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Über dieses Buch

Die Bewertung des weltweiten Energiebedarfs verschiedener HVAC-Systeme von BEV (Battery Electric Vehicle) basiert auf GREEN-MAC-LCCP für 211 Städte. Westerloh stellt für jede Stadt die Außenlufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und die Solarstrahlung unterteilt in sechs Temperaturbereiche mit der dazugehörigen gewichteten Häufigkeit dar. Der Autor bestimmt den Energiebedarf zum Heizen und Kühlen mit einem thermischen Gesamtfahrzeugmodell eines Elektroautos der Kompaktklasse. Die untersuchten HVAC-Systeme sind zwei Kälteanlagen mit Zusatzheizer mit den Kältemitteln R-1234yf und R-744 und zwei umschaltbare Wärmepumpen mit den Kältemitteln R-134a und R-744. Neben den Klimadaten verwendet Westerloh die Anzahl der zugelassenen Pkw und die durchschnittlich zurückgelegte Strecke pro Stadt zur Berechnung von Kenngrößen. Als Ergebnis erhält er den weltweiten Energiebedarf pro Kilometer und Pkw im Jahr sowie für eine BEV-Flotte für jedes HVAC-System in unterschiedlicher Auflösung. Die Kenngrößen diskutiert er mit Beispielen.

Der Autor:

Malte Westerloh arbeitet bei einem deutschen Automobilkonzern in der Methoden- und Prozessentwicklung für die virtuelle Absicherung. Er hat berufsbegleitend an der TU Braunschweig promoviert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Motivation

Zusammenfassung
In den vergangenen Jahren haben sich die gesetzlichen Anforderungen an die Neuwagen eines Automobilherstellers stark verändert. In Europa, USA und Japan wurden CO2-Grenzwerte für die Emission von Pkw zur Begrenzung des Treibhauseffekts vorgeschrieben. Bis 2020 ist für eine Neuwagenflotte in Europa ein durchschnittlicher CO2-Ausstoß von maximal 95 g CO2 pro Kilometer und Pkw vorgeschrieben [42]. Der Flottenausstoß soll bis 2025 unterhalb von 60 g CO2 pro Kilometer und Pkw liegen.
Malte Westerloh

Kapitel 2. Klimatisierungssysteme

Zusammenfassung
Klimatisierungssysteme (HVAC, Heating, Ventilation and Air Conditiong) bilden ein System verschiedener Komponenten zur Bereitstellung von Wärme und „Kälte“ zur Konditionierung des Fahrgastraums. Der erforderliche Wärmestrom wird von einem Kältemittelkreislauf (zum Kühlen) und einem Zuheizer oder einer Wärmepumpe (zum Heizen) bereitgestellt und im Klimagerät an die Luft übertragen, die in den Fahrgastraum strömt.
Malte Westerloh

Kapitel 3. Thermisches Gesamtfahrzeugmodell

Zusammenfassung
Die Entwicklungszeiten von Pkw werden trotz zunehmender Modellvielfalt und steigender Komplexität technischer Systeme immer kürzer. Daher steigt für den Automobilhersteller die Bedeutung einer frühzeitigen Auslegung und Bewertung anhand von Computermodellen. Neben der Untersuchung einzelner Bauteile ist dessen Zusammenspiel im Pkw von großer Bedeutung. In der Praxis erfolgt die Auslegung und Bewertung mittels eines Gesamtfahrzeugmodells [94].
Malte Westerloh

Kapitel 4. Auswirkungen des Klimas auf den Energiebedarf zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraums

Zusammenfassung
Die IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) definiert das Klima wie folgt: „Climate in a narrow sense is usually defined as the ‚average weather‘, or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization (WMO). These quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation, and wind.
Malte Westerloh

Kapitel 5. Methoden zur Abbildung des regionalen Klimas

Zusammenfassung
In der Literatur werden verschiedene Methoden zur Darstellung des regionalen Klimas angegeben. In dieser Arbeit werden die Klimadaten aus GREEN-MAC-LCCP [113] verwendet. Dort wird das Klima in sechs Temperaturbereichen für 211 Städte weltweit angegeben. Die Temperaturbereiche stellen durch die Angabe einer gewichteten Häufigkeit das Klima eines Jahres dar.
Malte Westerloh

Kapitel 6. Methode zur Bewertung

Zusammenfassung
Zur Beschreibung des elektrischen Energiebedarfs zum Heizen und Kühlen eines BEV werden für die Bewertungsmethode folgende Eingangsgrößen verwendet:
  • Spezifischer Energiebedarf zum Heizen und Kühlen pro km eHV AC
  • Anzahl N und Verteilung n der Pkw
  • Durchschnittlich gefahrene Strecke je Pkw s im Jahr
  • Häufigkeit der Temperaturbereiche je Stadt Hi
Malte Westerloh

Kapitel 7. Vergleich des Energiebedarfs von HVAC-Systemen in den Regionen

Zusammenfassung
Der Energiebedarf pro Kilometer wird nach Kapitel 6 für die unterschiedlichen HVAC-Systeme berechnet. Im Folgenden findet eine weltweite Bewertung des Energiebedarfs dieser Systeme statt. Die Ergebnisse der Auswertungen werden im globalen Kontext sowie für die Kontinente, die den höchsten Pkw-Anteil aufweisen, diskutiert.
Malte Westerloh

Kapitel 8. Energiekosten für einen BEV in Deutschland

Zusammenfassung
Im Folgenden werden die Stromkosten für den Betrieb eines BEV mit Kälteanlage inklusive PTC sowie mit einer Wärmepumpe verglichen und die Mehrbelastung für einen Vier-Personen-Haushalt in Deutschland diskutiert. Die zusätzliche Energie für das Heizen und Kühlen eines BEV wird durch die Kenngröße des durchschnittlichen Energiebedarfs zum Heizen und Kühlen im Jahr pro Pkw dargestellt. Diese wurde mit der Bewertungsmethode (Kapitel 6) für unterschiedliche HVAC-Systeme berechnet. Der Grundverbrauch eines BEV wird entsprechend der Angaben aus den technischen Datenblättern eines BEV der Kompaktklasse entnommen.
Malte Westerloh

Kapitel 9. Flottenverbrauch

Zusammenfassung
Der Flottenverbrauch wird anhand der Kenngröße des Energiebedarf einer BEV-Flotte mit der Bewertungsmethode (Kapitel 6) ermittelt. Neben dem Energiebedarf zum Heizen und Kühlen wird der Grundverbrauch der betrachteten Flotte auf Basis eines BEV der Kompaktklasse separat mit ausgewiesen. Dieser Betrachtung liegen das regionale Klima sowie die durchschnittlich gefahrene Strecke je Land zugrunde.
Malte Westerloh

Kapitel 10. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wurde die Bewertung des durchschnittlichen, weltweiten Energiebedarfs verschiedener HVAC-Systeme für batterieelektrisch angetriebene Pkw (BEV, Battery Electric Vehicle) im Jahr vorgestellt. Hierzu wurde eine durchgängige Methode mit einem gekoppelten thermischen Gesamtfahrzeugmodell eines BEV der Kompaktklasse erarbeitet, die den Einfluss derHVAC-Systeme auf den Energiebedarf beschreibt. AlsHVAC-Systme wurden zwei Kälteanlagen mit Zusatzheizer und zweiWärmepumpen bewertet.
Malte Westerloh

Backmatter

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