Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Durch Leckage bei mobilen Klima- und K\u00e4lteanlagen gelangen zur Zeit gro\u00dfe Mengen der als K\u00e4ltemittel eingesetzten FKW in die Atmosph\u00e4re, wo sie als starkes Treibhausgas wirken. Als einzige langfristige Alternative wird die Verwendung von nat\u00fcrlichen K\u00e4ltemitteln, insbesondere von Kohlendioxid, angesehen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist deshalb die Erschlie\u00dfung neuer Einsatzgebiete f\u00fcr die Verwendung des umweltfreundlichen K\u00e4ltemittels Kohlendioxid. Hierbei sollen zwei verschiedenartige neu entwickelte Verdichterkonzepte in einer bisher nicht verf\u00fcgbaren und untersuchten Leistungsregion miteinander verglichen werden. Au\u00dferdem soll im Bereich der Transportk\u00e4lteanlagen eine Frischdienst- bzw. Tiefk\u00fchlanlage neu entwickelt und untersucht werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Firma Konvekta beginnt mit der Auslegung und Konstruktion einer Labork\u00e4lteanlage. An der TU Braunschweig wird parallel mit der Auslegung und Konstruktion eines Verdichterpr\u00fcfstandes begonnen.
\nEin Verdichterprototyp der Firma Obrist wird in die Labork\u00e4lteanlage bei der Firma Konvekta eingebaut und im Verdichterpr\u00fcfstand der TU Braunschweig messtechnisch untersucht. Geplant sind an der TU Braunschweig Indizierungs- und Leistungsmessungen. Au\u00dferdem soll der \u00d6lumwurf mit Hilfe eines \u00d6labscheiders genauer untersucht werden. Bei der Firma Konvekta sind anschlie\u00dfend verschiedene Messungen an Labork\u00e4lteanlagenprototypen geplant. Unter anderem werden im Kalorimeterpr\u00fcfstand Funktions- und Leistungsmessungen durchgef\u00fchrt.
\nWeiterhin sollen bei der Firma Konvekta verschiedene Schaltungsvarianten zur Verdampferabtauung, der Einbau eines internen W\u00e4rme\u00fcbertragers sowie der Einbau eines Sammelgef\u00e4\u00dfes untersucht werden. Parallel dazu wird an der TU Braunschweig ein Verdichtersimulationsprogramm entwickelt, das zusammen mit der beim Antragssteller bereits entwickelten Kreisprozessplattform eine Simulation des Gesamtprozesses zul\u00e4sst.
\nBei Bitzer K\u00fchlmaschinenbau wird mit der Auslegung und Konstruktion eines Verdichterprototyps nach einem weggesteuerten, ventillosen, axialen Baukonzept begonnen. Dieser Prototyp soll am Verdichterpr\u00fcfstand untersucht werden. Abschlie\u00dfend wird ein Vergleich beider Verdichterkonzepte durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der von der Firma Bitzer konstruierte CO2-Verdichterprototyp nach weggesteuertem Funtionsprinzip konnte so weit entwickelt werden, dass neben Funktionstests auch Leistungstests zur Bestimmung von G\u00fcte- und Liefergraden am Pr\u00fcfstand durchgef\u00fchrt werden konnten. Ein Vergleich der Bewertungsgr\u00f6\u00dfen mit einem ebenfalls auf dem Pr\u00fcfstand untersuchten druckgesteuerten Schwenkring-Verdichterprototypen der Firma Obrist ergab nahezu identische Ergebnisse bez\u00fcglich des Liefergrades. Die ge-messenen Werte f\u00fcr den G\u00fctegrad des Bitzer-Verdichters lagen je nach Druckverh\u00e4ltnis um 14% bis 25% niedriger als die gemessenen G\u00fctegrade des Obrist-Verdichters. Vielversprechende Ergebnisse bez\u00fcglich des G\u00fctegrades ergaben sich beim Bitzer-Verdichter wie erwartet f\u00fcr den Bereich hoher Dreh-zahlen. Da sich der im Rahmen dieses Projektes neu entwickelte Bitzer-Verdichter erst in der zweiten Entwicklungsstufe befindet, ist mit einem gr\u00f6\u00dferen Optimierungspotenzial im Vergleich zum bereits weiterentwickelten Obrist-Verdichter zu rechnen. Weiterhin best\u00e4tigten die Messungen, dass auf Grund der hohen volumetrischen K\u00e4lteleistung und der g\u00fcnstigen Liefergrade der untersuchten CO2-Verdichter eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte erzielt werden kann.
\nDie bei der Firma Konvekta konstruierten und untersuchten Prototypen verschiedener CO2-Transportk\u00e4lteanlagen mit unterschiedlicher Anlagenverschaltung zeigten sowohl im fahrzeugnahen Aufbau am K\u00e4lteanlagenpr\u00fcfstand als auch bei ersten Stra\u00dfeneins\u00e4tzen in einem K\u00fchlfahrzeug einer Supermarktkette eine gute Funktionst\u00fcchtigkeit bei Abk\u00fchl- und Leistungstests. Messungen ergaben im Vergleich zu einer untersuchten R134a-Serienanlage f\u00fcr alle auf dem Pr\u00fcfstand untersuchten CO2-Anlagen eine deutlich h\u00f6here K\u00e4lteleistung sowohl im Frischdienst- als auch im Tiefk\u00fchlbetrieb. Im Frischdienstbetrieb konnten gleiche Leistungszahlen erzielt werden, wohingegen im Tiefk\u00fchlbetrieb niedrigere Leistungszahlen gemessen wurden, da das Verdichterhubvolumen im Verh\u00e4ltnis zu den verwendeten W\u00e4rme\u00fcbertragerfl\u00e4chen \u00fcberdimensioniert war. Simulationsrechnungen an einer optimierten CO2-Anlage mit reduziertem Verdichterhubvolumen ergaben f\u00fcr eine mittlere Drehzahl g\u00fcnstigere Leistungszahlen und gr\u00f6\u00dfere K\u00e4lteleistungen f\u00fcr den relevanten Temperaturbereich bei Umgebungstemperaturen unter 30\u00b0C. F\u00fcr hohe Umgebungstemperaturen lagen die berechneten Leistungszahlen und K\u00e4lteleistungen etwas niedriger als bei der R134a-Anlage. Messungen und Rechnungen ergaben, dass durch einen internen W\u00e4rme\u00fcbertrager sowohl die K\u00e4lteleistung als auch die Leistungszahl bei Umgebungstemperaturen \u00fcber 20\u00b0C deutlich gesteigert werden kann. F\u00fcr eine W\u00e4rmepumpenverschaltung wurden deutlich h\u00f6here Leistungszahlen und Heizleistungen im Vergleich zur untersuchten R134a-Anlage berechnet.
\nEine auf dieser Simulation basierende TEWI-Studie weist als Ergebnis f\u00fcr die CO2-Anlage f\u00fcr eine gem\u00e4\u00dfigte Klimazone eine insgesamt bis zu 50% niedrigere CO2-Emissionsbelastung auf und liegt damit sowohl bez\u00fcglich der direkten als auch indirekten CO2-Emissionsanteile unter dem Wert herk\u00f6mmlicher Anlagen mit R134a bzw. R404a.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ergebnisse wurden auf nationalen und internationalen Tagungen vorgetragen und ver\u00f6ffentlicht:
\nF\u00f6rsterling, S.; Tegethoff, W. and K\u00f6hler, J.:
\nTheoretical and Experimental Investigations on Carbon Dioxide Compressors for Mobile Air Conditioning Systems and Transport Refrigeration. Proceedings of the International Purdue Compressor Technology Conference, Nr. R11-9, Purdue West Lafayette, USA, 2002
\nLemke, N., K\u00f6hler, J.,Sonnekalb, M., F\u00f6rsterling, S.:
\nNutzfahrzeugklimatisierung und Transportk\u00e4lte mit dem K\u00e4ltemittel Kohlendioxid. DKV-Tagungsbericht Bremen 2000, 27. Jahrgang, Band III: 241-256.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Einsatz von Kohlendioxid in Frischdienst- und Transportk\u00e4lteanlagen stellt f\u00fcr eine gem\u00e4\u00dfigte Klimazone eine umweltfreundliche Alternative zu dem Einsatz von HFKW-K\u00e4ltemitteln wie R134a, R 404A und R 410A dar. Das niedrige Treibhauspotenzial, g\u00fcnstige \u00d6kobilanzen beim Herstellungs- und Entsorgungsprozess und die weltweite Verf\u00fcgbarkeit von Kohlendioxid rechtfertigen einen \u00f6kologisch sinnvollen Einsatz von CO2 in Transportk\u00e4lteanlagen in gem\u00e4\u00dfigten Klimazonen, trotz entstehender Mehrkosten, die f\u00fcr eine Serienfertigung im Bereich zwischen 16% bis 35% abgesch\u00e4tzt wurden.
\nZur Weiterentwicklung der bisher untersuchten Prototypenanlage sind sowohl im Bereich der Verdichterentwicklung als auch bei der Anlagenkonstruktion weitere Entwicklungsschritte erforderlich. Neben einer weiteren Untersuchung der Anlage im Stra\u00dfeneinsatz \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum ist vor allem eine begleitende Untersuchung durch Langzeittests von gro\u00dfer Bedeutung, um die Lebensdauer einzelner Anlagenkomponenten – insbesondere des Verdichters – zu ermitteln und zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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