Auch bei elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen ist trotz hoher Wirkungsgrade der elektrischen und elektromechanischen Wandler der absolute Betrag der thermisch anfallenden Verlustleistung beim Betrieb dieser Fahrzeuge aufgrund der hohen Antriebsleistungen sehr erheblich. Am Beispiel des Hochgeschwindigkits-Triebzugs mit verteilten Antriebsanlagen der Deutschen Bahn AG (ICE 3) wurde untersucht, ob die Nutzung dieser Verlustwärme sinnvoll möglich ist. Dazu wurden vorab Betriebstemperaturen und Teillastcharakteristik der elektrischen und elektromechanischen Wandler sowie die zu erwartenden Betriebscharakteristika des ICE 3 untersucht. Die vorgestellte Studie konzentriert sich auf die Verwendungsmöglichkeit der Verlustwärme zur Klimatisierung, da dieser Bereich nach dem Antrieb der wesentlichste Energieverbraucher ist. Diese Verlustleistungen werden derzeit als Abwärme, teilweise mit beträchtlichem Aufwand, an die Umgebung abgegeben. Die drei Wärmeströme, (1) Verlustwärme aus dem verteilten Antriebssystem, (2) Wärme aus dem Fahrgastraum und (3) Abwärme an die Umgebung, werden durch Sekundärkreisläufe an die Kälteanlage herangeführt bzw. von dieser fortgeführt. Eine erste Auslegung ergab, daß pro Viertelzug eine Wärmeträgermasse von etwa 700 kg zuzüglich Füllmenge der Wärmeübertrager von 800 kg benötigt wird, bei Einsatz von Aluminiumleitungen beträgt die Gesamtmasse von Wärmeträger und Leitungen (ohne Massen der Wärmeübertrager) pro vier Wagen 2 t. Eine Betrachtung der notwendigen Außenwärmeübertrager ergab eine Abschätzung der notwendigen Wärmeübertragerfläche, die sich pro Reisezugwagen in der Größenordnung von 90 m2 bewegt, die beispielsweise im Dachbereich untergebracht werden kann. Die Gesamtmassen pro Viertelzug belaufen sich auf etwa 2,8 t für die Außenwärmeübertrager. Dem stehen erhebliche Masseeinsparungen für die Wärmeübertrager zur derzeit praktizierten Abfuhr der Verlustwärme an die Umgebung gegenüber. Der Durchschnitt des Jahresenergieverbrauchs pro Viertelzug für die Kälteerzeugung und Heizwärmeerzeugung zum Zweck der Klimatisierung beträgt 77,5 MWh bei den bisherigen Anlagen gegenüber einem Rückspeisepotential von 54 MWh pro Jahr bei Einsatz eines mit einer Kälteanlage gekoppelten Rankine-Kreislaufes.
Verlustwärmenutzung in Triebzügen des Hochgeschwindigkeitsverkehrs
The use of dissipated heat in high speed trains
KI - Luft- und Kältetechnik ; 35 , 9 ; 444-449
1999
6 Seiten, 9 Bilder, 6 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
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