Visteon Deutschland GmbH
Transcription
Visteon Deutschland GmbH
Vergleich des Kundennutzens verschiedener Zuheizsysteme mit R744 Wärmepumpen im PKW 17.09.2004 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium Visteon Deutschland GmbH Marc Graaf & Dr. Roman Heckt Advanced Refrigerant System Development 1 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • • • • • • Stand der Technik & Kundenerwartungen R744 Wärmepumpen Untersuchungskonzept Ergebnisse Vergleich des Kundennutzens Zusammenfassung Advanced Refrigerant System Development 2 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Übersicht 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • Seit der Einführung direkt einspritzender Dieselmotoren nimmt die freie Abwärme des Motors zur Innenraumbeheizung stetig ab. • Die freie Abwärme moderner Motoren genügt schon heute nicht zur komfortablen Innenraumbeheizung in Mitteleuropa. • Zukünftige Motorentwicklungen werden den Bedarf an Zuheizenergie noch steigern. • Heutige Zuheiztechniken weisen entweder kein hinreichendes Leistungssteigerungspotential auf (PTC) oder verursachen große Mengen an Schadstoffen (FFH). Advanced Refrigerant System Development 3 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Stand der Technik 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • Ein hinreichendes Heizungssystem ist ohne Mehrkosten Bestandteil jedes Fahrzeugs. • Das Heizungssystem ist vollständig integriert in das Heizund Kühlmodul des Fahrzeugs. Es verlangt keine separate Bedienung. • Der Kraftstoffverbrauch bei ähnlicher Fahrweise im Sommer wie im Winter ist vergleichbar. Kein nennenswerter Mehrverbrauch durch Heizungssysteme, die vormals Bestandteil des Kühlsystems waren. Advanced Refrigerant System Development 4 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Kundenerwartungen 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Kundennutzen Quantifizierung des Kundennutzens: • Zusätzliche Heizleistung im Fahrzeuginnenraum: . [ VLuft @ 25°C × ρLuft × c p , Luft × t Luft , Fußausl,WPan − t Luft , Fußausl,WPaus ] • Dadurch verursachter Kraftstoffmehrverbrauch: Zusätzliche Heizleistung in Fahrgastze lle [W] relativer Kraftstoff mehrverbra uch [%] Advanced Refrigerant System Development 5 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz kurzer Kreislauf Luft-Luft-WP Glykol-Luft-WP GasCooler Coolant HX Gascooler ACCU/IHX ACCU/IHX ACCU/IHX GasCooler EVAP EVAP Evaporator secGC Sec. GC HeaterCore Heater Core HeaterCore secGC + zus. WÜ in der HVAC + zus. WÜ in der HVAC + aktives Umschaltventil + zus. Expansionsorgan + aktives & passives Umschaltventil + bidirektionales Expansionsventil 1.9 TDI 2.0 TDCi Advanced Refrigerant System Development + zus. WÜ in der HVAC (nicht im Test) + zus. Glykol-WÜ + aktives & passives Umschaltventil + bidirektionales Expansionsventil 2.0 TDI 6 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved R744 -Kreisläufe 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Test in Klimakammer Testprozedur Umgebungstemperatur: -18°C Einstellungen Klimagerät: Gebläse maximal, nur Fußausströmer Fahrprozedur: Teil 1: 25 Min., 50 km/h1, 3. Gang: Motordrehzahl > 1500/min. Teil 2: 15 Min., Leerlauf Ein- / Ausschaltkriterium für Zuheizer: • Ausschaltkriterium: 2 von 3 Kopfraumtemperaturen > 27°C • Wiedereinschaltkriterium: 2 von 3 Kopfraumtemperaturen < 25°C 1: Rollengeschwindigkeit Advanced Refrigerant System Development 7 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz Testdaten Kurzer Kreislauf Advanced Refrigerant System Development 8 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz 300 2500W 250 2000W 200 1500W 150 1000W 100 500W 50 0W 0 0 - 4 Minutes 4 - 9 Minutes 9 - 14 Minutes Advanced Refrigerant System Development 14 - 19 Minutes 24 - 29 Minutes (idle) 9 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 3000W Zuheizwirkungsgrad [W / zus. Kraftstoffverbrauch] Zusätzliche Heizleistung im Fahrgastraum [W] Leistung & Wirkungsgrad kurzer Kreislauf, Testdaten 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • Die Zuheizleistung des kurzen Kreislaufs ist etwas höher als die eines 1-1,2 kW PTCs • sehr gutes dynamisches Verhalten • die Zuheizfunktionalität des kurzen Kreislaufs verursacht hohe zusätzliche Lasten am Klimakompressor • Der Wirkungsgrad liegt bei 70 W/%zusDiesel Advanced Refrigerant System Development 10 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved kurzer Kreislauf, Zusammenfassung © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz Testdaten Luft Wärmepumpe Advanced Refrigerant System Development 11 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz 300 2500W 250 2000W 200 1500W 150 1000W 100 500W 50 0W 0 0 - 4 Minutes 4 - 9 Minutes 9 - 14 Minutes Advanced Refrigerant System Development 14 - 19 Minutes 24 - 29 Minutes (idle) 12 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 3000W Zuheizwirkungsgrad [W / zus. Kraftstoffverbrauch] Zusätzliche Heizleiszung im Fahrgastraum [W] Leistung & Wirkungsgrad Luft Wärmepumpe, Testdaten 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • Zuheizleistung der Luft Wärmepumpe ist 1,4 bis 1,5 fach größer als die des kurzen Kreislaufs • sehr gutes dynamisches Verhalten • die Zuheizfunktionalität des kurzen Kreislaufs verursacht nur geringe zusätzliche Lasten am Klimakompressor • hohe Heizleistung im Leerlauf • Der Wirkungsgrad liegt bei 200 W/%zusDiesel Advanced Refrigerant System Development 13 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Luft Wärmepumpe, Zusammenfassung © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz Testdaten Glykol Wärmepumpe Advanced Refrigerant System Development 14 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz 300 2500W 250 2000W 200 1500W 150 1000W 100 500W 50 0W 0 60sec - 300sec 300sec - 600sec 600sec - 900sec 900sec - 1200sec Test time interval Advanced Refrigerant System Development 15 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 3000W suppl. Heating Efficiency [W/add. Fuel percent] suppl. Heating Performance Leistung & Wirkungsgrad Glykol Wärmepumpe, Testdaten 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz • Zuheizleistung der Glykol Wärmepumpe ist 1,4 bis 1,5 fach grösser als die des kurzen Kreislaufs • gutes dynamisches Verhalten • die Zuheizfunktionalität der Glykol Wärmepumpe verursacht nur geringe zusätzliche Lasten am Klimakompressor • Die Glykol Wärmepumpe ist verglichen mit den anderen beiden teurer. • Der Wirkungsgrad liegt bei 70 W/%zusDiesel Advanced Refrigerant System Development 16 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Glykol Wärmepumpe, Zusammenfassung 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Vergleich der Wärmepumpensysteme Zuheizleistung 3.000 Zuheizleistung in den Fahrgastraum [W] kurzer Kreislauf Luft Wärmepumpe 2.500 Glykol Wärmepumpe 2.000 1.500 1.000 500 0 1. bis 4. Minute 5. bis 9. Minute 10. bis 14. Minute Advanced Refrigerant System Development 15. bis 19. Minute 34. bis 39. Minute 17 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz Wirkungsgrad 300 [W / zus. Prozent Dieselverbrauch] Wirkungsgrad der Zuheizung 250 kurzer Kreislauf Luft-Wärmepumpe 200 Glykol-Wärmepumpe 150 100 • Der Wirkungsgrad der Luft-WP ist mehr als doppelt so groß wie der des kurzen Kreislaufs oder der Glykol-WP. • Eine Zuheizleistung von 2kW verursacht einen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch von 30% bei der Anwendung der GWP 50 Bei der Anwendung der LWP nur 8% 0 1. bis 4. Minute 5. bis 9. Minute 10. bis 14. Minute Advanced Refrigerant System Development 15. bis 19. Minute 18 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved Vergleich der Wärmepumpensysteme Erfüllungsgrad der Kundenerwartungen mit einer Luft-WP • Ein hinreichendes Heizungssystem ist ohne Mehrkosten Bestandteil jedes Fahrzeugs. Die Luft-WP liegt in dem spezifischen Kostenrahmen eines PTCSystems und verursacht somit marktübliche Mehrkosten. • Das Heizungssystem ist vollständig integriert in das Heiz- und Kühlmodul des Fahrzeugs. Es verlangt keine separate Bedienung. Die vollständige Integration der Luft-WP in die Klimasteuerung wurde von Visteon bereits mehrfach erfolgreich erprobt. • Der Fahrzeugverbrauch bei ähnlicher Fahrweise im Sommer wie im Winter ist vergleichbar. Kein nennenswerter Mehrverbrauch durch Heizungssysteme, die vormals Bestandteil des Kühlsystems waren. Die Luft-WP ist die mit weitem Abstand effizienteste Zuheiztechnologie verursacht somit die geringsten Mehrverbräuche. Advanced Refrigerant System Development 19 © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz © Visteon Deutschland GmbH, Confidential Property - all rights reserved 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium, Standklimatisierung und Wärmepumpenheizung im Kfz Danke Advanced Refrigerant System Development 20