Prozesssimulation von Schienenfahrzeug-Klimaanlagen mit CO₂ als Kältemittel

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.