5. Lüftung und Klimatisierung

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1 -Übersicht Einleitung 2. Strömungsmechanische Grundlagen 3. Aerodynamisches Fahrzeugdesign 4. Motorkühlung Heizung bei Kfz mit Verbrennungsmotor Heizung bei Kfz mit Elektromotor Kühlung 6. Abgasturbolader 7. Akustische Grundlagen 8. Ausgewählte akustische Problemstellungen 9. Simulationstechnik 10. Messtechnik - Heizung bei Kfz mit Verbrennungsmotor 113 HEIZUNG BEI KFZ MIT VERBRENNUNGSMOTOR Heizen mit Motorabwärme Abwärme des Motors wird in Wärmetauscher geleitet Luftstrom nimmt die Wärme auf und führt sie in den Innenraum Regelung des Kühlmittel- und des Luftstroms manuell oder intelligent über Klimaautomatik positiv: Wärme steht umsonst zur Verfügung, Heizung des Innenraums hilft sogar bei der Motorkühlung negativ: kein Wärmeangebot bei kaltem Motor Bildquelle: dakstoyota.com 1

2 - Heizung bei Kfz mit Verbrennungsmotor 114 Heizen mit Wasserstandheizung Einbindung eines Heizgeräts in den Kühlmittelkreislauf zur Erzeugung von Wärme bei stehendem Motor typischer Verbrauch: ca. 0,5 l / h bzw. 0,25 l pro Aufheizvorgang von 0,5 h Alternative Bauarten: elektrische Heizung mit externer Stromquelle Verzicht auf die Motorwärmung (Inselkreislauf) vor allem in Lkw und Bussen auch direkte Heizung des Innenraums durch Luftheizung Kraftstoffzufuhr entweder aus Haupttank durch zusätzliche Pumpe oder aus im Fahrbetrieb gefüllten internen Tank des Heizgeräts Bildquelle: Autobild - Heizung bei Kfz mit Verbrennungsmotor Aufbau und Funktion einer Wasserheizung 115 2

3 116 HEIZUNG BEI KFZ MIT ELEKTROMOTOR Grundsätzliche Probleme im Vergleich zum Verbrennungsmotor keine kostenlose Abwärme Heizung geht zu Lasten von Beschleunigung, Reichweite, Verbrauch Zusatzverbrauch von bis zu 4,5 kw (6.1 PS) in durchschnittlich ca. 50 % der Zeit werden in Europa Fahrzeuge geheizt Bildquelle: Jung, M. et. al., Innenraumheizung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, ATZ 05/ Energieflüsse in einem Kfz mit Elektromotor angenommener Extremfall: -15 C Außentemperatur, 22 C Innentemperatur, 100 % Frischluft, keine besonderen passiven Isolierungsmaßnahmen dann Heizungsbedarf mit 4,5 kw fast doppelt so hoch wie Vortriebsleistung bei 18,3 km/h Bildquelle: Jung, M. et. al., Innenraumheizung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, ATZ 05/2011 3

4 118 Möglichkeiten zur Senkung des Strombedarfs für die Heizung passive Maßnahmen thermische Isolierung verkleinerter Innenraum aktive Maßnahmen Heizung von Gemisch auf Frischluft (möglichst wenig) und Umluft (möglichst viel) Vorwärmung der Frischluft mit Abluft bedarfsgerechte Verteilung der warmen Luft direkte Heizung von Sitzen oder Lenkrad thermische Speicher Zuheizsysteme mit Brennstoffen Wärmepumpe 119 Heizen mit Wärmepumpe (allgemein) Wärmeaufnahme und -abgabe durch wiederholtes Kondensieren und Verdampfen benötigt wird ein Arbeitsmedium (Kältemittel), dass bei typischen stemperaturen gasförmig ist maximale Leistungszahl (coefficient of performance, COP) durch Carnot-Wirkungsgrad begrenzt: qab 1 Twarm COPmax = = = w η T T Kondensierendes Kältemittel, Abgabe von Wärme an t C warm kalt Druckabbau in Drossel Verdampfung des Kältemittels, Aufnahme von Wärme aus der Druck- und Temperaturanstieg durch Kompressor 4

5 120 Heizen mit Wärmepumpe (allgemein) Wärmeaufnahme und -abgabe durch wiederholtes Kondensieren und Verdampfen benötigt wird ein Arbeitsmedium (Kältemittel), dass bei typischen stemperaturen gasförmig ist maximale Leistungszahl (coefficient of performance, COP) durch Carnot-Wirkungsgrad begrenzt: qab 1 Twarm COPmax = = = w η T T Kondensierendes Kältemittel, Abgabe von Wärme an Druckabbau in Drossel t C warm kalt Verdampfung des Kältemittels, Aufnahme von Wärme aus der Druck- und Temperaturanstieg durch Kompressor 121 Heizen mit Wärmepumpe am Beispiel des Renault ZOE Kompressor zwischen Kühler und Heizkühler geschaltet Drossel vor Kühler geschaltet System kann auch zur Kühlung des Innenraums genutzt werden, dann andere Verschaltung Kühler 2 Kompressor 3 Ausgleichsgefäß 4 Kondensator 5 Verdampfer 6 Drossel elektr. Regelung für Kühlung 8 elektr. Regelung für Wärmepumpe 9 Ventilator 10 Ventil 11 Ventil Bildquelle: Renault 5

6 -Kühlung 122 KÜHLUNG Prinzip der Kompressionskältemaschine ähnlich wie Wärmepumpe (siehe Folie 119) Unterschied zur Wärmepumpe: Nutzwärme ist die im Verdampfer vom der Luft auf das Kühlmedium übertragene Wärme (nicht die im Kondensator der Luft zugeführte Wärme) Kondensierendes Kältemittel, Abgabe von Wärme an Druckabbau in Drossel Druck- und Temperaturanstieg durch Kompressor Verdampfung des Kältemittels, Aufnahme von Wärme aus der -Kühlung 123 Innenraumkühlung am Beispiel des Renault ZOE Kompressor zwischen Verdampfer und Kühler geschaltet Drossel vor Verdampfer geschaltet Heizkühler im Kühlmodus ohne Funktion 11 1 Kühler 2 Kompressor 3 Ausgleichsgefäß 4 Kondensator 5 Verdampfer 6 Drossel 4 7 elektr. Regelung für Kühlung 8 elektr. Regelung für Wärmepumpe 9 Ventilator 10 Ventil 11 Ventil Bildquelle: Renault 6

7 -Kühlung 124 Möglichkeiten zur Senkung des Strombedarfs für die Innenraumkühlung passive Maßnahmen des Herstellers thermische Isolierung verkleinerter Innenraum aktive Maßnahmen des Herstellers Kühlung von Gemisch auf Frischluft (möglichst wenig) und Umluft (möglichst viel) Vorkühlung der Frischluft mit Abluft bedarfsgerechte Verteilung der kalten Luft Maßnahmen des Nutzers Aufheizen im Stand vermeiden: Schattenparken, Sonnenblenden Vorkühlen: Türen aufreißen, ggf. Standlüftung nutzen (falls vorhanden) im Betrieb: Fenster und Schiebedach geschlossen halten, Umluft einstellen, keine zu hohe Temperaturdifferenz zur sluft wählen 7