Nejjednodušší způsob, jak vyrobit z elektřiny teplo, je poslat ji skrze vodič o určitém odporu odpovídajícím našim potřebám. Elektrická energie se změní v tepelnou a ventilátor nám ji distribuuje do interiéru vozidla. Jde to ale i jednodušeji.
Jak funguje tepelné čerpadlo a proč je o tolik lepší než odporový drát?
Články na téma elektromobily a zima:
- Nabíjení elektromobilu v zimě není téma
- Dojezd elektromobilů v zimě – jak moc je to omezující?
- Tepelné čerpadlo: Bez něj už elektromobil nekupujte
- Proč je tepelné čerpadlo efektivnější než odporový drát? - právě čtete
Tepelné čerpadlo je základ
Tepelné čerpadlo začíná být u elektromobilů standardem. A není to jen kvůli tomu, že se automobilky snaží působit moderně. Jde o velmi praktickou věc. Jakmile teplota klesne a potřebujete vytopit interiér, v elektromobilu to najednou není „jen tak“. Každý watt se počítá, protože si ho bereme přímo z trakční baterie, nikoliv z odpadního tepla spalováku. A právě tady se láme chleba mezi odporovým drátem, tedy starší technologií, a tepelným čerpadlem.
Jak funguje odpor a teplo
Odporové topení funguje naprosto jednoduše: elektrický proud projde vodičem o určitém odporu a ten se zahřeje. Účinnost? Prakticky stoprocentní, respektive zhruba na úrovni 95 %. Co dodáte, to víceméně dostanete. Z jedné kilowatthodiny elektřiny tak vznikne zhruba jedna kilowatthodina tepla. V praxi to znamená, že pokud auto vytápíte výkonem tři kilowatty, odebíráte z baterie asi tři kilowatty. A je jedno, zda jedete z kopce, po dálnici nebo stojíte na místě.
Přesouvání tepla
Tepelné čerpadlo k tomu přistupuje úplně jinak. Neprodukuje teplo samo o sobě, ale přenáší ho z okolí do interiéru. Využívá k tomu chladivo, kompresor a expanzní ventil – podobně jako klimatizace, jen obráceně. Díky tomu dokáže za jednu kilowatthodinu elektřiny dodat i tři nebo čtyři kilowatthodiny tepla. Není v tom žádná magie, je to proto, že si část energie bere zvenčí.
Následně je tento plyn stlačen kompresorem, takže se zvedne jeho teplota. Tepelnou energii následně plyn předá dál do interiéru auta, což ho zároveň ochladí, takže zkondenzuje a vrátí se do kapalného skupenství, avšak stále s vysokým tlakem. Jakmile ale projde expanzním ventilem, sníží se jeho tlak a teplota ještě o něco klesne. To už se dostáváme na začátek dalšího cyklu.
Jak velká je úspora?
Jednoduchý příklad: chceme topit výkonem 3 kW a účinnost (COP) je 3. Baterie dodá jen 1 kW, zbylé 2 kW „pocházejí“ z okolního vzduchu. U odporového topení potřebujeme dodat celou hodnotu, tedy 3 kW. Rozdíl je tedy úspora dvou kilowattů. Při delší jízdě v zimě to může znamenat rozdíl v dojezdu klidně i několik desítek kilometrů.
To celé jen kvůli topení. A teď si představte, že venku mrzne a vy máte zapnuté vyhřívání sedadel, okna musíte často odmlžovat a jedete po dálnici. Každý kilometr se pak počítá.
Účinnost není vždy stejná
Je fér dodat, že tepelné čerpadlo není bezchybný systém. Při teplotách hluboko pod nulou, tedy typicky kolem −15 °C a méně, ztrácí účinnost. V takovém případě některé vozy automaticky přepnou zpět na odporové topení, pokud mají duální systém. Na druhou stranu, většinu zimních dní v Česku trávíme spíš mezi −5 a +5 °C, kde čerpadlo pořád funguje dobře. A právě v tomto rozsahu přináší největší úspory.
Někde kolem -7 až -10 °C účinnost čerpadla klesá, ale pořád to bude nad 2 (COP 2). Za skutečně extrémních mrazů, tedy kolem -20 °C účinnost tepelného čerpadla padá k hodnotě 1.
Jeden zajímavý vedlejší efekt: tepelné čerpadlo se nepoužívá jen pro vytápění kabiny, ale i pro temperaci baterie. Pomáhá ji ohřát před rychlým nabíjením nebo naopak ochladit při dlouhém zatížení. A temperovaná baterie se chová výrazně lépe – dokáže přijímat vyšší nabíjecí výkon a méně se opotřebovává.
Složitější systém
Odporový drát má jednu výhodu, funguje okamžitě a je technicky jednoduchý. Tepelné čerpadlo je složitější, dražší a v extrémech méně efektivní. Ale v běžných zimních podmínkách dokáže výrazně prodloužit dojezd. A to je důvod, proč se dnes montuje do většiny moderních elektromobilů. Trestuhodně bohužel u některých stále za příplatek.
Zdroj médií: Depositphotos.