R744-Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für Bahnanwendungen

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Abstract

Im nationalen österreichischen F&E-Projekt „eco2jet“ wird eine umweltfreundliche, energie- und kosteneffiziente R744-Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für Bahnanwendungen entwickelt. Die Anlage wird auf dem Klimakammerprüfstand und in weiterer Folge im regulären Fahrbetrieb des Zugbetreibers ÖBB (Österreichische Bundesbahnen) betrieben und evaluiert. 
Die Verwendung des natürlichen Kältemittels R744 (CO2 – Kohlenstoffdioxid) stellt, aufgrund des vernachlässig-baren GWP-Wertes und der hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften im Wärmepumpenbetrieb, eine zukunftsorientierte Technologie u.a. für Bahnanwendungen, dar. Verglichen zu herkömmlichen Kälteanlagen in Kombination mit elektrischen Widerstandsheizern, erhöht die eco2jet-Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion die Energieeffizienz maßgeblich. 
Eines der Ziele ist es, neben der möglichst geringen Umweltbelastung, die Komfortbedingungen für die Passagiere in einem breiten Anlagenbetriebsbereich bestmöglich zu erfüllen. Hierzu ist es notwendig eine fortschrittliche Anlagenarchitektur in Verbindung mit neuartigen Wärmeübertragern, Kältemittelverdichtern mit Zylinderabschaltung und einer intelligenten Anlagensteuerung zu entwickeln. Im Laufe des Forschungsprojektes sollen zusätzlich noch prädiktive Wartungsstrategien erarbeitet und erprobt werden, welche die Ausfallssicherheit signifikant erhöhen und die Betriebs- und Wartungskosten für den Betreiber erheblich senken sollen. 
Die maximale Kälteleistung des Systems bei 35 °C Umgebungstemperatur (Betriebspunkt DP 1) beträgt ca. 19 kW (kältemittelseitig gemessen) bei einem Kältemitteldruck von 115 bar am Verdichteraustritt und einer Kälteleistungszahl (COP_A_cooling) von 1,80. 
Die maximale Heizleistung des Systems im Wärmepumpenbetrieb bei -10 °C Umgebungstemperatur (Betriebspunkt DP 2.1) beträgt ca. 17 kW (kältemittelseitig gemessen) bei einem Kältemittelsaugdruck von 20 bar und einer Heizleistungszahl (COP_A_heating) von 2,28. 
Ein einfacher Ansatz zur Reifbildung am Wärmeübertrager wurde modelliert, welches sehr gute Übereinstimmungen zwischen den Messungen und den Simulationen erreicht. Im Zuge des Projektes soll dieses Modell mittels weiterer Validierungsschleifen noch optimiert und an andere Bauarten von Wärmeübertragern adaptiert werden. 
Dieses Manuskript beinhaltet eine allgemeine Anlagen- und Systembeschreibung, Messergebnisse vom Klimakammerprüfstand sowie Simulationsergebnisse der eco2jet R744-Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion.
Originalsprachedeutsch
TitelDeutsche Kälte- und Klimatagung 2020 ONLINE
Seiten1-14
ISBN (elektronisch)978-3-932715-53-2
PublikationsstatusVeröffentlicht - 19 Nov 2020
VeranstaltungDeutsche Kälte- und Klimatagung 2020 - Virtuell, Deutschland
Dauer: 19 Nov 202020 Nov 2020
Konferenznummer: 47

Konferenz

KonferenzDeutsche Kälte- und Klimatagung 2020
KurztitelDKV-Tagung 2020
LandDeutschland
OrtVirtuell
Zeitraum19/11/2020/11/20

Schlagwörter

  • Bahn
  • Nahverkehr und Fernverkehr
  • Kälteanlage
  • Wärmepumpe
  • R744 (CO2 - Kohlenstoffdioxid)
  • HVAC
  • Vereisung Wärmeübertrager

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