مع تطور تكنولوجيا السيارات ، أصبحت أنظمة التدفئة في المركبات نقطة نقاش حاسمة - خاصة مع ظهور السيارات الكهربائية (EVs). في حين أن كل من السيارات الكهربائية والتقليدية التي تحركها المحرك تهدف إلى الحفاظ على دافئة شاغليها ، فإن آليات التدفئة الخاصة بهم تختلف اختلافًا أساسيًا في الكفاءة ومصدر الطاقة والتأثير البيئي.
1. مصدر الطاقة ومبدأ العمل
يحركه المحرك سخانات السيارات (مركبات محرك الاحتراق الداخلي):
في مركبات البنزين أو الديزل ، يعتمد تسخين المقصورة على حرارة النفايات الناتجة عن المحرك. عندما يعمل المحرك ، فإنه ينتج طاقة حرارية كبيرة ، يتم امتصاصها بواسطة المبرد الذي يدور عبر كتلة المحرك. يتم تحويل جزء من هذا المبرد المسخن إلى قلب سخان السيارة ، وهو مكون صغير يشبه المبرد. ثم تهب المروحة الهواء فوق قلب السخان الدافئ ، ونقل الحرارة إلى المقصورة.
هذا النظام فعال للغاية بمجرد وصول المحرك إلى درجة حرارة التشغيل لأنه يعيد إعادة تهدئة الطاقة التي يمكن أن تضيع. ومع ذلك ، في المناخات الباردة ، قد يواجه السائقون التدفئة المتأخرة خلال مرحلة الاحماء للمحرك (عادةً من 3 إلى 5 دقائق).
سخانات كهربائية (EVs والهجينة):
تفتقر السيارات الكهربائية إلى محرك احتراق داخلي ، لذلك لا يمكنهم الاعتماد على حرارة النفايات. بدلاً من ذلك ، يستخدمون واحدة من طريقتين للتدفئة الأولية:
سخانات درجة الحرارة الإيجابية (PTC): هذه السخانات المقاومة تحول الطاقة الكهربائية مباشرة إلى الحرارة. أنها توفر الدفء شبه الثابت ولكن تستهلك طاقة بطارية كبيرة ، مما يقلل من نطاق القيادة بنسبة تصل إلى 30 ٪ في البرد الشديد.
مضخات الحرارة: تستخدم EVs المتقدمة مثل Tesla Model Y و Hyundai Ioniq 5 مضخات الحرارة ، والتي تعمل عن طريق نقل الحرارة المحيطة من خارج السيارة إلى المقصورة. مضخات الحرارة أكثر من 2-3 مرات أكثر كفاءة في الطاقة من سخانات PTC ولكنها تتطلب أنظمة مبرد معقدة.
2. الكفاءة وتأثير النطاق
الأنظمة التي يحركها المحرك:
بالنسبة للمركبات التقليدية ، يكون للتدفئة الحد الأدنى من التأثير على الاقتصاد في استهلاك الوقود لأنه يستخدم حرارة النفايات. ومع ذلك ، فإن الخمول للحفاظ على دفء المقصورة في الطقس البارد يزيد من استهلاك الوقود والانبعاثات.
النظم الكهربائية:
تضع السخانات الكهربائية ، وخاصة وحدات PTC ، طلبًا كبيرًا على البطارية. عند -10 درجة مئوية (14 درجة فهرنهايت) ، يمكن أن يؤدي استخدام سخان PTC إلى تقليل نطاق EV بمقدار 100 كم أو أكثر. تخفف المضخات الحرارية من هذه المشكلة عن طريق خفض استخدام الطاقة بنسبة 50-70 ٪ ، لكن فعاليتها تتضاءل في درجات حرارة منخفضة للغاية (أقل من -15 درجة مئوية/5 درجة فهرنهايت).
3. الاعتبارات البيئية
سخانات يحركها المحرك: في حين أن هذه الأنظمة فعالة في إعادة استخدام الحرارة ، تعتمد هذه الأنظمة على الوقود الأحفوري ، مما يساهم في انبعاثات CO₂.
السخانات الكهربائية: توفر EVs التي تعمل بالطاقة المتجددة محلول أنظف. ومع ذلك ، في المناطق التي تعتمد فيها شبكات الكهرباء على الفحم أو الغاز ، تتناقص الفوائد البيئية. مضخات الحرارة تزيد من تحسين الاستدامة عن طريق تقليل استهلاك الطاقة الكلي.
4. تجربة المستخدم
سرعة التدفئة: سخانات PTC الكهربائية تدفئة المقصورة بشكل أسرع من الأنظمة التي تحركها المحرك ، والتي تتطلب وقتًا في الاحماء للمحرك.
الاتساق: تحافظ الأنظمة التي يحركها المحرك على إخراج حرارة مستقر طالما أن المحرك يعمل ، في حين أن EVs قد تقلل من كثافة التدفئة للحفاظ على عمر البطارية.
الضوضاء: تعمل السخانات التي يحركها المحرك بصمت بمجرد أن يكون المحرك دافئًا ، في حين أن المضخات الحرارية في EVs قد تنتج همهمة باهتة.
5. التكلفة والصيانة
الأنظمة التي تعتمد على المحرك: التكلفة المقدمة المنخفضة ولكن مرتبطة بصيانة المحرك (على سبيل المثال ، تسرب سائل التبريد ، فشل ترموستات).
الأنظمة الكهربائية: سخانات PTC بسيطة وموثوقة ولكنها متعطشة للطاقة. تحتوي مضخات الحرارة على تكاليف أعلى أعلى ولكن أقل نفقات الطاقة طويلة الأجل.
مستقبل تسخين السيارات
نظرًا لأن شركات صناعة السيارات تعطي الأولوية للكفاءة ، أصبحت مضخات الحرارة قياسية في EVs. وفي الوقت نفسه ، تهدف الابتكارات مثل استرداد حرارة النفايات من البطاريات والتحكم في المناخ المخصصة إلى تقليل فقدان الطاقة. بالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي ، قد تتقدم لوائح الانبعاثات الأكثر صرامة في الخمول لفترة طويلة ، مما يدفع السائقين نحو السخانات الكهربائية الإضافية أو الحلول الهجينة .