Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung von PKW - Klimaanlagen

Diplomarbeit von Peer Schumacher

Zusammenfassung:

Ausgehend von einer eventuellen Verschärfung der Europäischen Gesetzgebung, die die Einbeziehung der Klimaanlage in den Neuen Europäischen Fahrzyklus vorsieht und somit eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und CO2-Emissionen zur Folge hätte, zeigt die o.g. Diplomarbeit auf, neben einer allgemeinen Betrachtung der Direkten und Indirekten CO2-Emissionen, wie eine mögliche Senkung der indirekten Emissionen und somit des Kraftstoffverbrauchs, durch eine Leistungsoptimierung von Kältemittelverdichter und Motorlüfter zu realisieren wäre. Dazu sollen verschiedene Ansätze zur Realisierung dieser Leistungsoptimierung erörtert und benutzt werden. Zunächst erfolgt eine theoretische Berechnung des Kraftstoffverbrauchs und dessen Minderung durch die optimierte Ansteuerung Motorlüfter/Kältemittelverdichter.

Der Vorteil dieser Berechnung ist eine Trendaussage zur Machbarkeit, die kostengünstig und mit geringen Aufwand durchführbar ist. Nach dieser Berechnung mittels Rechenprogramm soll eine Validierung des Ergebnisses an einem Prüfstand für die Pkw-Klimaanlage erfolgen. Dazu wurde ein vorhandener Prüfstand für das Kältemittel R134a verwendet, der entsprechend den theoretischen Vorlagen umgebaut wird und dann die Versuche unter den gleichen Bedingungen, wie bei der Berechnung durchgeführt werden.

Hier ist eine Bestätigung der Theorie möglich. Da der Prüfstand jedoch auch nicht die realen Bedingungen, die im Fahrzeug herrschen simulieren konnte, soll eine abschließende Überprüfung unter realen Bedingungen im Fahrzeug erfolgen, die die Aussagen aus Berechnung und Prüfstand bestätigen soll, um auch diese für zukünftige Untersuchungen zu nutzen. Nach der Bewertung der Ergebnisse sollen noch die verschiedenen Möglichkeiten zur Einsparung des Kraftstoffmehrverbrauchs durch die Klimaanlage erörtert und eine Aussicht auf mögliche Emissionsminderungen gegeben werden.

Die Versuche, die am R134a Prüfstand unternommen wurden zeigen, dass mit einer höheren Motorlüfteransteuerung Leistungseinsparungen möglich sind, die den Mehrverbrauch einer Klimaanlage um ca. 5% bis 10% senken könnte. Die anschliessende Überprüfung im Fahrzeug konnte dieses Ergebnis jedoch nicht bestätigen, was an der oben beschriebenen Zylinderabschaltung des V12-Zylinder Motors lag.

Auch eine Überprüfung der am Prüfstand ermittelten Ergebnisse an einem großhubigen Motor, wie beim benutzten V12 Motor, dessen Hubvolumen 6 Liter beträgt, ist im Nachhinein nicht sinnvoll, da sich hier der Mehrverbrauch der Klimaanlage nicht so stark auf den Gesamtverbrauch des Fahrzeuges auswirkt. Um aber den generellen Trend zu bestätigen, sollte eine Überprüfung der optimalen Ansteuerung Kältemittelverdichter/Motorlüfter in kleinhubigen Motoren erfolgen, wie sie in den Volumenmodellen, wie die A-Klasse und C-Klasse der Marke Mercedes Benz eingesetzt werden.

In diesen Modellen liegt der durchschnittliche Verbrauch bei 8 bis 12 Litern pro 100 km, der Anteil des Mehrverbrauchs durch die Klimaanlage bei 5 bis 8 Prozent, d.h. 0,6 Liter bis 0,8 Liter. Im Jahr 2002 wurden weltweit 171.000 Fahrzeuge der A-Klasse und 478.000 Fahrzeuge der C-Klasse abgesetzt.

Zusammen wurden ca. 650.000 Fahrzeuge in diesem Segment verkauft. Bei Erstzulassungen deutscher Marken beträgt die Mehrausrüstung Klimaanlage bereits fast 87 %. Umgerechnet wären das 565.000 Fahrzeuge mit der Zusatzausstattung Klimaanlage und ein Mehrverbrauch verursacht durch die Klimaanlage von insgesamt 339.000 Litern bis 452.000 Litern Kraftstoff auf 100 km. Unter der Annahme einer durchschnittlichen Jahresfahrleistung von 12.000 km pro Fahrzeug ein Einsparpotential von 407.000 Litern bis 542.000 Litern Kraftstoff pro Jahr und somit eine Minderung der CO2-Emissionen.

Der langfristig beste Weg zur Verringerung des Treibhauseffektes ist trotzdem die Verwendung natürlicher, nicht brennbarer Kältemittel, wie etwa Kohlendioxid. Bis dahin wird man die heutigen R134a-Klimaanlagen so optimieren, dass 1. ihr Energieverbrauch und die daraus resultierenden Emissionen deutlich sinken und 2. durch verbesserte Komponenten, Verbindungstechniken und Werkstoffe die Anlagendichtheit erhöht wird. Beides zusammen wird die Umweltbelastung durch Klimaanlagen so weit verringern, dass genügend Zeit gewonnen wird, Kohlendioxid-Klimaanlagen zu entwickeln und zur Serienreife zu bringen. Wichtigstes Kriterium für zukünftige Klimaanlagen ist ihr gesamtes Treibhauspotential aus Kältemittel-Emissionen und Energieverbrauch durch Betrieb und Transport im Fahrzeug.

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