Was spricht für einen zukünftigen Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel in Fahrzeugklimaanlagen und was dagegen?
Vorteile:
Klimafreundlich GWP (Treibhauseffekt)= 1
kein Ozonabbaupotential (ODP)
keine Besondere Entsorgung notwendig
Guter Volumetrischer Wirkungsgrad
-> kleine Komponenten; weniger materialien & Gewicht
Nachteile:
Kritischer Punkt sehr niedrig bei 31°C und 74 bar
-> System muss für hohe Drück ausgelegt sein oder die Temperatur muss neidrig gewählt werden
Schutzmaßnahmen erfoderlich: Ablassen von CO2, Hilfskühlung, Ausgleichsgefäß
ab etwa 15°C weniger effektiv als synthetische Kältemittel
Undichtigkeit
Hohe Kosten
Welche Aufgaben hat die Klimaanlage eines Fahrzeugs?
Kühlen
Heizen
Entfeuchten
Versorgung mit Frischluft
Reinigen der Luft von Patrikeln und Gerüchen
Behaglichkeit erzeugen
Was ist eine „Semi-Klimaanlage“?
Eine Semi-Klimaanlage erfüllt folgende Anforderungen:
Lüften
Entfeuchtung gegen Scheibenbeschlag
-> läuft nicht geregelt ab
Was beeinflusst die Behaglichkeit?
Außen-/Innentemperatur
Luftgeschwindigkeit (Turbulenz)
Wärmestrahlung
Geruch
Schall
Luftfeuchte
CO2-Gehalt
Wie wird die subjektiv empfundene Behaglichkeit nach Fanger quantifiziert?
Wird in sieben Stufen angegeben:
• -3 kalt
• -2 kühl
• -1 leicht kühlt
• 0 neutral
• 1 leicht warm
• 2 warm
• 3 heiß
(Entscheidend sind Umgebungsfaktoren:
• Temperaturen, Feuchtigkeit, Luftströmung, Hitzestrahlung
Sowie subjektive, menschliche Faktoren
• Kleidung, Alter, Geschlecht, Tages- und Jahreszeit, Müdigkeit, Geräusche, Farben)
Wieviel Wärme gibt ein Mensch bei verschiedenen Tätigkeiten ab?
Wärmefreisetzung eines Menschen:
Sitzend: 1,0 met
Langsam spazieren: 2,0 met
1 met=58 W/m^2 (metabolischer Stoffwechsel)
Sitzen: 100 Watt
Fahren: 150 Watt
Was bedeutet PPD und PMV?
PPD: Predicted percentage of dissatisfied (Prozentsatz der Unzufriedenden)
PMV: Predicted Mean Vote
(mittlung subjektiver Beurteilung des Raumklimas)
Wie groß ist der Prozentsatz der Personen einer großen Gruppe (>200), die mit dem Raumklima im besten Fall zufrieden sind?
95 %
Ist die relative Feuchte in den Wintermonaten größer als in den Sommermonaten?
die relative Luftfeuchte ist im Winter höher als im Sommer.
Winter ~ 85%
Sommer ~ 65%
Welche Prinzipien zur Kälteerzeugung werden bei der Fahrzeugklimatisierung angewendet?
Die Kälteerzeugung bei der Fahrzeugklimatisierung beruht auf den Prinzipien der:
• Verdampfung / Verdunstung
• Verflüssigung
• Verdichtung
• Drosselung
• Unterkühlung
• Überhitzung
Verdampfung -> Kältemittel im geschlossen Kreis (Alle Fahrzeuge)
Verdichterkältemaschine
Arbeitsleistende Entspannung (Flugzeugkabine und Zug)
Kaltluftmaschine (Luft als Kältemittel, ohne Aggregatszustandsänderung)
Welche Verluste treten bei ausgeführten Verdichterkältemaschinen auf?
mechanische Verluste (Reibungswerte)
Wärmeaustausch mit der umgebung
verlust durch Rückentspannung, Rückexpansion
Aufheizverluste (Gas wird vor der Verdichtung erwärmt)
Undichtigkeits Verluste
Wie ist der Verdichtergütegrad definiert?
Der Gütegrad gibt an, wie gut ein realer Verdichter im Vergleich zu einem theoretischen Verdichter ist
Wie ist der Verdichterliefergrad definiert?
Der Verdichterliefergrad Lamda l oder lamda ist eine Kenngröße zur Bewertung der Ausnutzung des Verdichterhubraums und wird durch das Verhältnis aus der effektiven Fördermenge zur theoretischen auf Grund des Hubraumes VH möglichen Fördermenge bestimmt.
Welche Kältemittel werden in PKW-Klimaanlagen heute eingesetzt und welche Alternativen werden diskutiert?
R134a (nicht mehr in Neufahrzeugen) & R1234yf
alternativ: CO2, Propan, natürliche Kohlenwasserstoffe. Bedingung: GWP wert unter 150
Welche Aufgabe hat das thermostatische Expansionsventil?
TEV regelt Überhitzungstemperatur
Gewährleistet vollständige Verdampfung des Kältemittels, durch Regulierung des Massenstroms (nur soviel wie verdampfen kann)
Verhindert das Ansaugen von flüssigem Kältemittel in den Verdampfer
Weshalb befindet sich bei Klimaanlagen mit „orifice tube“ auf der Saugseite vor dem Verdichter ein Kältemittelsammler?
Überhitzung kann in diesem Fall nicht geregelt werden.
Bei hoher Belastung (hohe Umgebungstemperaturen) wird der Kältemitteldurchfluss gedrosselt und das Kältemittel wird aufgestaut.
Schützt den Kompressor vor Flüssigkeitsschlag.
Welche Verdichterbauarten werden für PKW-Klimaanlagen heute eingesetzt?
Rotationskolben: Scroll, Flügelzellen
Hubkolben: Taumelscheiben, Schiefscheibe
Skizzieren Sie einen Flügelzellenverdichter!
Skizzieren Sie einen Taumelscheibenverdichter!
Skizzieren Sie einen Verdichter mit umlaufender Schiefscheibe!
Skizzieren Sie einen Spiralverdichter!
Weshalb werden im europäischen Raum vielfach Axialkolbenverdichter eingesetzt?
Axialkolbenverdichter sind gut regelbar und somit gut anpassbar auf die verschiedenen Klimabedingungen.
Kostengünstig.
Ausreichende Leistung für mildes Klima.
Weshalb ist es notwendig die Kälteleistung der Kältemaschine zu regeln? Wie kann die Kälteleistung variiert werden?
Die Kälteleistung wird an die klimatischen Bedingungen angepasst, um eine höhere Effizienz zu erziehlen und den Kraftstoffverbrauch möglichst gering zu halten.
Die Kälteleistung wird variert, indem man den Hubraum anpasst (vergrößert oder verkleinert).
Skizzieren Sie das Prinzip der internen Leistungsregelung bei Axialkolbenverdichter!
Warum schwenkt bei einem Taumelscheibenverdichter mit variablem Hub die Taumelscheibe nicht um ihre Mitte?
Weil sonst das Schadraumvolumen sehr groß werden würden.
Weshalb ergibt sich bei einem PKW mit Dieselmotor eine relativ größere Verbrauchszunahme infolge des Antriebs des Kältemittelverdichters als bei einem PKW mit Ottomotor?
Der absolute Mehrverbrauch der Klimaanlage ist unabhängig vom Antriebstyp. Da der Durchschnittsverbrauch des Dieselmotors aufgrund des höheren Wirkungsgrad geringer ist als beim Ottomotor, steigt der relative Kraftstoffverbrauch an.
Weshalb kann eine ausgeführte transkritische Verdichterkältemaschine mit dem Kältemittel Kohlendioxid vergleichbare Leistungszahlen wie eine ausgeführte Verdichterkältemaschine mit dem Kältemittel R134a erreichen, obwohl aus theoretischer Sicht deren Leistungszahl deutlich niedriger ist?
Der Transkritishe Prozess hat vergleichsweise hohe Gütegrade, dadurch entstehen vergleichbare Leistungszahlen.
Welche Besonderheit ist bei der Prozessführung der transkritischen Verdichterkältemaschine im Vergleich zur konventionellen Verdichterkältemaschine zu beachten?
Sehr hohe Drücke und Temperaturen
es findet keine Verflüssigung statt -> Gaskühler
Weshalb wird die transkritische Verdichterkältemaschine mit dem Kältemittel Kohlendioxid nicht schon längst für die PKW-Klimatisierung eingesetzt?
Es sind sher hohe Drücke im System, weshalb entsprechende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen sind. Dies hat hohe Kosten zu folge. Außerdem sinkt die Effizienz bei hoher Umgebungstemperatur.
Welche Funktion hat ein „innerer Wärmeübertrager“ bei der Verdichterkältemaschine? Wie wirkt sich ein innerer Wärmeübertrager auf die Leistungszahl aus?
Mit einem Inneren Wärmeübertrager steigt die Kälteleistungszahl, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen lässt sich eine erhebliche Steigung der Leistungszahl erziehlen. (Höhere Effizienz und Leistungsfähigkeit)
Der innere Wärmeübertrafer Kühlt das Kältemittel nach dem Verflüssiger noch etwas herunter.
Ebenso wird vermieden, dass der Verdichter flüssiges Kältemittel ansaugt.
Vermeidung von vereisten Sauggasleitungen.
Skizzieren Sie (einfache Handskizze!) einen Längsschnitt durch einen leistungsgeregelten Axialkolbenverdichter mit umlaufender Schiefscheibe (Swash plate) bei maximaler Kältemittelförderung. Zeichnen Sie in diese Skizze mit Strichlinien die Position der Schiefscheibe bei minimaler Kältemittelförderung.
Wie kann auch ohne Reheat-Betrieb der Fahrgastzelle entfeuchtete und hinreichend warme Luft zugeführt werden?
Der Luftstrom wird aufgeteilt mithilfe eines By-Pass, der eine Teilstorm wird gekühlt und somit auch entfeuchtet und anschließend mit dem nicht gekühlten Teilstrom gemsicht.
Skizzieren Sie einen Scroll-Verdichter
a) Welche Kältemittel werden in PKW-Klimaanlagen heute eingesetzt?
b) Weshalb sollen zukünftig andere Kältemittel eingesetzt werden?
c) Welche alternativen Kältemittel gibt es und welche Probleme bereiten diese Stoffe?
a) R134a (ältere Fahrzeugfe), R1234yf, Co2 (R744)(eher selten)
b) wegen der Klimafreundlichkeit sollen Källtemittel mit geringen GWP eingesetzt werden und ohne Ozonabbaupotenzial
c) Natürliche Kohlenwasserstoffe wie Propan -> leicht entzündlich
CO2 -> schelchte Effizienz bei hihen Außentemperaturen
-> hohe drücke erforderlich
-> Undichtigkeit
Weshalb werden in europäischen Fahrzeugklimaanlagen heute nur selten Flügelzellenverdichter eingesetzt?
Die Leistungsreglung ist bei Hubkolbenverdichtern besser umzusetzen als bei Flügelzellenverdichtern. Dies passt besser zu den Klimatischen Bedingungen in Europa.
Skizzieren Sie einen Flügelzellenverdichter und einen Scrollverdichter!
Flügelzellenverdichter
Scrollverdichter
Weshalb wird das Roots-Gebläse nicht als Kältemittelverdichter für Fahrzeugklimaanlagen eingesetzt?
Roots-Gebläse ist kein Verdichter, sondern ein Gebläse.
Verdichtungsverhältnis ist nicht groß genug.
Wie ist der indizierte Verdichtergütegrad definiert und wie lässt er sich ermitteln?
Skizzieren Sie (einfache Handskizze!) einen Längsschnitt durch einen leistungsgeregelten Taumelscheibenverdichter (Wobble plate) bei maximaler Kältemittelförderung. Zeichnen Sie in diese Skizze mit Strichlinien die Position der Taumelscheibe bei minimaler Kältemittelförderung.
Weshalb wird die Zahnradpumpe nicht als Kältemittelverdichter eingesetzt?
Zahnradpumpe ist ein Gebläse/Pumpe. Nur zur Förderung/Kraftübertragung, nicht zum verdichten.
Welche Unterschiede gibt es zwischen der Leistungsregelung (Volumenstromregelung) eines Flügelzellenverdichters und eines Taumelscheibenverdichter?
Bei Taumelscheibenverdichtern wird der Hubraum auf etwa 5% reduziert, beim Flügelzellenverdichter ist maximal eine Reduzierung auf 30% möglich. Außerdem sind die Verluste beim Flügelzellenverdichter größer, da ein Teil des Gases über eien Bypass zurückströmt.
Wie wird die Leistung eines Verdichters gemessen?
1.) Offene Verdichter: Messung der Drehzahl und des Drehmoments->Leistung der Antriebswelle
2.)Thermetische Verdichter: Elektrische Leistungsaufnahme an Motorklemme wird gemessen.
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