Tepelné čerpadlo v elektromobilu a úspora energie

Tepelné čerpadlo v elektromobilu teplo nevyrábí, ale přečerpává, takže z jedné kilowatthodiny elektřiny dostane do kabiny víc než jednu kilowatthodinu tepla. Odporový ohřívač dodá vždy jen tolik, kolik spotřebuje. Úspora je největší při teplotách kolem nuly a na kratších trasách; v silném mrazu a na dlouhých dálničních přesunech se rozdíl zmenšuje.

Okruh chladiva obrácený naruby

Jde o tentýž okruh, který v létě chladí, jen využitý opačně. Kompresor stlačí plynné chladivo, to se tím zahřeje a v kondenzátoru předá teplo vzduchu proudícímu do kabiny. Poté projde expanzním ventilem, prudce se ochladí a ve výparníku nabere teplo z okolí, přestože je venku zima – chladivo je v tu chvíli ještě studenější než venkovní vzduch.

Elektřina tedy pohání pouze kompresor. Poměr mezi dodaným teplem a spotřebovanou elektrickou energií se označuje jako topný faktor, zkráceně COP. U odporového ohřívače typu PTC je roven jedné, u tepelného čerpadla je za příznivých podmínek několikanásobně vyšší.

Používaná chladiva se liší. Rozšířené je R1234yf, některé značky zvolily oxid uhličitý označovaný R744, který pracuje s mnohem vyšším tlakem a dobře si vede právě při nízkých teplotách. Řidič rozdíl nepozná, servis ano – každé chladivo vyžaduje jiné vybavení.

Odkud systém teplo bere

Nejjednodušší provedení odebírá teplo jen z venkovního vzduchu. Propracovanější systémy přidávají další zdroje: odpadní teplo elektromotoru a výkonové elektroniky a také teplo z baterie. Mezi okruhy přepínají vícecestné ventily a celek řídí jednotka tepelného managementu, která rozhoduje, zda je v danou chvíli přednější kabina, nebo baterie.

Považuji tohle propojení za důležitější než samotnou přítomnost čerpadla ve výbavě. Systém, který umí využít teplo z pohonu a naopak ohřát baterii před nabíjením, přináší užitek celý rok, kdežto čistě vzduchové provedení pomáhá jen v úzkém pásmu teplot.

Venkovní výměník se při teplotách kolem nuly a vysoké vlhkosti pokrývá námrazou. Vůz ji musí občas odtát, a po tu dobu topí jiným způsobem. Proto má prakticky každé auto s tepelným čerpadlem i odporový ohřívač jako zálohu a doplněk.

Při jakých teplotách pomáhá nejvíc

Čím větší je rozdíl mezi venkovní teplotou a požadovanou teplotou v kabině, tím víc práce kompresor odvádí a topný faktor klesá. Nejlepších výsledků dosahuje čerpadlo v přechodném období a v mírné zimě, což jsou podmínky, které v Česku převládají po většinu topné sezony. V silném mrazu už venkovní vzduch nabízí tepla málo a stále větší díl přebírá odporový ohřev.

Řekl bych, že se o tepelném čerpadle často mluví jako o léku na zimní dojezd, a to je přehnané. Sníží spotřebu topení, ale neovlivní odpor vzduchu, valivý odpor zimních pneumatik ani chování studené baterie. Co všechno v chladu dojezd ubírá, rozebírá článek o tom, jak si elektromobil vede v zimě a v mrazu.

Komu výbava dává smysl

Největší užitek má řidič, který v chladné části roku jezdí denně kratší a střední trasy. Topení u něj tvoří velký díl celkové spotřeby a každé zlepšení účinnosti je vidět. Kdo naopak v zimě jezdí málo nebo hlavně dlouhé dálniční úseky, pocítí rozdíl slabě; tam rozhoduje rychlost, jak ukazuje text o tom, z čeho se skládá skutečný dojezd elektromobilu.

Ceny výbavy se mezi značkami liší a mění se, u části modelů je čerpadlo sériové. Podle mě je užitečnější rozhodovat podle vlastního jízdního profilu než podle položky v ceníku: dva lidé se stejným autem mohou dojít k opačnému závěru a oba správně.

U ojetého vozu bych se zeptal přímo na výbavu konkrétního kusu, protože čerpadlo bývalo součástí volitelných paketů a dvě navenek stejná auta se v něm mohou lišit. Spolehlivě to potvrdí výpis výbavy podle výrobního čísla ve značkovém servisu.

Příznaky závady a první krok

Okruh je uzavřený a běžnou obsluhu nepotřebuje. Na potíže upozorní slabé nebo kolísavé topení, neobvyklý hluk kompresoru, výrazně vyšší zimní spotřeba než v předchozích letech nebo chybové hlášení klimatizace. Jakýkoli zásah do okruhu chladiva patří do servisu s příslušným vybavením a oprávněním, u vozů s R744 kvůli vysokému tlaku dvojnásob.

Chtěl bych na závěr nabídnout jednoduché ověření, které zvládne každý majitel. V chladném dni si po zahřátí vozu zobrazte na displeji okamžitý příkon topení a klimatizace – většina elektromobilů ho ukazuje v nabídce spotřeby energie. Podle toho, kolik kilowattů auto na udržení teploty potřebuje, poznáte, jak velkou část vaší zimní spotřeby topení skutečně tvoří, a zda má smysl řešit ho dřív než rychlost jízdy.

Zdroje

• MAHLE, technické podklady k tepelnému managementu elektrických vozidel
• Valeo, dokumentace k systémům tepelných čerpadel pro elektromobily
• Ústav energetiky Fakulty strojní ČVUT v Praze, studijní materiály k chladicím oběhům a tepelným čerpadlům
• ADAC, srovnávací měření spotřeby elektromobilů s tepelným čerpadlem a bez něj