jest, dlaczego wpływ jest większy na krótkich trasach: gdy różnica temperatur w kabinie jest największa, system pracuje z pełną mocą i jeszcze nie osiągnął stanu ustalonego. Podczas dłuższej podróży, gdy klimatyzacja osiągnie docelową temperaturę, pracuje już tylko w trybie podtrzymania; wydajność przy stałej prędkości na autostradzie wchłania część tego obciążenia. Na krótkim dystansie miejskim system przez całą trasę pracuje w najbardziej wymagającym punkcie, mianownik dystansu pozostaje mały, a procent rośnie.

Dlaczego liczby tak bardzo się różnią?

Naturalne jest widzenie rozbieżności między podawanymi procentami wpływu klimatyzacji, ponieważ warunki pomiaru są różne: temperatura zewnętrzna, czas podróży, proporcja miasta/autostrady i docelowa temperatura w kabinie bezpośrednio zmieniają wynik. W łagodny dzień klimatyzacja pracująca na średnim ustawieniu zwiększa zużycie o kilka procent, ale na szczycie upału, przy krótkim dystansie, strata może przekroczyć dwadzieścia procent. Praktyczny wniosek jest taki: najgorszy scenariusz dotyczy krótkich przejazdów w upalne dni; w łagodne dni i na dłuższych trasach wpływ jest znacznie mniejszy.

Różnica między sprężarką elektryczną a sprężarką napędzaną silnikiem

W klasycznym systemie sprężarka klimatyzacji pobiera moc z paska silnika: jeśli silnik nie pracuje, klimatyzacja nie działa, a nawet na biegu jałowym sprężarka obciąża silnik. W hybrydach powszechnym rozwiązaniem jest sprężarka napędzana elektrycznie; jest zasilany z wysokonapięciowej baterii, pracuje niezależnie od obrotów silnika i w każdym zakresie obrotów może zapewnić docelową wydajność chłodzenia. Ta niezależność ma dwie praktyczne konsekwencje: w trybie elektrycznym kabinę można chłodzić, a obrotami sprężarki można precyzyjnie sterować w zależności od potrzeb, bez pobierania niepotrzebnej mocy.

Pod względem liczbowym zmierzono, że sprężarka napędzana elektrycznie poprawia wydajność chłodzenia w porównaniu z układem paskowym w przedziale 15-54% oraz zapewnia zmniejszenie zużycia paliwa. Źródłem tej poprawy nie jest sama wydajność sprężarki, lecz możliwość sterowania układem: energia nie jest sama w sobie wykonaną pracą - różnicę robi wykonanie pracy we właściwym czasie i we właściwej dawce. Niemniej jednak trzeba czytać z rozwagą; według niektórych użytkowników maksymalna wydajność chłodzenia sprężarek elektrycznych może ustępować mocnym jednostkom napędzanym paskiem. Oznacza to, że sprężarka elektryczna wygrywa pod względem efektywności, ale pod względem maksymalnej wydajności nie jest w każdej zastosowaniu równorzędna.

Dla użytkowników hybryd oznacza to w praktyce podczas jazdy: gdy klimatyzacja jest włączona, nagłe włączenie się silnika jest normalne, ale w pojazdach ze sprężarką elektryczną zdarza się to rzadziej. Układ HVAC i tak może uruchomić silnik benzynowy; dla tych, którzy chcą ograniczyć takie uruchamiania, tryby eko-klimatyzacji zmniejszają obciążenie baterii, chroniąc elektryczny zasięg.

Jak ogrzewanie wpływa na zużycie i zasięg w zimną pogodę?

Zimno to najtrudniejszy wróg efektywności hybrydy. W temperaturach około -7°C zmierzono średni spadek ekonomii paliwowej hybryd o 22,8%; doświadczenia użytkowników opisują tę stratę zwykle w przedziale dwudziestu kilku do trzydziestu kilku procent, a nawet ze stratą około 10 MPG na zbiornik. Długoterminowe pomiary właściciela hybrydowej Hondy Civic podsumowują sytuację: samochód, który latem osiągał 45-47 MPG, zimą spada do poziomu 36-38 MPG. Przyczyna jest wielowarstwowa: zimna bateria przyjmuje i oddaje mniej mocy, silnik pracuje nieefektywnie, dopóki nie osiągnie idealnej temperatury, a ogrzewanie kabiny wymaga dodatkowej energii.

Grzałka oporowa czy pompa ciepła?

Rachunek energetyczny ogrzewania kabiny zależy od tego, jaką technologią ogrzewasz. Grzałka oporowa zamienia 100% pobieranej energii elektrycznej w ciepło; współczynnik efektywności (COP) wynosi 1 i w zimną pogodę pobiera dużą moc z baterii, co w niektórych przypadkach może zmniejszyć zasięg nawet o 30%. Pompa ciepła działa odwrotnie: dla każdej jednostki zużytej energii elektrycznej może wygenerować 3-4 jednostki ciepła wraz z ciepłem pobranym z zewnętrznego powietrza. Różnica w efektywności jest również wyraźna: w umiarkowanym chłodzie pompa ciepła zmniejsza zasięg o około 20%, podczas gdy grzałka oporowa o 33%; przy około 0°C zaobserwowano poprawę ekonomii paliwowej układów z pompą ciepła nawet o 13,4%.

Wpływ ogrzewania jest znacznie większy podczas krótkich podróży. Gdy kabina i silnik są zimne, układ próbuje ogrzewać z pełną mocą; jeśli podróż jest krótka, to wysokie obciążenie nigdy nie zostaje zrekompensowane. Wpływ ogrzewania na zasięg w trybie elektrycznym działa według tej samej logiki: każdy dodatkowy kilowat pobrany z baterii zmniejsza zasięg elektryczny, a silnik włączając się przekłada go na zużycie paliwa.

Miasto czy autostrada: Gdzie obciążenie waży więcej?

Naturalną domeną hybrydy jest ruch stop-and-go; dzięki hamowaniu rekuperacyjnemu i wsparciu silnika elektrycznego wartości miejskie w większości hybryd są lepsze niż autostradowe, a producenci zwykle podają liczby w przedziale 48-60 MPG. Jednak klimatyzacja zmienia ten obraz: przy niskich prędkościach w mieście dodatkowe obciążenie klimatyzacji i ogrzewania nakłada się na ogólny przepływ energii w stosunkowo dużym stopniu. Na autostradzie całkowite zużycie jest wysokie, więc udział klimatyzacji spada, ale z powodu oporu aerodynamicznego i stałej wysokiej prędkości wydajność autostradowa hybrydy i tak w większości modeli nie dorównuje wartościom miejskim. Scenariusz, w którym najsilniej poczujesz obciążenie klimatyzacji, to krótka i zimna jazda miejska; najłagodniej odczujesz go podczas dłuższej jazdy autostradowej w umiarkowanej temperaturze ze stałą prędkością.

Konkretne sposoby ograniczenia kosztów klimatyzacji

Większość tego obciążenia można zmniejszyć poprzez nawyki użytkowania. Celem klimatyzacji kabiny jest zapewnienie wymaganego komfortu przy minimalnym zużyciu energii; praktyczne wskazówki, które można zastosować:

• Używaj trybu obiegu zamkniętego (recirculation): Ponowne schłodzenie już schłodzonego powietrza wymaga znacznie mniej energii niż schładzanie gorącego powietrza z zewnątrz i szybciej chłodzi kabinę.
• Przed startem przewietrz: W ciepłe dni najpierw otwórz okna i wypuść nagromadzone gorące powietrze, a potem włącz klimatyzację na niskim ustawieniu. Parkowanie w cieniu lub stosowanie osłon przeciwsłonecznych bezpośrednio zmniejsza obciążenie początkowe.
• Utrzymuj wentylator na średnich obrotach: Gdy przy maksymalnej prędkości wentylatora osiągniesz żądaną temperaturę, zmniejsz obroty; rozsądne jest krótkie szybkie chłodzenie wysokimi obrotami przy wejściu, a potem przejście na średnie.
• Wybieraj podgrzewanie foteli i kierownicy: Te podgrzewacze ogrzewają ciało bezpośrednio i zużywają znacznie mniej energii niż podgrzewanie całego powietrza w kabinie; gdy kabina się nagrzeje, wyłącz je.
• Korzystaj z trybów ECO i eko-klimatyzacji: Te tryby ograniczają obciążenie HVAC i zmniejszają zbędne uruchamianie silnika. W ruchu stop-and-go rezygnuj też z wrzucania na N.

Najskuteczniejszy ruch po stronie ogrzewania można wykonać przed rozpoczęciem podróży: wstępne podgrzanie kabiny podczas ładowania pokrywa obciążenie ogrzewania z gniazdka i zostawia baterię świeżą i w pełni naładowaną na podróż. W zimne dni przy pierwszym wejściu do auta łączne użycie trybu obiegu zamkniętego z nawiewami na szybę i na stopy sprawia, że kabina szybko osiąga komfortową temperaturę. Na trasach ekspresowych utrzymywanie stałej prędkości tempomatem pozwala utrzymać obciążenie silnika i baterii na przewidywalnym poziomie, ograniczając względny wpływ klimatyzacji.

Podsumowanie: Zmierz straty, a potem nimi zarządzaj

W hybrydzie klimatyzacja i ogrzewanie to zmienna, która powoduje straty od drobnych różnic rzędu jednego procenta, w zależności od warunków użytkowania, aż po straty sięgające dwudziestu kilku procent. Klimatyzacja najdrożej kosztuje podczas krótkich, ciepłych podróży miejskich; natomiast ogrzewanie zimą topi jednocześnie i MPG, i elektryczny zasięg. Technologie takie jak elektryczna sprężarka i pompa ciepła strukturalnie obniżają ten koszt, ale zyski po stronie kierowcy - wietrzenie, cyrkulacja, wstępne ogrzewanie, ogrzewanie punktowe - wciąż są najtańszym i najbardziej dostępnym narzędziem efektywności. Jeśli zapiszesz dane z OBD albo średnie zużycie ze wskaźników osobno przy włączonej i wyłączonej klimatyzacji, możesz zmierzyć rzeczywisty współczynnik swojego auta w ciągu kilku zatankowań; dalej to już czysta praca nad zarządzaniem.

Źródła

• Czy klimatyzacja naprawdę wpływa na moje spalanie?
• Czy klimatyzacja samochodowa spala więcej paliwa?
• Włącz klimatyzację, a zasięg hybrydy spadnie
• Jak wysokie i niskie temperatury wpływają na zasięg aut elektrycznych i hybryd
• Badanie: O ile pompa ciepła zwiększa zasięg auta elektrycznego
• Wpływ elektrycznej sprężarki w samochodowym układzie klimatyzacji na zużycie paliwa i osiągi - analiza
• Wybór elektrycznej sprężarki do pojazdów terenowych
• Dlaczego hybrydy mają świetne spalanie w mieście?
• Korzystanie z klimatyzacji w hybrydach & PHEV
• Twój przewodnik po autach elektrycznych zimą
• Jak zmaksymalizować MPG w autach hybrydowych
• Jak wycisnąć maximum ze swojego auta elektrycznego zimą
• Zrozumieć zużycie paliwa w pojazdach hybrydowych