Visteon Deutschland GmbH

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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
•
•
•
•
•
•
Stand der Technik & Kundenerwartungen
R744 Wärmepumpen
Untersuchungskonzept
Ergebnisse
Vergleich des Kundennutzens
Zusammenfassung
2
Übersicht
•
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).
3
Stand der Technik
•
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.
4
Kundenerwartungen
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 [%]
5
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
+ zus. WÜ in der HVAC (nicht im Test)
+ zus. Glykol-WÜ
+ aktives & passives Umschaltventil
+ bidirektionales Expansionsventil
2.0 TDI
6
R744 -Kreisläufe
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
7
Testdaten
Kurzer Kreislauf
8
300
2500W
250
2000W
200
1500W
150
1000W
100
500W
50
0W
0
0 - 4 Minutes
4 - 9 Minutes
9 - 14 Minutes
14 - 19 Minutes
24 - 29 Minutes (idle)
9
3000W
Zuheizwirkungsgrad [W / zus. Kraftstoffverbrauch]
Zusätzliche Heizleistung im Fahrgastraum [W]
Leistung & Wirkungsgrad
kurzer Kreislauf, Testdaten
• 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
10
kurzer Kreislauf, Zusammenfassung
Testdaten
Luft Wärmepumpe
11
300
2500W
250
2000W
200
1500W
150
1000W
100
500W
50
0W
0
0 - 4 Minutes
4 - 9 Minutes
9 - 14 Minutes
14 - 19 Minutes
24 - 29 Minutes
(idle)
12
3000W
Zuheizwirkungsgrad [W / zus. Kraftstoffverbrauch]
Zusätzliche Heizleiszung im Fahrgastraum [W]
Luft Wärmepumpe, Testdaten
• 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
13
Luft Wärmepumpe, Zusammenfassung
Testdaten
Glykol Wärmepumpe
14
300
2500W
250
2000W
200
1500W
150
1000W
100
500W
50
0W
0
60sec - 300sec
300sec - 600sec
600sec - 900sec
900sec - 1200sec
Test time interval
15
3000W
suppl. Heating Efficiency [W/add. Fuel percent]
suppl. Heating Performance
Glykol Wärmepumpe, Testdaten
• 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.
16
Glykol Wärmepumpe, Zusammenfassung
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
15. bis 19.
Minute
34. bis 39.
Minute
17
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
15. bis 19.
Minute
18
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.
19
Danke
20

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