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BOREALIS Die innovative E-Bus Klimatisierung
Dr. Ir. R.J. (Rob) van Benthum GRUPPENLEITER ENTWICKLUNG UND PROJEKTE HEAVAC BV - NIEDERLANDE
Überblick
© AURORA Advanced HVAC Solutions
7. Dezember 2017 / Page 2
E-Bus Klimaproblematik Systemanforderungen Kältemittel und Systemleistung Borealis Wärmepumpe System Versuchsergebnisse Klimahalle Schlussfolgerung und Roadmap
E-Bus Klimaproblematik
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E-Busse ZERO EMISSION !
Kein Verbrennungsmotor
Keine Brennstoffheizer
Keine große Restwärmequelle !
Heizung soll von Batterie kommen
E-Bus Klimaproblematik
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100%
10%
Reichweite km
Reichweite ist limitiert!
E-Bus Klimaproblematik
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100%
10%
Antrieb
Klima
Reichweite km
Heizbetrieb:
elektrische Direktheizung
COP = 1
1 kWELEC 1 kWHEAT
STAND HEUTE MARKT
E-Bus Klimaproblematik
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100%
Reichweite
10%
km
Antrieb
Klima
Heizbetrieb:
Wärmepumpe
COP = 2
1 kWELEC 2 kWHEAT
ZIEL AURORA
E-Bus Klimaproblematik
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Elektrisches Energieverbrauch Klimaanlage + PTC Heizung vs. Wärmepumpe
- Ganzjahres-Simulation E-Bus Niederlande 1975-2015
- COP für Kühlbetrieb (AC) ist
gleich (egal PTC oder Wärmepumpe)
- COP für Heizbetrieb
PTC Heizung = 1.0 (Referenz) Wärmepumpe = >2.0; nach Versuchsergebnisse
- Wärmepumpe wird jährlichen Energiebedarf um 50 bis 60% reduzieren !
Ene
rgie
beda
rf Te
mpe
ratu
r (C
o )
Energiebedarf Wärmepumpe vs. PTC Heizung (01.01 – 31.12)
Tagestemperatur (01.01 – 31.12)
Tag
Tag (01.01) (31.12)
(01.01) (31.12)
Systemanforderungen
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5
10
15
20
25
30
35
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
VDV 236 Komfort Kennlinien
minimum
maximum
Aussentemperatur [oC]
Inne
ntem
pera
tur
[oC
]
Wärmepumpe Leistung “BY DESIGN” OHNE Zusatzheizung !
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Anlage Leistung und Farhzeug Bedarf
Hei
z / K
ühl -
Lei
stun
g Fahrzeug Bedarf
Wärmepumpe Leistung
Außentemperatur [oC]
WINTER SOMMER
BOREALIS Wärmepumpe Modul
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Eigenschaften Wasser-Wasser Wärmepumpensystem
• Immer warmes und kaltes Wasser verfügbar
Kompakter Kältemittelkreislauf • Momentan R407C (nur 3.0 kg !)
Geeignet für alternative Kältemittel • Kältemittel komplett getrennt von Innenraum
durch Wasserkreislauf
Optimierte Wärmeübertragung • Durch Konfiguration den Wärmetauschern
zwischen Wasser und Kältemittel
Kühl-Modus COP 2,5
Cooling Capacity 22 kW
Cooling fluid interior 4 oC
Ambient 35 oC / 70% r.h.
Heiz-Modus (Umgebungsluft) COP 2,6
Heating Capacity 11 kW
Cooling fluid interior 40 oC
Ambient -15 oC / 30% r.h.
Heiz-Modus (Antrieb Restwärme) COP 3,5
Heating Capacity 18 kW
Cooling fluid interior 45 oC
Cooling fluid waste 20 oC
Waste heat coolant connection
1
7
8
evaporator waste heat9
condenser climate2
3
4
evaporator climate9
15
5
5
21
15
Heat Pump Water-Station Heat Pump Water-Station
1111
1111
11
11
1311
14
1111
29 11
15
34 35
37
37
37
37
26 38
22
X51
52
53
21
22
Hea
t exc
hang
er
54
55
22Ambient HX
BOREALIS Wärmepumpe System
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entrance air curtains
roof top 8,8kW-Q20
heat pump module
Puma2 2kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
Front box 8kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
roof top 8,8kW-Q20
Aranea2 controller “HVAC intelligence + HMI”
Wärmepumpe Komplettsystem
BOREALIS Wärmepumpe System
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Puma2 2kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
roof top 8,8kW-Q20
heat pump module roof top 8,8kW-Q20
Front box 8kW-Q20
KÜHLBETRIEB
Warme Luft Kalte Luft Wasserkreislauf (kalt) Wasserkreislauf (warm)
BOREALIS Wärmepumpe System
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Puma2 2kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
roof top 8,8kW-Q20
heat pump module roof top 8,8kW-Q20
Front box 8kW-Q20
HEIZBETRIEB (Wärmequelle “Umgebung”)
Warme Luft Kalte Luft Wasserkreislauf (kalt) Wasserkreislauf (warm)
BOREALIS Wärmepumpe System
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Puma2 2kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
Teddy 1,8kW-Q20
roof top 8,8kW-Q20
heat pump module roof top 8,8kW-Q20
Front box 8kW-Q20
HEIZBETRIEB (Wärmequelle “Antriebe”)
M
M
!!! Effizienz und Leistungssteigerung !!!
Warme Luft Wasserkreislauf (Restwärme) Wasserkreislauf (warm)
Versuchsergebnisse Klimahalle
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0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
-10°C -5°C 0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 45°C
CO
P [
- ]
COP der Wärmepumpe
0
5
10
15
20
25
-10°C -5°C 0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 45°C
Leis
tung
[ k
W ]
Aussentemperatur [oC]
Heiz- /Kühlleistung der Wärmepumpe
18oC Innentemperatur erreicht:
27oC Innentemperatur erreicht:
Schlussfolgerung und Roadmap
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Funktionsfähiges Komplettsystem von -15oC bis +45oC
Energie-effiziente Lösung, selbst bei tiefen und hohen Außentemperaturen (COP >2.8 )
Wasser-Wasser Wärmepumpeprinzip; bietet Möglichkeiten für alternative Kältemittel
Modulares Systemkonzept, geeignet für verschiedene Fahrzeugvarianten
Kühlbetrieb: bewiesene Leistung nach ‚Design‘
Heizbetrieb: Kleine Leistungsverluste unter -5oC.
Weiterentwicklung (Roadmap) Gewicht Verdichterleistung Optimierung von Strömung und Wärmeübergängen Alternative Kältemittel