HEKH-744 – Hocheffizientes Kühl-und Heizsystem für E- und Hybridfahrzeuge basierend auf dem umweltfreundlichen Kältemittel R744

Zur Realisierung des Projektes wurde zuerst ein Anlagenkonzept erstellt, die Komponenten definiert und die Anlage bezüglich Leistung und Effizienz simuliert. Basierend auf den Simulationsergebnissen folgte die Auslegung des R744-Systems. Nach der Vermessung der Anlage auf den Klimaprüfständen des Virtuellen Fahrzeuges bzw. des Instituts für Wärmetechnik der TU Graz erfolgte die Systemabstimmung und der Einbau in das E-Fahrzeug. Dann wurde das fertige System im Fahrzeug in der Klimakammer vermessen. Um einen aussagekräftigen Vergleich des Originalsystems mit dem R744-System durchführen zu können wurde eine Jahresverbrauchsrechnung erstellt.

Ausgangssituation

Die Klimaanlage ist einer der größten Nebenverbraucher im Pkw und verursacht einen beträchtlichen Kraftstoffmehrverbrauch. Speziell bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen fällt die beim herkömmlichen Verbrennungsmotor erzeugte Abwärme teilweise oder sogar gänzlich weg. Derzeitige in Elektrofahrzeugen verwendete Klimaanlagen (=Kühlung) und rein elektrischer Heizung reduzieren die Reichweite der Fahrzeuge drastisch. Da dies aber mitunter ein Hauptkriterium für die Kundenakzeptanz ist, stellt die Optimierung der Energie-Effizienz der Klimaanlage und damit verbunden die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Erhöhung der Reichweite das Ziel dar. Ziel des Projektes war die Entwicklung einer energieeffizienten Klimaanlage zum Kühlen und Heizen basierend auf dem natürlichen Kältemittel CO₂ (R744) und der Einbau dieses Systems in ein E-Fahrzeug. Das Kältemittel CO₂ bietet neben seiner Umweltverträglichkeit (GWP=1) auch noch den Vorteil, dass seine thermodynamischen Eigenschaften einen Einsatz im Umkehrbetrieb (Wärmepumpenschaltung für niedrige Außentemperaturen) ermöglichen. Die Wärmepumpe hat im Vergleich zu elektrischen Heizlelementen weit höhere Leistungszahlen. Arbeitet die Wärmepumpe beispielsweise bei einer Leistungszahl (COP, Coefficient of Performance) von 4, bedeutet dies, dass im Vergleich zur elektrischen Heizung (COP=1) bei gleicher Heizleistung nur 25 % der Batterieleistung benötigt wird. Dies hat zur Folge, dass die Reichweite des Fahrzeuges deutlich erhöht werden kann, ohne den Komfort oder die Sicherheit negativ zu beeinflussen.