CO2 (R744) als Kältemittel erfüllt sowohl die Forderungen des Montreal-Protokolls nach Kältemitteln ohne Ozonabbaupotential als auch die Forderungen des Kyoto-Protokolls zur Reduzierung des Treibhauspotentials. Wesentlicher Unterschied zur herkömmlichen Fahrzeugklimaanlage mit dem Kältemittel R1134a ist der Einsatz eines inneren Wärmeübertragers. Bei Umgebungstemperaturen > 31 Grad C arbeitet die CO2-Kälteanlage mit überkritischer Wärmeabgabe. Nach der Verdichtung auf einen überkritischen Druck wird ein Gas im 'Gaskühler' abgekühlt, der die Stelle des Kondensators einnimmt. Eine Kondensation findet im überkritischen Betrieb nicht statt. Im nachgeschalteten inneren Wärmeübertrager erfolgt eine weitere Abkühlung. Nach dem Drosselvorgang wird der Zustand am Verdampfereintritt im Zweiphasengebiet erreicht. An die Verdampfung schließt sich eine Überhitzung im inneren Wärmeübertrager an. Im überkritischen Betrieb ist der Hochdruck in technisch sinnvollen Grenzen einstellbar. Entsprechend der Öffnung des Expansionsventils ergeben sich unterschiedliche Hochdrücke bei sonst gleichen Randbedingungen der Kälteanlage. Bei niedrigeren Umgebungstemperaturen ist abhängig von der Kälteleistung gegebenenfalls auch ein unterkritischer Betrieb möglich. Beim Umgang mit CO2 sind das hohe Druckniveau und die starke physiologischen Wirkung bei Einatmung einer erhöhten CO2-Konzentration kritische Faktoren. Die Befüllung stellt den kritischsten Fall dar. Bei einer möglichen Überfüllung des Systems treten bei sehr hohen Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung überhöhte Stillstandsdrücke im Fahrzeug auf, die über dem maximal zulässigen Betriebsdruck liegen können. Vorteile ergeben sich für CO2 nicht nur unter Umweltgesichtspunkten, sondern auch hinsichtlich des thermischen Komforts für die Fahrzeuginsassen und zwar im Kühlfall wie auch bei einer Wärmepumpenanwendung im Heizfall. Außerdem ergeben sich im Jahresmittel Effizienzvorteile mit durchschnittlich höheren COP-Werten (Coefficient of Performance) des Kältekreislaufs, die zu einem niedrigeren durchschnittlichen Kraftstoffbedarf der Klimaanlage führen. Technische Nachteile hat das CO2-Systems durch ein etwas höheres Gewicht.
CO2 als alternatives Kältemittel
2002
30 Seiten, 18 Bilder, 7 Tabellen, 13 Quellen
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