Optimierung des Heiz- und Klimakonzepts zur Reduktion der Wärme- und Kälteleistung im Fahrzeug

Bei sehr niedrigen Temperaturen tritt bei batterieelektrischen Fahrzeugen eine erhebliche Reichweitenreduktion durch die Heizung und Klimatisierung des Innenraums auf. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur Entspannung des Zielkonflikts zwischen Reichweite und thermischem Komfort vorgestellt. Dafür werden Auslegungskriterien für das Heating, Ventilation and Air Conditioning System (HVAC-System) von Kraftfahrzeugen mit Hilfe statistischer Wetter- und Fahrzeugbewegungsdaten erarbeitet.
Es werden Heiz- und Kühlsysteme für Fahrzeuge und Möglichkeiten zur Reduktion von Wärmeübertragung in und aus dem Fahrgastraum vorgestellt. Der Leistungs- und Energiebedarf wird anhand der erarbeiteten Auslegungskriterien und mit Hilfe eines Fahrgastraumsimulationsmodells ermittelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der Reduktion der Energiemenge bei konstantem Komfort gegenüber dem Serienstand. Dabei werden die Wärmeströme der einzelnen Wärmetransportmechanismen, Zuluft, Abluft, Wärme- und Wasserdampfabgabe der Insassen sowie die Aufheizung und Abkühlung der thermischen Massen ermittelt, um daraus die Verbesserungsmaßnahmen mit dem größten Nutzen abzuleiten.
Darauf aufbauend werden Konzepte zur Optimierung des HVAC-Systems und der Fahrzeugkabine für ein Fahrzeug des A- und C-Segments erstellt und die Reduktion im Leistungs- bzw. Energiebedarf ermittelt. Durch die Maßnahmen Wärmepumpe, direkte Beheizung und Kühlung, Wärmedämmung, Umluftbetrieb, Vorkonditionierung und reduzierte thermische Massen ergeben sich Energieeinsparungen gegenüber einem Standardfahrzeug mit einer elektrischen Widerstandsheizung zwischen 70 und 80%.