Die Konvekta CO2-Wärmepumpenvarianten
Zuverlässig und effizient.
Diese Klimasysteme, speziell für Elektrobusse, zeichnen sich durch Nachhaltigkeit sowie eine sparsame und effiziente Nutzung der begrenzten Energie aus. Nach dem erfolgreichen Start der Serienproduktion in 2018 wurde das Produktportfolio der Konvekta-CO2 Wärmepumpe erweitert.
Die Konvekta CO2-Wärmepumpen sind Klimasysteme, die optimalen Komfort für Menschen und höchste Energieeffizienz für das Fahrzeug bieten.
Mit 0-Emissionen wird der Jahresenergieverbrauch zum Kühlen und Heizen um über 50% gesenkt.
Das System bezieht bis zu 75 % (COP coefficient of performance bis 4) der benötigten Wärme oder Kälte nicht aus fossilem Brennstoff oder Strom, sondern aus der Natur – aus der Umgebungsluft und ist somit hocheffizient.
Das Prinzip ist ganz einfach: Einer natürlichen Energiequelle (Luft) wird Wärme oder Kälte entzogen, um sie für den Heizbetrieb im Winter oder Kühlbetrieb im Sommer zu nutzen. Bis zu 75 % der benötigten Wärmeenergie werden aus der Umwelt kostenlos entnommen. Das System benötigt bestenfalls 25 % Antriebsenergie.
Das heißt aus 1 kW Batterieenergie werden bis zu 4 kW Heizleistung = bis zu COP4*
*COP = coefficient of performance
Verhältnis von erzeugter Kälte- bzw. Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung.
Die Konvekta CO2-Wärmepumpe nutzt CO2 (R-744) als Trägermittel.
Im Kreislauf der Wärmepumpe übernimmt das Kältemittel CO2 (R-744) die Aufgabe, die Wärme oder Kälte zu übertragen und zu transportieren.
Im ersten Schritt - im Verdampfer „kocht“ das Kältemittel schon bei sehr niedrigen Temperaturen und die
dabei aufgenommene Energie/Wärme wird gespeichert.
Jetzt wird das Volumen des Kältemittelgases CO2 (R-744) im Verdichter reduziert = verdichtet.
Dabei steigen der Druck und die Temperatur des Kältemittels.
Das heiße Kältemittel strömt nun weiter zum Gaskühler (Kondensator).
Hier wird die gewonnene Umweltwärme auf den Innenraum des Fahrzeugs übertragen und das Kältemittel kühlt sich ab.
Durch das Expansionsventil wird das Kältemittel anschließend auf niedrigeren Druck und Temperatur entspannt und kann somit wieder neue Wärme aus der Umwelt aufnehmen. Der Kreislauf beginnt also wieder von vorne.
Die Konvekta-CO2-Wärmepumpe verbindet Effizienz mit Reichweite
Das Konvekta-CO2-Wärmepumpen-Management ist die Lösung für diesen Kompromiss.
Speziell entwickelte Hochleistungskomponenten werden durch eine intelligente Steuerungseinheit zu einem effizienten und reibungslos funktionierenden Klima-Heizmanagement verbunden.
Der zentrale Teil bildet die Konvekta-CO2-Wärmepumpe - betrieben mit dem Kältemittel CO2 (R77, Kohlendioxid).
Die Wärmepumpe ist die cleverste und effektivste Heiztechnik im Bereich der E-Mobilität, sie bezieht die Wärme nicht aus einem Brennstoff oder durch Strom sondern aus der Natur – aus der Umgebungsluft. Aus einem Bruchteil an zugeführter Energie erhält man ein Vielfaches zurück und erzielt dabei einen hohen Wärmekomfort. Mit dem richtigen System bietet unsere Umgebungsluft eine unerschöpfliche Energiequelle - die CO2-Wärmepumpe nutzt genau diese Energie.
CO2 Wärmepumpe für Busse
CO2 Wärmepumpe für Schienenfahrzeuge
Weitere Energieeinsparungen werden erreicht durch:
- Kältemittel CO2 (R744)
- eigens entwickelte Kompenenten (z.B. Wärmetauscher)
- Energy Collect (Wärmerückgewinnung von wärmeerzeugenden Komponenten = 15 -20 % Energieeinsparung)
- die Konvekta-Steuerung "CleverControl
Der Energieverbrauch im Vergleich zeigt auf, dass von den möglichen Varianten der Klimatisierung eines Elektrobusses die CO2-Wärmepumpe am energiesparendsten ist.
Einsparpotenzial für Kosten und Umwelt - Energieverbrauch
Mit 0-Emissionen reduziert das Wärmepumpensystem den Energieverbrauch z.B. um 60 & bei -10 °C im Vergleich zur klassischen Elektroheizung.
Beachtet man das ganze Jahr inklusive Klimatisierung, sinkt der Energiebedarf um über 50 %.
Erhöhung der Reichweite
Diese Energieeinsparungen können zur Erhöhung der Reichweite genutzt werden. Die Reichweitenerhöhung ist abhängig von den Witterungsbedingungen und dem Fahrzeugtyp.
Erhöhung der Reichweite bis 60 %
Ersparnis für Kosten und Umwelt
Die Wärmepumpe benötigt maximal 50 % Antriebsleistung im Vergleich zu einem Elektroheizgerät, somit wird nur die Hälfte der zusätzlich installierten Batteriekapazität benötigt. inkl. dem nötigen Batteriewechsel ergibt sich eine
Einsparung von 18.250 € (zusätzlich wird die Lebensdauer der Batterien verlängert)
Zudem können die Batterien kleiner ausgelegt werden, gleichzeitig wird ihre Lebensdauer verlängert. Dies stellt einen weiteren großen Nutzen für die Umwelt und eine deutliche Kostenersparnis dar.
100 % Klimaabdeckung im Jahr heißt:
Jedes System braucht eine Zusatzheizung. Die Frage ist nur wie oft man eine Zusatzheizung benötigt .
Wenn man das durchschnittliche Klima in Deutschland betrachtet, stellt man fest, dass es ein Temperaturfenster gibt von -13°C bis 35. (Fahrtzeit von 5:00 - 23:00 Uhr)
Die Konvekta CO2 Wärmepumpe 2.0 deckt 100% dieses Fensters ab. Das heißt: auch bei einer Außentemperatur von -20°C ist es im Fahrzeuginneren angenehm warm und im Sommer ist es auch bei 47°C noch angenehm kühl.
Bei den anderen Varianten benötigt man schon sehr früh eine Zusatzheizung, diese kostet Geld oder reduziert die Reichweite des Fahrzeugs. Die Konvekta-CO2-Wärmepumpe benötigt keine Diesel- Zusatzheizung und somit auch keine fossilen Brennstoffe (z.B. Dieselkraftstoff). Das heißt: es entstehen keine Kosten für die Beheizung des Fahrzeugs und auch keine Abgase. Andere Systeme (z.B. eine Wärmepumpe mit R134a) benötigen sehr oft im Jahr zusätzliche Heizenergie, um den Passagierraum zu klimatisieren. Hierdurch entstehen hohe Kosten.
Um einen Stadtbus ein Jahr zu beheizen, benötigt man den gleichen Kraftstoffbedarf wie für ein kleines Einfamilienhaus.
Clever-Control – Die Steuerung
Eine gute Effizienz und eine optimale Energienutzung ist nur als Komplettsystem möglich. Hierzu ist der wichtigste Baustein die Steuerung und die Software. Konvekta hat eine eigens entwickelte Software für CO2-Wärmepumpen-Systeme. Dies ist ein hochmodernes Regelungssystem, welches aus Parametern, individuellen Wünschen des Fahrzeugherstellers oder Betreibers, Fahrzeuganforderungen (Individualität des Fahrzeugs – Fahrzeugbeschaffenheit, Größe der Türen, etc.), Beschaffenheit der Strecke und Umgebung und Live-Analysen aus Sensorik-Daten während der Fahrt (Passagierzahl, Luftgüte, Batterietemperatur, Außentemperatur und weitere Einflussfaktoren) auswertet und die Klimatisierung bedarfsgerecht auf die Anforderungen anpasst.
Sind z. B. viele Personen im Fahrzeug, muss der Innenraum weniger stark beheizt werden, da jede einzelne Person durch die eigene Körperwärme den Bus mit aufwärmt. Sind wenige Personen im Fahrzeug, muss der Innenraum stärker beheizt werden. Durch diese individuelle Reglung, die sich automatisch jeder Situation anpasst werden unnötige Energieverluste vermieden.
Die Vordefinition für jedes Fahrzeug individuell besteht schon aus über 800 einstellbaren Parametern.
Feldtest
Gemessen wurden verschiedene 12 Meter Stadtbusse Außentemperatur -10°C. Die Fahrzeuge waren ca. 14 Stunden (inkl. einer Pause) im Einsatz.
Die Fahrtstrecke betrug pro Tag ungefähr 140 km und die Fahrzeuge wurden nicht vorkonditioniert.
Die Erfassung der Messdaten erfolgte über das komplette Fahrzeugsystem - vom Antrieb, über die Nebenverbraucher bis hin zu den Klimakomponenten. Die Auswertungen zeigten, dass die Innenraumsolltemperatur von 20°C problemlos über den ganzen Tag erreicht wurde. Die Fahrzeuge mit einem EmCO2s –System als Gesamtsystem benötigten nur 1,58 kWh/km. Ein System mit rein elektrischer Heizung benötigt unter gleichen Bedingungen 2,15 kWh/km.
Einsparpotenzial der Servicekosten von ca. 70 %.
Im Bereich Service und Wartung ergibt sich mit CO2 eine erhebliche Kosten- bzw. Zeitersparnis. Das ist darauf zurückzuführen, dass keine Notwendigkeit zur Rückgewinnung oder Entsorgung dieses Kältemittels (R744) nach eventuellen Wartungs- oder Reparaturarbeiten besteht.
Durch die einfache und ungefährliche Handhabung von R-744 minimieren sich die Servicezeiten im Vergleich zu R-134a um mehr als die Hälfte. Da R-744 kein chemisches Kältemittel ist, unterliegt es nicht der ChemKlimaSchutzVO.
Die Anschaffungskosten für das Kältemittel pro kg sind um über 90 % geringer.
Ein weiterer Nutzen liegt in der Verwendung der UltraLight-Technologie. Der extrem leichte und stabile Hochleistungswerkstoff bildet die Basis für die Aufnahme aller Bauteile, wodurch das Tauschen von Komponenten denkbar einfach wird. In wenigen Sekunden werden Filter, Lüfter und andere Bauteile ersetzt.
Dadurch ergibt sich im Ganzen ein Einsparpotenzial der Servicekosten von ca. 70 %.