نظرة عامة على إدارة الحرارة داخل مقصورة السيارة (تكييف هواء السيارات)

يُعدّ نظام تكييف الهواء عنصرًا أساسيًا في إدارة الحرارة داخل السيارات. فالسائق والركاب على حدّ سواء يرغبون في الراحة داخل مركباتهم. ومن أهم وظائف تكييف الهواء في السيارات تنظيم درجة الحرارة والرطوبة وتدفق الهواء داخل مقصورة الركاب، لخلق بيئة قيادة وركوب مريحة. ويعتمد مبدأ عمل تكييف الهواء في السيارات على مبدأ فيزيائي حراري، حيث يمتص التبخر الحرارة ويطلقها التكثيف، مما يؤدي إلى تبريد أو تدفئة المقصورة. فعندما تكون درجة الحرارة الخارجية منخفضة، يُدخل النظام هواءً دافئًا إلى المقصورة، مما يُخفف من شعور السائق والركاب بالبرد؛ وعندما تكون درجة الحرارة الخارجية مرتفعة، يُدخل النظام هواءً باردًا إلى المقصورة، مما يزيد من شعور السائق والركاب بالبرودة. لذا، يلعب تكييف الهواء في السيارات دورًا حيويًا في تبريد المقصورة وراحة الركاب. 

1.1 نظام تكييف الهواء في المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود ومبدأ عمله: يتكون نظام تكييف الهواء في المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود بشكل أساسي من أربعة مكونات: المبخر، والمكثف، والضاغط، وصمام التمدد. يتألف تكييف الهواء في السيارات من نظام تبريد، ونظام تدفئة، ونظام تهوية؛ وتشكل هذه الأنظمة الثلاثة مجتمعةً نظام تكييف الهواء الكلي للسيارة. يعتمد مبدأ التبريد في المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود على أربع خطوات: الضغط، والتكثيف، والتمدد، والتبخر. أما مبدأ التدفئة في المركبات التقليدية التي تعمل بالبنزين فيعتمد على الحرارة المهدرة من المحرك لتدفئة مقصورة الركاب. أولًا، يدخل سائل التبريد الساخن نسبيًا من غلاف تبريد المحرك إلى قلب المدفأة. تقوم مروحة بدفع الهواء البارد عبر قلب المدفأة، ثم يُدفع الهواء الساخن إلى مقصورة الركاب لتدفئة النوافذ أو إزالة الصقيع عنها. بعد ذلك، يعود سائل التبريد إلى المحرك بعد خروجه من المدفأة، مُكملاً بذلك دورة واحدة.

1.2 نظام تكييف الهواء في مركبات الطاقة الجديدة ومبدأ عمله

يختلف نظام التدفئة في مركبات الطاقة الجديدة اختلافًا كبيرًا عن نظام التدفئة في المركبات التقليدية التي تعمل بالبنزين. تستخدم المركبات التقليدية التي تعمل بالبنزين حرارة المحرك المهدرة، والتي تنتقل إلى مقصورة الركاب عبر سائل التبريد، لرفع درجة حرارتها. أما مركبات الطاقة الجديدة، فلا تحتوي على محرك، وبالتالي لا يوجد نظام تدفئة يعتمد على المحرك. لذلك، تستخدم مركبات الطاقة الجديدة طرق تدفئة بديلة. فيما يلي شرح لبعض طرق التدفئة التي تعتمد على تكييف الهواء في مركبات الطاقة الجديدة. 

1) التسخين بالثرمستور ذي معامل درجة الحرارة الموجب (PTC): المكون الرئيسي لنظام PTC هو الثرمستور، الذي يُسخّن بواسطة سلك تسخين، محولاً الطاقة الكهربائية مباشرةً إلى طاقة حرارية. تستبدل أنظمة التسخين المبردة بالهواء بتقنية PTC (التسخين المركزي المُنقل بالجهد) قلب المدفأة التقليدي في المركبات التي تعمل بالبنزين بمدفأة PTC. تسحب مروحة الهواء الخارجي عبر مدفأة PTC، فتسخنه، ثم تدفع الهواء الساخن إلى مقصورة الركاب. ونظرًا لاستهلاكها المباشر للكهرباء، يكون استهلاك الطاقة في المركبات الحديثة مرتفعًا نسبيًا عند تشغيل المدفأة.

 

2) سخان مياه PTCالتدفئة: مثلسخان هواء PTCفي أنظمة التبريد المائي PTC، يتم توليد الحرارة عن طريق استهلاك الكهرباء. ومع ذلك، يقوم نظام التبريد المائي أولاً بتسخين سائل التبريد باستخدامسخان PTCبعد تسخين سائل التبريد إلى درجة حرارة معينة، يُضخ إلى قلب المدفأة، حيث يتبادل الحرارة مع الهواء المحيط. ثم تقوم المروحة بتوزيع الهواء الساخن إلى مقصورة الركاب لتدفئة المقاعد. بعد ذلك، يُسخن سائل التبريد مرة أخرى بواسطة سخان PTC، وتتكرر الدورة. يُعد نظام التدفئة هذا أكثر موثوقية وأمانًا من أنظمة PTC المبردة بالهواء.

 

3) نظام تكييف الهواء بمضخة حرارية: يعمل نظام تكييف الهواء بمضخة حرارية بنفس مبدأ نظام تكييف الهواء التقليدي في السيارات. إلا أن نظام المضخة الحرارية يتميز بقدرته على التبديل بين تدفئة وتبريد المقصورة. ولأنه لا يستهلك الطاقة الكهربائية مباشرةً للتدفئة، فإن كفاءته في استهلاك الطاقة أعلى من كفاءة سخانات PTC. وتُستخدم أنظمة تكييف الهواء بمضخة حرارية حاليًا على نطاق واسع في بعض المركبات.