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Durch die seit 2016 eingeleitete Reduktion des Inverkehrbringens von klimaschädlichen fluorierten Kälte­mitteln in die EU wird es in Zukunft not­wendig, klimafreundlichere Kälte­mittel in Kälte- und Klima­anlagen einzusetzen. Die Deutsche Bahn AG setzt dabei auf natürliche Kälte­mittel, die in verschiedenen Erpro­bungs­projekten bewertet werden. Mögliche Ersatz­kälte­mittel für das weit­verbreitete R134a sind Luft, Propan oder auch CO₂. Anders als bei Propan weichen die Prozess­führungen mit Luft und CO₂ als Kältemittel im Vergleich zu R134a stark ab. Um den CO₂-Kälteprozess bewerten und Komponenten oder Regel­ungs­algorithmen optimieren zu können, sind Prozess­simulationen ein probates Mittel. Dieser Beitrag stellt die vielfältigen Einsatz­möglichkeiten der Prozess­simulation am Beispiel einer generischen CO₂-Klimaanlage mit Wärme­pumpen­funktion vor. Aus den gewonnenen Simulations­ergebnissen wird deutlich, dass sich die Regelung stark von Anlagen mit konventi­onellen Kälte­mitteln unterscheidet. Zudem kann aufgezeigt werden, dass bzw. wie weit die Leistungs­fähigkeit des vorgestellten Systems bei Extrem­bedingungen eingeschränkt ist. Dynamische Betrachtungen zeigen zudem die Regel­barkeit im Teillastbetrieb für den Heiz- und Kühlfall.

Systeme zur Klimatisierung von Schienenfahrzeugen sind mit bis zu 30 % Anteil am Gesamtenergieverbrauch nach der Traktionsanlage der größte Verbraucher. Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz der Klimasysteme können aber erst dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn die erzielbaren Einspar-Effekte sicher monetär bewertbar sind. Dazu wird ein abgesichertes und anerkanntes Verfahren zur Ermittlung von Energieverbrauch und Effizienz benötigt. Die DB Systemtechnik hat in Zusammenarbeit mit der Ruhr Universität Bochum eine Methodik entwickelt, mit der ein solches Verfahren, ähnlich dem im Kfz-Bereich existierenden Prüfstandsverfahren (NEFZ), definiert werden kann. Der Energie-Verbrauchszyklus (EVZ) für Schienenfahrzeug-Klimaanlagen besteht aus wenigen, stationären Prüfstandsversuchen, die die im realen Betrieb vorkommenden Lastkollektive repräsentativ abbilden und mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand durchgeführt werden können. Als Ergebnis wird ein reproduzierbarer Zyklusverbrauch erhalten, der den direkten Vergleich unterschiedlicher Klimatisierungskonzepte ermöglicht.