Erprobung und Bewertung von neuen Kältemitteln für Schienenfahrzeugklimaanlagen

Aufgrund der europäischen „F-Gase“-Verordnung arbeiten die Klimatechnik-Experten der DB Systemtechnik gemeinsam mit Klimaanlagenherstellern an der Erprobung von alternativen Kältemitteln für den künftigen Einsatz in Schienen fahrzeugklimaanlagen. Im Auftrag der DB AG und gemeinsam mit dem Klimaanlagenhersteller Kiepe Electric wird im Rahmen des Erprobungsprojekts „HLK-Natur“ das natürliche Kältemittel CO2 (R744) erprobt. Erprobungsträger sind zwei Klimaanlagen mit Wärmepumpenfunktion innerhalb eines Doppelstockfahrzeugs der DB Regio. Da sich der thermodynamische Prozess und die Druckverhältnisse von R744 im Vergleich zu den konventionellen Anlagen wesentlich unterscheiden, setzt die DB AG neben Prüfstandstests- und Betriebserprobung auch auf Simulationen des thermodynamischen Gesamtprozesses, um Erfahrungen und Erkenntnisse mit R744 und Klimaanlagen mit Wärmepumpenfunktion zu sammeln. Im Rahmen des Erprobungsprojekts wurden mithilfe der Software „Dymola“ Simulationen erstellt, wodurch die thermischen Grenz- und Extrembereiche aufgezeigt werden konnten. Zudem konnten mit der Simulation viel fältige Szenarien modelliert und simuliert werden. Dazu gehörten unter anderem die Einflussnahme von Eisbildung am Umgebungswärmeübertrager im Wärmepumpenmodus und die Parametrisierung von Auslegungsparametern sowie unterschiedliche Regelungsstrategien der Klimaanlage. Mit diesen Berechnungen war es möglich, vor der Erstellung des physischen Erprobungsträgers, Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit und Regelbarkeit in Grenzbereichen zu erlangen. Das Gesamtmodell der Klimaanlage sowie des thermischen Modells des Wagenkastens wurden innerhalb von Prüfstands- und Klimakammerversuchen validiert. Die Prüfstandsversuche fanden bei einem Partner von Kiepe Electric, dem Austrian Institute of Technology in Wien, statt. Die Versuche am Wagen konnten in der Klimakammer der DB Systemtechnik in Minden durchgeführt werden. Durch den Einsatz des virtuellen Zwillings konnten potenzielle Fehlerquellen frühzeitig erkannt und Ursachen nachvollzogen und beseitigt werden. Die Klimaanlagenbetreiber profitieren somit künftig von optimierten und neuartigen Klimaanlagen mit einem höheren Reifegrad, verbunden mit einem reduzierteren Instandhaltungsaufwand und damit geringeren Kosten. So konnten die Klimaanlagen-Experten der DB Systemtechnik im Zuge dieses Projekts ihr ausgeprägtes Know-how im Be reich klimatechnische Simulations- und Bewertungskompetenz zur frühzeitigen Bewertung und Optimierung der industriellen Anlagenkonzepte und damit zum Nutzen der Industrie sowie den Geschäftsfeldern einsetzen.