Dissertation

Entwicklungsmethodik für energieeffiziente Strahlungsheizungen in elektrifizierten Fahrzeugen

Autor*in:

Damian Heinrich Valentin Backes

Seitenzahl:

113

DOI:

https://doi.org/10.18154/RWTH-2024-09752

Keywords:

Komfort, Pkw-Klimatisierung, Strahlungheizung, comfort, radiative heating, vehicle climatisation

Jahr:

2024

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Entwicklungsmethodik zur Auslegung von Flächenheizungssystemen entwickelt und beschrieben. Neben dem methodischen Vorgehen erfolgt zudem die Entwicklung der dafür benötigten Werkzeuge sowie eine exemplarische Anwendung, in welcher die entsprechend ausgelegten Flächenheizungssysteme hinsichtlich ihrer energetischen Einsparpotentiale untersucht werden. Hierzu erfolgt zunächst, basierend auf dem Stand der Technik thermischer Komfortmodelle, die Auswahl geeigneter Zielregionen der Fahrzeuginsassen für eine radiative Beheizung. Dies sind insbesondere die Fuß­ und Beinregionen sowie der obere Torso und der Kopf. Anschließend erfolgt die geometrische Ausgestaltung der Beheizungssysteme über abstrahierte, zweidimensionale Geometrien, die eine qualitative Bewertung möglicher Designs erlaubt. Die hieraus entwickelte konkave Formgebung dient im Anschluss der konkreten geometrischen Ausgestaltung. Um neben der experimentellen Untersuchung auch eine simulative Bewertung neuer Klimatisierungskonzepte zu ermöglichen wird parallel eine Simulationsumgebung aufgebaut. Diese erlaubt zudem den Vergleich unterschiedlicher thermischer Komfortmodelle mit ihren teils unterschiedlichen physikalischen Modellierungen. Um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen werden ein einheitliche Bewertungsskalen für thermisches Empfinden und thermischen Komfort für alle Modelle sowie entsprechende Umrechnungen entwickelt. Für das thermische Empfinden erfolgt die Verwendung der ASHRAE-Skala, für den thermischen Komfort wird entsprechend der Anforderungen der Automobilindustrie eine neu entwickelte Skala verwendet. Diese Ergebnisse fließen in der thermischen Komfortbibliothek zusammen, einem Werkzeug, welches für Forschungs- und Entwicklungszwecke die Verwendung unterschiedlicher Komfortmodelle ermöglicht. Diese Methodik und Werkzeuge werden abschließend für die Entwicklung eines Flächenheizungssystems eines A­Segment­Fahrzeugs eingesetzt. Sowohl objektive, sensorbasierte Messungen als auch die subjektiven Ergebnisse einer Probandenstudie weisen für ein kombiniertes Beheizungskonzept aus Luft­ und Strahlungsheizung Vorteile aus. Es werden sowohl ein schnelleres Ansprechverhalten als auch ein um 35 % reduzierter Heizenergiebedarf im Frischluftfall erreicht.