22 let na trhu autoopravárenství

Lesk a bída CO2

Pokračování článku najdete v časopisu AutoEXPERT 5/2017.

 

PRO ZLOM:

 

Modráý

Technika

Klimatizační systémy

 

Lesk a bída CO2

 

Napsal: Steffen Dominsky

Foto: Archiv redakce kfz betrieb

 

Většina lidí se tématem R1234yf ještě ani nezačala zabývat a už klepe na dveře dílny další nové chladivo. Jmenuje se oxid uhličitý alias R744 a Mercedes-Benz jej jako první nasazuje na chlazení v automobilech.

 

V procentech 0,04. Hezky česky nic, lépe řečeno mizivě málo. To je podíl oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře. A přesto tento plyn hraje v našem životě důležitou roli. Na jedné straně je škodlivý pro životní prostředí (klíčový pojem skleníkový efekt), na druhé straně jako technický plyn často nemá jinou alternativu – ať už se používá jako hnací plyn ve sprejích, nebo právě jako chladivo v klimatizacích či chladicích zařízeních. Oba jmenované typy zařízení s ním ostatně lidstvo pohání už od jejich vynálezu před asi 160 lety.

 

<M>CO2 na vzestupu

V poslední době čím dál více výrobců a provozovatelů chladicích boxů a mrazáků přechází k plnění oxidem uhličitým, místo použití chemického koktejlu (fluorovodíku). Dokonce i v zemi vynálezu R12, R134a a ostatních „fluorových látek“ se podniky jako Coca-Cola v současnosti chlubí tím, že sází na alternativy šetrnější k životnímu prostředí. Dodavatel černého nápoje už přezbrojil milion chladicích přístrojů na CO2.

Zcela aktuálně se nyní další celosvětově známý výrobce připojuje k zástupu „příkladných podniků“. Nevyrábí žádnou bublinkovou limonádu, ale automobily. Jmenuje se Daimler a jeho výrobky Mercedes-Benz. V průběhu roku bude plnit klimatizace nově představené třídy E (zde však jen u varianty Thermotronic za příplatek) a své třídy S oxidem uhličitým. Tak se stane prvním výrobcem, který bude tímto plynem ve funkci chladiva plnit sériově vyráběný vůz. Na jedné straně logická věc, na druhé straně ne. PRO ZLOM: SEM OBR 1

 

<M>Proč?

Protože se němečtí výrobci dohodli na CO2 (při použití coby chladiva s označením R744) jako na nástupci, když bylo možné předvídat, že známá R134 stojí před postupným vyřazováním z provozu. V roce 2009 se pak ale přece jen podvolili „přání“ mezinárodních konkurentů vsadit místo ní opět na chemikálii – byť s ohledem na skleníkový efekt lepší. Chladivo R1234yf bylo zkrátka levnější alternativou, přinejmenším na první pohled. Tuto sloučeninu fluoru je totiž možné jednoduše naplnit do stávajících klimatizací, aniž by se muselo na systému měnit něco velkého. A tak započalo zdánlivé vítězné tažení látky R1234yf. Alespoň do onoho dne v září 2012, kdy Daimler v rámci svého „real-life testu“ došel k výsledku, že se R1234yf může v jeho vozech vznítit a vytvořit jedovatý fluorovodík.

S tímto poznatkem se výrobce automobilů zdráhal nadále používat R1234yf u svých nově homologovaných modelů, jak by vlastně podle směrnice MAC (směrnice o emisích z klimatizačních systémů motorových vozidel) musel. Zbytek je novodobá historie.

 

<M>Poněkud dvojkolejně

Ať je tomu jakkoli, nejpozději od 1. 1. 2017 musí být veškeré nové vozy kategorie M1 a N1 (tedy osobní vozy a malé dodávky) plněny náhradou R134. Zatímco všichni ostatní výrobci sázejí na R1234yf, spěchá stuttgartský koncern s CO2 nyní jako první na trh. Ovšem jen u uvedených modelů – zbytek platících zákazníků společnosti Daimler dostane do svých aut rovněž R1234yf.

„A i když výrobce Daimler chtěl dobrovolně plnit svoji třídu S oxidem uhličitým už v roce 2005 (a proto před asi třemi lety nemusel při vývoji klimatizace CO2 začínat úplně od nuly), nemůže ve výrobě jednoduše jedna ku jedné použít stávající systém,“ vysvětluje Dr. Stefan Geyer, vedoucí vývoje, interiéru a klimatizace vozů společnosti Mercedes-Benz-Cars, v exkluzivním rozhovoru pro náš sesterský časopis kfz-betrieb.

„Byli jsme samozřejmě schopni u klíčových komponent stavět na určitém základě. Přesto jsme chtěli a museli vyhovět dnešním požadavkům v oblasti místa, hmotnosti, nákladů i účinnosti a stávající techniku zdokonalit.“

Co tím Stefan Geyer míní? Například razantní vývoj a s tím spojené nové výzvy, které představuje downsizing motorů. U aut s úzkostlivě přesně vyladěnými agregáty a aerodynamicky optimalizovanými příděmi vozů včetně digitálně řízených chladicích a olejových systémů se tam jen tak jednoduše nenacpe nějaký jiný koncept klimatizace.

PRO ZLOM: SEM OBR 2

<M>Cesta ke standardizaci

Inženýři společnosti Daimler ale nemuseli překonávat jen technické výzvy. Pokud má být CO2 jako chladivo (trvale) úspěšný, nezávisí to jen na stuttgartském výrobci. Nejedovatým trhákem se stane pouze v případě, že jej dlouhodobě nasadí i jiní výrobci. Vzhledem k tomu společnost Daimler se silnou podporou normalizačního výboru německého svazu automobilového průmyslu (VDA) iniciovala, respektive dosáhla standardizace jednotlivých komponent (DIN SPEC 74102:2015-08). Protože jedno je jisté: bez standardu není kvantita, bez kvantity není efektivita nákladů. „Pouze nad určitý objem se podaří spolu s dodavatelským průmyslem uvést na trh úspěšně novou technologii,“ shrnuje Stefan Geyer ekonomické reality ekologičtějšího světa.

V jednom klimatizačním člunu VDA seděli všichni němečtí výrobci – i ti, kteří se dosud téměř vůbec nebo naprosto vůbec nevyslovili pro CO2. Každý podnik přitom převzal svým způsobem patronát nad vývojem jedné komponenty, jedné technologie. Společně se táhlo za jeden provaz – kéž by tomu tak bylo vždy.

PRO ZLOM: SEM NĚKAM OBR 3, 4 a 5

<M>Technické výzvy

U CO2 jako klimatizačního média zůstala výzvou oblast vysokých teplot. Zádrhel spočívá v tom, že při teplotách nad 31 °C už CO2 nekondenzuje, zůstává v plynném stavu. Odvod tepla v návaznosti na stlačování, které u zařízení využívajících sloučeninu fluoru i nadále probíhá přes kondenzaci, je u CO2 možný realizovat už jen přes plynové chlazení. Možností, jak potlačit tuto nevýhodu, je zvýšit tlak v systému. To má ale své hranice. V číslech je to aktuálně maximálně 130 barů.

Usilovná práce inženýrských mozků však přinesla další technické fígle, které přispívají k tomu, že klimatizace s CO2 mezitím v žádném případě nechladí hůř než klimatizace se sloučeninou fluoru. A tak se technikům společnosti Daimler povedlo zvýšit účinnost například tím, že vyvinuli elektrický expanzní ventil. Díky němu nyní mohou přesně určit, jaká je na kterém místě systému právě termodynamická situace, a prostřednictvím cílených zásahů mohou u plynového chladiče nadále dosahovat vysoké účinnosti. Stejně tak nově vyvinuli vnitřní tepelný výměník. Lépe řečeno, povedlo se jim propojit akumulátor (sběrač), který vždy udržuje určité přebytkové množství chladiva a který u zařízení se sloučeninou fluoru sedí přímo a účinně na kondenzátoru, s výměníkem. Tak dosáhli co možná největší teplosměnné plochy.

Takto vyzbrojeni se výrobci automobilů nebojí žádného srovnání. „Účinnost zařízení s CO2 je ve střední Evropě lepší než účinnost zařízení se sloučeninou fluoru,“ jsou si jisti odpovědní pracovníci. Především fáze ochlazování, např. interiéru ohřátého, když vůz stojí na slunci, je s R744 lepší, rozuměj kratší, než s R134a, popř. R1234yf. Což není jen výhoda pro komfort. Právě u elektromobilů a hybridních vozů je to kromě toho výrazný zisk v oblasti energetické úspory a účinnosti. „I při 40 °C venkovní teploty stále dostáváme špičkový chladicí výkon,“ tvrdí Dr. Theurer, vedoucí projektu chladiv u vozidel Mercedes-Benz.

 

<M>Přizpůsobení stávajícímu konceptu

Aby toho ale bylo možné dosáhnout, musí se zařízení přesně přizpůsobit stávajícímu konceptu vozu. „Jak mohu umístit plynový chladič?“, „Jaké je proudění ve vztahu k jiným chladičům?“ – tak a podobně znějí otázky, na které však musí inženýři odpovědi hledat individuálně. Proto není žádnou smyšlenkou zabudovat zařízení s CO2 do vozu třídy A. Jenže jak zní základní myšlenka ze Stuttgartu, bude to ještě trvat.

 

<M>Bezpečnost především

Kdo zná společnost Daimler, ten ví, že bezpečnost hraje pro tohoto výrobce vozidel klíčovou roli. Je tomu tak i u vývoje klimatizace s CO2. Protože i když oxid uhličitý na rozdíl od R1234yf při vysoké teplotě nevytváří žádné žíravé plyny, netoxický pro lidi v žádném případě není. Podle hesla „Dávka dělá jed“ bylo tedy jedním z cílů vývoje Mercedes-Benz v každém případě zabránit kontaminaci vnitřního prostoru automobilu oxidem uhličitým. Jak známo, od určité koncentrace totiž tento plyn působí omamně až smrtelně.

Odpovídajícími opatřeními chtějí inženýři pro jistotu kontrovat. Zatímco nehoda a prasknutí vedení a součástí zařízení má za následek, že veškerý CO2 okamžitě unikne a není tak pro pasažéry ve voze nebezpečný, může být plíživé vnikání plynu do kabiny vozu kritické. Možný scénář by pro něco takového mohl připravit zkorodovaný vnitřní výměník. Aby se tomu zabránilo, má výměník na rozdíl od zařízení využívajících sloučeninu fluoru zlepšenou antikorozní ochranu. Kromě toho tým kolem Stefana Geyera pamatoval na „čmuchala“ CO2. Snímače rozeznají nepřípustné koncentrace CO2 a pomocí klimatizace vyvětrají interiér. To se děje bez přičinění řidiče – a bez toho, že by byl informován.

 

<M>Jak v oblasti servisu?

Otázka, která je v souvislosti s CO2 velmi zajímavá především pro opravny: Potřebuje taková klimatizace údržbu? „O nic více ani méně než u konvenčního zařízení používajícího sloučeniny fluoru,“ zaznívá z kruhu vývojářů. Jinými slovy, i když Daimler tituluje svá nová zařízení jako „fill for life“ (celoživotní náplň), čas od času přece jen potřebují nějaký ten servis a doplnění ztraceného chladiva. Klidový tlak 80 barů jasně dává tušit, že i přes odpovídající kvalitu použité spojovací techniky a materiálů to v takové drkotající a vibrující věci, jako je auto, nevydrží ani deset let.

Společnosti AVL Ditest a Texa už nabízejí zařízení pro servis klimatizací s R744. Jedno je jasné – i když dosud neexistují přesné údaje o prodejních cenách produktů, přístroje mohou být pro většinu majitelů podniků tak či tak příliš drahé. A to s ohledem na to, že v budoucnosti možná už nebudou potřebovat pouze dva nebo jako dosud jen jeden přístroj na servis klimatizace, nýbrž hned tři. PRO ZLOM: SEM OBR 6 a 7

 

PRO ZLOM: popisky OBR

 

Obr. 1

Chladicí okruh klimatizace CO2.

 

Obr. 2:

Systém klimatizace CO2 ve vozidle Mercedes Benz třídy E navenek vypadá stejně jako předchozí systémy plněné konvenčními chladivy.

 

Obr. 3:

Ačkoliv kompresor CO2 musí zajistit výrazně vyšší tlak (až desetinásobně), v žádném případě není větší než kompresory konvenčních systémů – spíše naopak.

 

Obr. 4:

Akumulátor udržuje určité přebytkové množství chladiva. Na rozdíl od konvenčních systémů je samostatnou součástí okruhu.

 

Obr. 5:

Výparník chladicího okruhu CO2.

 

Obr. 6 a 7:

Příklady zařízení pro servis klimatizací CO2.

 

 

PRO ZLOM: HLASKY do TEXTU

 

Hl 1

 

U CO2 jako klimatizačního média zůstala výzvou oblast vysokých teplot. Zádrhel spočívá v tom, že při teplotách nad 31 °C už CO2 nekondenzuje, zůstává v plynném stavu.

 

 

Hl 2

Vroce 2012 Daimler v rámci svého „real-life testu“ došel k výsledku, že se R1234yf může v jeho vozech vznítit a vytvořit jedovatý fluorovodík. S tímto poznatkem se výrobce automobilů zdráhal nadále používat R1234yf u svých nově homologovaných modelů.