Automotive HVAC system energy consumption

Abstract

The vehicle cabin heating, cooling and ventilation has a considerable impact on vehicle's energy consumption. In addition the refrigerants used in the systems contribute to global warming. Measuring the HVAC system's fuel consumption is difficult due to the significant number of variables affecting it. Environment, vehicle's design and its use have to be taken into account. In a conventional passenger vehicle the air conditioning increases the fuel consumption by 5 - 20 %. In hybrid vehicles the additional fuel consumption due to air conditioning isn't significantly different compared to conventional vehicles.

The relative fuel consumption, however, is considerable. The average fuel consumption of food transport refrigeration units is 15 - 25 % of the vehicle's fuel consumption. In addition, the urban cycle results in a 16 % higher fuel consumption than the long distance cycle. Estimating the air conditioning fuel consumption in heavy duty vehicles proved difficult due to lack of public information regarding the subject. However, the fuel consumption can be assumed to be significant on the basis of the light duty vehicle results. Air conditioning fuel consumption in a transit bus was estimated with suggestive calculations. Consequently, air conditioning contribution can be estimated to be about 20 - 30 % to the vehicle's fuel consumption.

The fuel consumption of auxiliary fuel heaters was also studied. The fuel consumption is 0,12 - 4,9 l/h depending on the application. Vehicle HVAC system energy efficiency can be improved with optimisation of system's control and refrigerant circuit, and also by reducing the cabin heat load. Alternative systems that utilise waste heat recovery and thermoelectric devices will be used extensively in the future.

Ajoneuvon matkustamon lämmittäminen, jäähdyttäminen ja sen ilman vaihtaminen vaikuttavat huomattavasti ajoneuvon energiankulutukseen. Lisäksi järjestelmissä käytettävät kylmäaineet lisäävät ilmaston lämpenemistä. Ilmastointijärjestelmän polttoaineenkulutuksen mittaaminen on hankalaa siihen vaikuttavien lukuisten muuttujien vuoksi. Ympäristön, ajoneuvon konstruktion sekä sen käytön kautta vaikuttavat tekijät tulee ottaa huomioon. Perinteisissä henkilöautoissa ilmastointi lisää polttoaineenkulutusta 5 - 20 %.

Hybridiajoneuvoissa ilmastoinnin polttoaineenkulutus ei merkittävästi eroa perinteisistä ajoneuvoista. Suhteellinen polttoaineenkulutus on kuitenkin huomattavan suuri. Elintarvikekuljetusten jäähdytyslaitteistojen keskimääräinen polttoaineen- kulutus on 15 - 25 % ajoneuvon polttoaineenkulutuksesta. Lisäksi kaupunkikuljetuksissa polttoaineenkulutus on keskimäärin 16 % korkeampi verrattuna pitkän matkan kuljetuksiin. Ilmastoinnin polttoaineenkulutuksen arvioiminen raskaissa ajoneuvoissa osoittautui vaikeaksi aiheesta löytyvän vähäisen julkisen tiedon vuoksi. Kulutuksen voidaan kuitenkin olettaa olevan hyvin merkittävä kevyiden ajoneuvojen tulosten perusteella. Kaupunkilinja-auton ilmastoinnin polttoaineenkulutusta arvioitiin suuntaa-antavien laskelmien avulla. Niiden perusteella ilmastoinnin osuuden voidaan arvioida olevan noin 20 - 30 % ajoneuvon polttoaineenkulutuksesta. Myös polttoainekäyttöisten lisälämmittimien kulutusta selvitettiin. Polttoaineenkulutus on 0,12 - 4,9 l/h käyttökohteesta riippuen.

Ajoneuvon ilmastointijärjestelmän energiatehokkuutta voidaan parantaa järjestelmän ohjauksen ja kylmäainepiirin optimoinnilla sekä vähentämällä matkustamon lämpökuormaa. Vaihtoehtoisia järjestelmiä, joissa hyödynnetään hukkalämmön talteenottoa sekä termoelektrisiä sovelluksia tullaan käyttämään tulevaisuudessa laajasti.