BOREALIS Die innovative E-Bus Klimatisierung

Dr. Ir. R.J. (Rob) van Benthum GRUPPENLEITER ENTWICKLUNG UND PROJEKTE HEAVAC BV - NIEDERLANDE

Überblick

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 2

E-Bus Klimaproblematik Systemanforderungen Kältemittel und Systemleistung Borealis Wärmepumpe System Versuchsergebnisse Klimahalle Schlussfolgerung und Roadmap

E-Bus Klimaproblematik

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 3

E-Busse ZERO EMISSION !

Kein Verbrennungsmotor

Keine Brennstoffheizer

Keine große Restwärmequelle !

Heizung soll von Batterie kommen

E-Bus Klimaproblematik

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 4

100%

10%

Reichweite km

Reichweite ist limitiert!

E-Bus Klimaproblematik

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 5

100%

10%

Antrieb

Klima

Reichweite km

Heizbetrieb:

elektrische Direktheizung

COP = 1

1 kWELEC 1 kWHEAT

STAND HEUTE MARKT

E-Bus Klimaproblematik

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 6

100%

Reichweite

10%

km

Antrieb

Klima

Heizbetrieb:

Wärmepumpe

COP = 2

1 kWELEC 2 kWHEAT

ZIEL AURORA

E-Bus Klimaproblematik

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 7

Elektrisches Energieverbrauch Klimaanlage + PTC Heizung vs. Wärmepumpe

- Ganzjahres-Simulation E-Bus Niederlande 1975-2015

- COP für Kühlbetrieb (AC) ist

gleich (egal PTC oder Wärmepumpe)

- COP für Heizbetrieb

PTC Heizung = 1.0 (Referenz) Wärmepumpe = >2.0; nach Versuchsergebnisse

- Wärmepumpe wird jährlichen Energiebedarf um 50 bis 60% reduzieren !

Ene

rgie

beda

rf Te

mpe

ratu

r (C

o )

Energiebedarf Wärmepumpe vs. PTC Heizung (01.01 – 31.12)

Tagestemperatur (01.01 – 31.12)

Tag

Tag (01.01) (31.12)

(01.01) (31.12)

Systemanforderungen

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 8

5

10

15

20

25

30

35

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

VDV 236 Komfort Kennlinien

minimum

maximum

Aussentemperatur [oC]

Inne

ntem

pera

tur

[oC

]

Wärmepumpe Leistung “BY DESIGN” OHNE Zusatzheizung !

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Anlage Leistung und Farhzeug Bedarf

Hei

z / K

ühl -

Lei

stun

g Fahrzeug Bedarf

Wärmepumpe Leistung

Außentemperatur [oC]

WINTER SOMMER

BOREALIS Wärmepumpe Modul

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 9

Eigenschaften Wasser-Wasser Wärmepumpensystem

• Immer warmes und kaltes Wasser verfügbar

Kompakter Kältemittelkreislauf • Momentan R407C (nur 3.0 kg !)

Geeignet für alternative Kältemittel • Kältemittel komplett getrennt von Innenraum

durch Wasserkreislauf

Optimierte Wärmeübertragung • Durch Konfiguration den Wärmetauschern

zwischen Wasser und Kältemittel

Kühl-Modus COP 2,5

Cooling Capacity 22 kW

Cooling fluid interior 4 oC

Ambient 35 oC / 70% r.h.

Heiz-Modus (Umgebungsluft) COP 2,6

Heating Capacity 11 kW

Cooling fluid interior 40 oC

Ambient -15 oC / 30% r.h.

Heiz-Modus (Antrieb Restwärme) COP 3,5

Heating Capacity 18 kW

Cooling fluid interior 45 oC

Cooling fluid waste 20 oC

Waste heat coolant connection

1

7

8

evaporator waste heat9

condenser climate2

3

4

evaporator climate9

15

5

5

21

15

Heat Pump Water-Station Heat Pump Water-Station

1111

1111

11

11

1311

14

1111

29 11

15

34 35

37

37

37

37

26 38

22

X51

52

53

21

22

Hea

t exc

hang

er

54

55

22Ambient HX

BOREALIS Wärmepumpe System

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 10

entrance air curtains

roof top 8,8kW-Q20

heat pump module

Puma2 2kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

Front box 8kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

roof top 8,8kW-Q20

Aranea2 controller “HVAC intelligence + HMI”

Wärmepumpe Komplettsystem

BOREALIS Wärmepumpe System

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 11

Puma2 2kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

roof top 8,8kW-Q20

heat pump module roof top 8,8kW-Q20

Front box 8kW-Q20

KÜHLBETRIEB

Warme Luft Kalte Luft Wasserkreislauf (kalt) Wasserkreislauf (warm)

BOREALIS Wärmepumpe System

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 12

Puma2 2kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

roof top 8,8kW-Q20

heat pump module roof top 8,8kW-Q20

Front box 8kW-Q20

HEIZBETRIEB (Wärmequelle “Umgebung”)

Warme Luft Kalte Luft Wasserkreislauf (kalt) Wasserkreislauf (warm)

BOREALIS Wärmepumpe System

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 13

Puma2 2kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

Teddy 1,8kW-Q20

roof top 8,8kW-Q20

heat pump module roof top 8,8kW-Q20

Front box 8kW-Q20

HEIZBETRIEB (Wärmequelle “Antriebe”)

M

M

!!! Effizienz und Leistungssteigerung !!!

Warme Luft Wasserkreislauf (Restwärme) Wasserkreislauf (warm)

BOREALIS Modulares Konzept

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 14

18m

12m

25m

Versuchsergebnisse Klimahalle

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 15

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

-10°C -5°C 0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 45°C

CO

P [

- ]

COP der Wärmepumpe

0

5

10

15

20

25

-10°C -5°C 0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 45°C

Leis

tung

[ k

W ]

Aussentemperatur [oC]

Heiz- /Kühlleistung der Wärmepumpe

18oC Innentemperatur erreicht:

27oC Innentemperatur erreicht:

Schlussfolgerung und Roadmap

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 16

Funktionsfähiges Komplettsystem von -15oC bis +45oC

Energie-effiziente Lösung, selbst bei tiefen und hohen Außentemperaturen (COP >2.8 )

Wasser-Wasser Wärmepumpeprinzip; bietet Möglichkeiten für alternative Kältemittel

Modulares Systemkonzept, geeignet für verschiedene Fahrzeugvarianten

Kühlbetrieb: bewiesene Leistung nach ‚Design‘

Heizbetrieb: Kleine Leistungsverluste unter -5oC.

Weiterentwicklung (Roadmap) Gewicht Verdichterleistung Optimierung von Strömung und Wärmeübergängen Alternative Kältemittel

© AURORA Advanced HVAC Solutions

7. Dezember 2017 / Page 17

Thank you