Gemeinsamer Schlussbericht zum Projekt: „Heat2Comfort - Abwärmebasierte Klimatisierung von Brennstoffzellen-Triebzügen“

Abstract

Stand der Wissenschaft und Technik: Für die Klimatisierung von Schienenfahrzeugen werden nach dem Stand der Technik nahezu ausschließlich rein elektrisch betriebene Kompaktanlagen verwendet, welche die Funktionen Heizen, Kühlen, Entfeuchten und Lüften vereinen. Dabei wird die thermische Behaglichkeit in den Räumen allein durch die Konditionierung der Zuluft realisiert. Die Kältebereitstellung erfolgt durch Kompressionskälteanlagen. Zur Steigerung der Heizleistung werden die Kompaktanlagen vereinzelt durch Umluft-Heizlüfter ergänzt. Zielsetzung: Das primäre Ziel des Verbundvorhabens besteht in der Entwicklung eines neuartigen Klimasystems, das auf der Nutzung der Abwärme der Brennstoffzelle als primäres Energiewandlungssystem des Fahrzeugs beruht. Dabei sollen 70 % der im Jahresverlauf für die Klimatisierung benötigten Energie durch Abwärme bereitgestellt, der thermische Komfort der Passagiere nachweisbar erhöht und der Schallleistungspegel des für die Klimatisierung benötigten Aggregats um mindestens 3 dB(A) gesenkt werden. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass der nutzbare Teil der Brennstoffzellenabwärme für die Fahrzeugklimatisierung drastisch gesteigert werden kann, durch Nutzung eines thermischen Speichers (Thermische Weiche) und durch thermische Kälteerzeugung (Absorptionskälteanlage). Das entwickelte abwärmegestützte Klimasystem kann so über 90 % des thermischen Energiebedarfs im Fahrzeug aus Abwärme bereitstellen und dabei rund 64 % der für die Klimatisierung des Fahrgastraumes benötigten elektrischen Energie ein-sparen. Zudem ist das System signifikant leiser als Standard-Klimageräte (4 dB(A) in Volllast, 17 dB(A) in Teillast) und bietet gleichzeitig einen besseren Komfort für die Fahrgäste durch die thermische Bauteilaktivierung (Thermisch Aktive Innenausbau-Komponenten). Des Weiteren zeigte sich, dass die Regelung des Systems einen entscheidenden Einfluss auf die Energieeffizienz hat, und, dass trotz der Ansätze zur modellprädiktiven Regelung noch viel Optimierungspotenzial besteht. Grundlage dafür bildete und bildet das 1D-Simulationsmodell, anhand dessen verschiedenste Regelstrategien getestet werden können.