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Kurzfassung
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Bisher
bekannte Bahnklimaanlagen für
Abteilwagen mit direkter Luftkühlung
durch jeweils ein Klimagerät
je Wagen erlauben die individuelle Temperatureinstellung im Abteil
bisher nur über
die Einstellung der Kühlleistung
des Klimagerätes
nach der Anforderung aus dem Abteil mit der niedrigsten gewünschten
Temperatur und der Nachheizung der Luft für die Abteile, welche eine
höhere
Abteiltemperatur anfordern. Dadurch entsteht ein zusätzlicher
Kühl- und
Heizenergiebedarf, der in der Gesamtbilanz als Verlust zu bewerten
ist. Erfindungsgemäß wird diese nachteilige
Lösung
dadurch vermieden, daß die Kühlleistung
mittels eines Kühlsolestromes
vom Verdampfer zu den Abteilen übertragen
wird und in den Abteilen mit je Abteilparallelgeschalteten Luftbehandlern
durch Einstellung des Solestromes individuell je Abteil abteilspezifisch
entsprechend der gewünschten
Abteiltemperatur geregelt bzw. eingestellt werden kann, ohne die
in den anderen Abteilen vorgewählte
Temperatur merklich zu beeinflussen. Die Luftmengen werden dabei
in üblicher
Weise in Abhängigkeit
von der Außentemperatur
und bzw. oder dem C02-Pegel der Raumluftgeregelt.
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Beschreibung
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Als
Ausführungsbeispiel
zeigt die 1: Ein Funktionsschema
der abteilspezifischen Temperaturregelung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Klimatisierung von schienengebundenen Fahrzeugen mit
Abteilstruktur, vorzugsweise Personenwagen von Bahnen. Die Erfindung
umfaßt
ein kombiniertes System von Komponenten der Klimatisierung, bestehend aus
einem Kältesatz
mit Verdampfer, der die Kälteleistung
für einen
ganzen Wagen an ein Zwischenträgermedium,
vorzugsweise Wasser oder Kühlsole überträgt, und
einer der Anzahl der Abteile entsprechenden Zahl von Luftbehandlern,
die vom Wasser oder von der Sole durchströmt werden und die Kühlung der
jeweiligen Abteilluft entsprechend der Temperaturanforderung jedes
Abteils unabhängig
voneinander gewährleisten.
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Neuzeitliche
Schienenfahrzeuge werden zunehmend klimatisiert, um den Fahrkomfort
für die Fahrgäste zu verbessern.
Dabei ist es aus Gründen der
Geräteabmessungen
und der Wirtschaftlichkeit üblich,
ein Kühlaggregat
für jeweils
einen gesamten Wagen zu installieren. Das Kühlaggregat kann ein Kompaktgerät sein,
das die Funktionen Kälteerzeugung,
Luftförderung
und Luftbehandlung in sich vereint und Unterflur, im Dach oder als
Schrank im Wagen angeordnet sein kann. Eine andere Ausführung ist
bei begrenzten Platzverhältnissen
die Splitausführung
mit vom Kältesatz
getrennt angeordneten Luftbehandler. Die Splitausführung hat
den entscheidenden Nachteil, daß die
Kältemittelfüllung besonders groß sein muß und durch
die verzweigte Ausführung zusätzlich die
Gefahr des Kältemittelverlustes
infolge eines Rohrleitungsschadens in dem meist verzweigten Rohrleitungsystem
besteht. Es existiert auch eine Lösung mit einem Kompaktkältesatz
und einem Solezwischenkreislauf als Kälteträger zu einem Luftbehandler,
bei dem die Nachteile der größeren Kältemittelfüllung und
der größeren Gefahr
von Havarien mit Kältemittelverlust
verringert werden können.
Alle diese unterschiedlichen Lösungen
besitzen eine für
den gesamten Wagen gemeinsame Luftaufbereitrung und Luftförderung.
Das ist für
Reisezugwagen, die nur aus einem Großraumabteil bestehen, die optimale
Lösung.
Die Luftverteilung kann sehr gleichmäßig vorgenommen werden und
bei der richtigen Anordnung des für die Regelung erforderlichen
Temperaturfühlers
kann die Temperatur im gesamten Wagen innerhalb der Behaglichkeitsgrenzen
eingehalten werden. Ebenso kann am Sollwertsteller der Vorgabewert
für den
gesamten Wagen eingestellt werden. Das Kühlgerät, im folgenden Klimagerät genannt,
arbeitet dann optimal mit der für
den gesamten Wagen erforderlichen Kühlleistung.
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Bei
Abteilwagen, für
die ebenfalls ein gemeinsames Klimagerät für alle Abteile eines Wagens üblich ist,
muß die
Regelung für
jedes Abteil getrennt erfolgen, um jeweils die Behaglichkeitsbedingungen in
Abhängigkeit
von der Kühllast
des Abteils individuell zu regeln bzw. individuell am Sollwertsteller
einstellen zu können.
Bei unterschiedlichen Anforderungen aus den einzelnen Abteilen sind
gegenüber
dem Großraumabteil
weitere Maßnahmen
erforderlich, um diese unterschiedlichen Anforderungen erfüllen zu
können.
Die normale Lösung
besteht darin, daß das
Abteil mit der größten Kühllastanforderung
bzw. mit dem niedrigsten Temperaturwunsch die Arbeitsweise des Klimagerätes bestimmt.
In der Folge ergäbe
sich für
die anderen Abteile eine zu niedrige Raumtemperatur. Um das zu verhindern,
wird die für diese
Abteile zu große
Kälteleistung
durch eine elektrische Gegenheizung kompensiert, so daß sich auch für diese
Abteile die jeweils gewünschte
oder vom Regler geforderte Raumtemperatur einstellt.
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Das
bedeutet einen erhöhten
Energieaufwand, der nicht erforderlich wäre, wenn jedes Abteil mit einem
separaten Klimagerät
ausgestattet wäre. Diese
Lösung
ist aber aus Wirtschaftlichkeitgründen und aus Gründen der
schwierigen Anordnung einer Vielzahl von Geräten nicht oder nur in Ausnahmefällen möglich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Klimatisierungverfahren
für Abteilwagen zu
schaffen, das einerseits die Möglichkeit
der Nutzung eines Kompaktklimagerätes für jeweils einen Wagen einschließt und andererseits
die individuelle Einstellung oder Vorwahl der Abteiltemperatur ermöglicht,
ohne daß eine
Gegenheizung erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die
Unteransprüche
2 und 3 stellen vorteilhafte Varianten der Erfindung dar.
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Eine
sinnvolle Weiterentwicklung ist mit der Lösung nach Anspruch 4 möglich.
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Die
Erfindung beinhaltet demgemäß ein Verfahren
zur optimalen Klimatisierung von Abteilwagen schienengebundener
Fahrzeuge, wobei ein zentrales Kompaktklimagerät für jeweils einen Wagen installiert
wird und die Verteilung der Kühllast
auf die einzelnen Abteile bedarfsgerecht mittels eines Kaltwasser-
oder Solestromes auf die einzelnen Abteile erfolgt. Dafür wird für jedes
Abteil ein separater Luftbehandler installiert, der aus einem Sole-Luft-Wärmeübertrager,
einem Lüfter
und einer ggf. einer Solepumpe besteht und der nach den Anforderungen
des Abteils geregelt wird. Die Soleströme für die Abteile sind an einem
Solestrang des Wagens parallel geschaltet angeschlossen. Um mit
dieser Ausführung
die verschiedenen Leistungsanforderungen zu realisieren, genügt es den
Solestrom im jeweiligen Abteilstrang zu verändern. Das ist mittels drehzahlveränderlicher Solepumpen,
Drosselung des Solestromes oder impulsweitenmodulierter Soleförderung
auf einfache Weise möglich.
Während
für das
erstgenannte Verfahren jeder Luftbehandler eine separate Solepumpe benötigt, könne die
beiden anderen Verfahren sowohl mittels separater oder auch zentraler
Solepumpe realisiert werden. Die verschiedenen Soleströme haben
im Luftbehandlereintritt eine einheitliche Temperatur, die sich
aus der Gesamtleistungsanforderung des Wagens ergibt, und je nach
Abteilanforderung unterschiedliche Rücklauftemperaturen. Durch die
Mischung nach dem Zusammenfluß aller
Parallelströme
des Rücklaufes
entsteht dann die Soleeintrittstemperatur in das Kompaktkühlgerät. Dieses verfügt über eine
Leistungsregeleinrichtung, die bei großer Temperaturdifferenz zwischen
Soleein- und -austritt eine größere Kälteleistung
abfordert als bei geringer Temperaturdifferenz. Das kann vorzugsweise
durch Drehzahlveränderung
des Kältemittelverdichters
oder ein anderes geeignetes Leistungsregelungsverfahren erfolgen.
Die Vorlauftemperatur für die
Luftbehandler der Abteile wird dabei durch den Regler so gewählt, daß die maximale
Leistungsanforderung aus dem Abteil mit der größten Kühllast beim Nennsolestrom gerade
abgedeckt werden kann, während
die Abteile mit geringerer Kühllast,
bzw. einer höheren
individuellen Temperaturanforderung durch den Abteilregler einen
geringeren Solestrom zugeführt
bekommen und damit diese Anforderung abdecken.
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Dieser
Regelung ist der Luftmengenregelung überlagert, die sich aus der
Besetzung des bteils oder in Abhängigkeit
von der Luftqualität
ergibt. Dadurch sind weitere Energieeinsparungen gegenüber der
konventionellen Lösung
möglich.
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Eine
zum Kühlfall äquivalente
Lösung
ergibt sich als Variante für
den Heizfall, indem die Sole als Wärmeträger benutzt wird und ihren
Wärmeinhalt aus
einer Heizquelle bezieht. Als Heizquellen kommen alle in konventionellen
Lösungen üblichen
Arten in Betracht, z.B. elektrische Widerstandsheizung oder Ölheizung,
aber es könne
auch in vorteilhafter Weise verfügbare
Abwärmeströme eingebunden werden.
Das kann z.B. die Kühlwasserwärme von Dieselmotoren
bei dieselmotorgetriebenen Wagen oder Zügen sein, oder die Abwärme von
Frequenzumrichtern, Transformatoren oder ähnlichen Ausrüstungen
mit Verlustwärmeströmen. Damit
wird gleichzeitig das Problem hoher Oberflächentemperaturen an elektrischen
Luftheizern, wie sie im allgemeinen in Schienenfahrzeugen üblich sind,
vermieden.
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Für die Klimatisierung
eines Abteilwagens besteht die Klimaanlage demgemäß aus einem
Kompaktkältesatz
zur Kühlung
eines Kaltwassser- oder Solestromes, der von einer Pumpe zu den
Luftbehandlern der einzelnen Abteile gefördert wird. Der Zuluftstrom,
den jedes Abteil benötigt,
wird vom Zulüfter
gefördert.
Er besteht aus den Anteilen von Außenluft und Umluft, die sich
aus den Aulegungsbedingungen, der Abteilbesetzung, dem Außenluftzustand oder
einer anderen zweckmäßigen Führungsgröße ergeben.
Die Kühlleistung
ergibt sich im jeweiligen Abteil aus den abteilspezifischen Kühllasten
und den spezifischen Temperaturwünschen
der Fahrgäste
in jedem Abteil. Bei konstantem Luftstrom kann diese Kühlleistung
durch abteilspezifische Einstellung des Solestromes für den Luftbehandler
dem Bedarf angepaßt
werden. Der Solestrom kann bei einer zentralen Pumpe durch Drosselung
des Solestromes im jeweiligen Luftbehandler eingestellt werden.
Dabei ist das Drosselorgan in den Temperaturregelkreis als Stellglied
eingebunden, und für
jede eingestellte bzw. gewählte
Abteiltemperatur stellt der Regler den richtigen Solestrom ein.
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Eine
andere Möglichkeit
der Anpassung des Solestromes an die erforderliche Kühlleistung
bietet die Anordnung je einer Solepumpe je Luftbehandler, wobei
die Einstellung des erforderlichen Solestromes ebenfalls durch Drosselung
oder vorteilhafter durch Drehzahlverstellung der einzelnen Pumpe
erfolgen kann. Es gibt auch die Möglichkeit, bei konstantem Solestrom
die Kühlleistung
dem Bedarf anzupassen, indem die Luftmenge als Stellgröße verwendet
wird. Das bietet sich dann als Lösung
an, wenn zur Energieersparnis in Abhängigkeit von der Abteilbesetzung und
den Außenbedingungen
ohnehin eine Luftmengeneinstellung vorgesehen ist und diese zweckmäßig durch Drehzahlverstellung des Zulüftermotors
in Überlagerung
mit der Verstellung der Außen-Umluft-Klappe
erfolgt. Da aber im Allgemeinen eine Mindestaußenluftmenge je Fahrgast erforderlich
ist, muß die Eignung
dieses Regelverfahrens aufgabenspezifisch überprüft werden. Die Erfindung soll
anhand eines Ausführungsbeispieles
näher beschrieben
werden.
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Als
Ausführungsbeispiel
zeigt die
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1: Ein Funktionsschema der
abteilspezifischen Temperaturregelung mittels Sole als Kälte- bzw.
Wärmeträger und
individueller Solepumpe je Abteil.
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Die
Luftbehandlungsanlage besteht aus dem Kältesatz 1, dem Heizsystem 2 und
dem Solesystem 3 zur Verteilung der Kühl- bzw. Heizleistung. Im Kühlwärmeübertrager 4 wird
bei Kühlbedarf
die erforderliche Kühlleistung
an den Solestrom übertragen,
während
bei Heizbedarf die Heizleistung am Heizwärmeübertrager 5 übertragen
wird. Der Wagen 6 besteht aus einer bestimmten Anzahl von
Abteilen 7, die sich aus der konstruktiven Wagengestaltung
ergibt. Die Sole bzw. das Wasser gelangt über die Sammelleitung 8 in
die einzelnen Abteile 7 des Wagens 6. Von der
Sammelleitung 8 zweigen die Abteilleitungen ab, in denen
sich die Pumpen 9 und die Luftbehandler 10 befinden. Über die
Sammelleitung 11 wird die Sole zu den Wärmeübertragern 4 bzw. 5 zurückgeführt. Über den
Temperaturfühler 12 und
den Regler 13 wird die Drehzahl der Pumpe 9 auf
den erforderlichen Wert eingestellt.