Kartenstapel zweite Lösung

pro:

• CO2 (R774) hat geringen GWP (Global Warming Potential) Wert, als R134a im Vergleich: 1kg R134a entspricht 1430 kg CO2

• keine Herstellung erforderlich, CO2 fällt in der Chemieindustrie als Nebenprodukt ab

• CO2 ist nicht brennbar und nicht giftig, es erhöht nicht den CO2-Gehalt der Atmosphäre

• CO2 ist in der Natur vorhanden, und sehr günstig zu isolieren

contra:

• CO2 benötigt als Kältemittel in einer Klimaanlage einen Betriebsdruck von 100bar

• Bei hohen Temperaturen erreicht CO2 im Vergleich zu R134a eine nicht so hohe Kühlleistung

• Durch den höheren Druck müssen die Bauteile stabiler sein, damit werden die Komponenten der Anlage schwerer und massiver und verursachen höhere Kosten

Die 5 klimatechnischen Funktionen:

• Heizen

• Kühlen

• entfeuchten (bzw. Feuchteregulierung),

• Versorgung mit frischer Luft

• Reinigung der Frisch-/Umluft von Partikeln und Gerüchen

Darüber hinaus hat die Klimaanlage eines Fahrzeuges die Aufgabe für alle Insassen ein behagliches Raumklima, ein für den Fahrer belastungsarmes und ermüdungsfreies Umfeld zu schaffen, sowie das Beschlagen der Scheiben zu verhindern

Thermisch: Raumlufttemperatur, Innenraum- und Außentemperatur, Temperatur der Umschließungsfläche (Glas), Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Turbulenz der Luftbewegung, Wärmestrahlung je nach Tageszeit

• Nicht thermisch: Luftschall, CO2-Gehalt (Leitgröße für Raumluftqualität; für Regelung nutzbar), Gehalt an wahrnehmbaren Stoffen, Bekleidung, Geschlecht und Alter

Stress, Gerüche, Physische Aktivitäten, wie das fahren eines KFZ

Eine Semi-Klimaanlage erfüllt folgende Anforderungen:

• Lüften

• Heitzen

• Kühlung

• Entfeuchtung gegen Scheibenbeschlag

-> läuft nicht geregelt ab

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)

PPD: predicted procentage of dissatisfied / ein Wert für die Unzufriedenheit mit dem vorhandenen

Raumklima, ist an PMV gekoppelt.

PMV: predicted mean vote / ein Wert für die mittlere subjektive Zufriedenheit des Raumklimas.

Wird in sieben Stufen angegeben:

Bestenfalls 95%

die relative Luftfeuchte ist im Winter höher als im Sommer.

• Winter ~ 85%

• Sommer ~ 65%

Die Kälteerzeugung bei der Fahrzeugklimatisierung beruht auf den Prinzipien der:

• Verdampfung / Verdunstung

• Verflüssigung

• Verdichtung

• Drosselung

• Unterkühlung

• Überhitzung

• Verdichterverluste

• Ansaugverluste

• Aufheizverluste

• Verlust durch Rückentspannung

• Reibung, Interne Leckagen

• Undichtigkeit

Der Liefergrad oder 𝜆𝐿kurz 𝜆 ist eine für Verdrängermaschinen gebräuchliche Kenngröße zur Bewertung der Ausnutzung des Verdichterhubraums und wird durch das Verhältnis aus der effektiven Fördermenge zur theoretisch aufgrund des Hubraums VH möglichen Fördermenge bestimmt. Mehrere konstruktive und betriebliche.

Einflüsse tragen dazu bei, dass der Liefergrad kleiner als eins ist.

Bei Hubkolbenverdichtern wird der Volumenstrom Vth & auch als Hubvolumen bezeichnet und berechnet sich aus

Der Liefergrad kann als eine multiplikative Verknüpfung von Liefergradanteilen definiert

werden, welche die verschiedenen Verlustmechanismen kennzeichnen.

• Isentroper Gütegrad (isentroper Verdichtergütegrad)

Der isentrope Gütegrad 𝜂𝑆/𝜈𝑆/𝜈 gibt an, wie „gut“ ein realer Verdichter im Vergleich zu einem isentrop arbeitenden Verdichter ist. In der Kältetechnik wird für den theoretischen Verdichter eine isentrope Zustandsänderung festgelegt. 𝜂𝑆=𝑚̇𝑅(ℎ𝑔2𝑠−ℎ𝑔1)𝑃=𝑤𝑡,𝑠𝑤𝑡 𝑚𝑖𝑡 𝑃=𝑚̇𝑅⋅𝑤𝑡

• [Indizierter Gütegrad (indizierter Verdichtergütegrad)]

• [Adiabater Gütegrad (adiabater Verdichtergütegrad)

Heute eingesetzt wird das Kältemittel R134a und R1234yf (früher Propan). Als Alternativen werden CO2 (R744), das Kältemittel R152a und Mischungen verschiedener Substanzen, welche einen GWP-Wert von unter 150 haben. Dieser ist ab 2015 vorgeschrieben. R152a hat einen GWP-Wert von 124.

Es passt die Kältemittelmenge an den jeweiligen Betriebspunkt an, sorgt durch die Regelung des

Kältemittelmassenstroms dafür dass am Verdampferaustritt nur Kältemitteldampf vorliegt. Regeln der Überhitzung Δ𝑇ℎ auf einen bestimmten Wert (Nicht ein Regeln der Verdampfungstemperatur). Dabei wird nur die statische Überhitzung geregelt, die Öffnungsüberhitzung ist nicht ei

Die Überhitzung ist hier nicht regelbar. Das System ist so abgestimmt, dass am Ende des Verdampfers noch flüssiges Kältemittel vorhanden ist. Damit kein flüssiges Kältemittel vom Verdichter angesaugt wird, wird das flüssige Kältemittel in dem Behälter gesammelt und mittels U-Rohr nur das gasförmige Kältemittel angesaugt.

• Scroll-/Spiralverdichter

• Flügelzellenverdichter

• Hubkolben

• Swash-Plate-Verdichter/ umlaufende Schiefscheibe

• Wobble-Plate Verdichter/Taumelscheibenverdichter

• Schraubenverdichter

• Der Axialkolbenverdichter ist kostengünstig

• Die Leistung genügt für das in Europa herrschende milde Klima

• Durch seine geringe oszillierende Masse ist er sehr drehzahlfest und laufruhig, besonders für die in Europa oft verbauten kleineren Motoren (4-Zylinder) geeignet.

• Um die Vereisung des Verdampfers zu verhindern

• Zum Schutz des Kältekreislaufs (Hochdruckschalter/Niederdruckschalter)

• Kältemaschine an Außentemperatur anpassen

• Kälteleistung ist abhängig von der Leistungszahl, Enthalpie und Außentemperatur.

• Wird die Kälteleistung dem Leistungsbedarf nicht angepasst, sinkt die Effizienz und der Kraftstoffverbrauch unnötig

(Wie kann die Kälteleistung variiert werden?

• schaltbare Kupplungen

• Verdichter-Hubregelung

• Verdichter-Überström- bzw. Bypassregelung)

-automatische Regelungsventile

-entscheidet Temperatur im Verdampfer

(Würde OT des Kolbens verschieben → keine Verdichtung (Fahrradpumpenverusch))

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.

Transkritisch(über kritischem Punkt)=>Gaskühler nötig

• Transkritische Verdichtungsverhältnis ist niedriger und kann zu einer Erhöhung des isentropen Verdichtergütegrades führen.

• Vergleichbar große Strömungsabfälle führen bei den deutlich niedrigeren Volumenströmen zu kleinen Verlustleistungen.

• Insbesondere bei luftgekühlten Kühlern kann es auf Grund der in (über-) kritischem Zustand abnehmenden Temperatur bei vergleichbarer Baugröße eine kleinere Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Lufttemperatur erzielt werden.

Zwar bietet das Kühlmittel R134a eine bessere Kühlleistung, jedoch haben Praxistests bewiesen das zum Betrieb einer Verdichterkältemaschine die mit CO2 betrieben wird weniger Energie benötigt wird.

Bei der transkritischen Verdichtung wird auf Drücke oberhalb des kritischen Punktes verdichtet, die dadurch entstehende Wärme muss mittels Gaskühler abgeführt werden.

Stattdessen wird die Wärme bei einem Druck oberhalb des kritischen Drucks mit einem sogenannten Gaskühler abgeführt, woher auch die Bezeichnung transkritischer Prozess rührt.

Der Einsatz von CO2 als Kältemittel ist auch bei der transkritischen Verdichterkältemanschine nicht einfach umzusetzen. CO2 (R744) hat bei hohen Temperaturen eine schlechtere Kühlleistung als herkömmliche Kältemittel (bspw. R134a). Problematisch sind auch die Sicherheitsvorschriften, da für CO2 deutliche höhere Betriebsdrücke (um 100bar) anliegen.

Aus dem Verdampfer austretendes Kältemittel wird zur weiteren Unterkühlung des aus dem Verflüssiger austretendes Kältemittel genutzt. Die Expansion bei niedrigen Temperaturen vergrößert die Verdamfpungsenthalpie.

Die Leistungszahl erhöht sich, weil die Unterkühlung und die Überhitzung größer werden.

Mittels By-Pass-Schaltung, nur ein Teilstrom der Außenluft wird gekühlt und mit dem anderen Strom gemischt. T0=…; 𝑄̇0,𝑛𝑒𝑢= 𝑄̇0− 𝑄̇𝐻

a) R134a; R1234yf; früher Propan

b) Aktuelle Kältemittel sind teilweise brennbar, toxisch und/oder schlecht für die Umwelt. Mittels natürlicher Kältemittel könnten diese Probleme umgangen werden.

c) Als Alternativen wird 𝐶𝑂2 (R744) diskutiert, jedoch gibt es aufgrund der hohen Drücke Sicherheitsbedenken. Zudem liegen auf der wärmeabgebenden Seite sehr hohe Temperaturen vor und die Kälteleistungszahl ist vergleichsweise niedrig.

Große Dichtflächen führen zu Problemen; hohe Leckagen; schlechter Gütegrad; Reibungsverluste und Temperaturzunahme bei hohen Drehzahlen;

Das Verdichtungsverhältnis ist nicht hoch genug, liegt maximal bei 2 psi

Die durch den Antrieb des Verdichters an das Gas übertragene Arbeit wird bei Verdrängerverdichtern durch eine Indizierung des Verdichters, d. h. einer Druckmessung im

Zylinder in Abhängigkeit vom Kolbenweg (bzw. vom Kurbelwinkel), ermittelt. Die in Bild

7.1, dem sogenannten Indikatordiagramm, umschriebene Fläche ist die indizierte Arbeit.

Damit lässt sich der indizierte Gütegrad

ermitteln. Er ist maßgeblich von dem Arbeitsaufwand für den Gaswechsel bestimmt.

Bypass und Variabler Hub