Vier Schritte bis zum Himmel

Den Bediener vor der Hölle der extremen Temperaturen zu retten und ihm himmlischen Komfort zu bieten, erfordert eine Reihe von hochmodernen Simulationstools, wie es Teil zwei unseres Leitfadens zum Design des optimalen, maßgeschneiderten HVAC-Systems erläutert.

Wie wir es bereits in der Ausgabe von 2014 (S. 72) erläutert haben, ist es sehr wichtig, die rauesten Verhältnisse, in denen ein Off-Road-HVAC-System funktionieren soll, und seine genaue Anwendung gut zu kennen. Insbesondere wenn das System im Mittleren Osten, den USA oder im Süden Europas betrieben wird, wird es stark beansprucht!

Um sicherzustellen, dass sie das richtige System entwerfen, durchläuft das Engineering-Team von SNDC daher systematisch vier Schritte, beginnend mit dem Programm zur Vorhersage der Wärmebelastung (Heat Load Prediction, HLP). Um den Komfort in der Kabine aufrecht zu erhalten, müssen die Kühl- und Heizeinheiten des HVAC-Systems – einschließlich Lufteinlass (Filtersystem) und Luftverteilung (Armaturenbrett in der Kabine und Leitungen) – ihre Leistung unter der Beanspruchung durch eine permanente Wärmebelastung von außen erbringen können.

Anschließend werden Daten aus der 3D-Kabine (Fenster und Wände) und die verwendeten Materialien (Isolation und Wärmetransmissionsfaktor des Glases) in das HLP-Programm eingegeben. Die extremen Anwendungsbedingungen – u. a. Temperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchte – führen dann zusammen mit der gewünschten Komforttemperatur in der Kabine zur Berechnung folgender Faktoren: die Wärme, die durch Konvektion und Wärmeleitung im Sommer in die Kabine eintritt und im Winter daraus austritt; die Frischluftzufuhr; die Strahlung von Sonne und Maschine (Motor und Hydrauliksystem), usw.; sowie die menschliche Körperwärme und die daraus entstehende Luftfeuchte.

Die so berechneten Werte stellen die Mindestleistung dar, die vom HVAC-System zu erwarten sein muss. Zu beachten ist aber, dass die Berechnung nach der Umrechnung in den IMACA-Standard (der verwendet wird, um unter denselben Bedingungen getestete Einheiten miteinander zu vergleichen) bei +35 °C/50 % rF für die Klimatisierung oder -20 °C für die Heizung einen höheren kW-Wert ergibt als bei der Berechnung mit einem Temperaturausgleich bei 25 °C oder weniger.

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HVAC-Designprozess

Schritte 2 und 3

Jetzt da die erforderliche Leistung bestimmt wurde, können die Spulen (Verdampfer, Heizkörper und Verflüssiger) designt werden. Auf der Grundlage der verfügbaren Gesamtmaße für die HVAC-Einheit berechnet die Wärmetauscher-Software (thermal heat exchanger, THE) die Maße und die Eigenschaften der Spulen, wobei sie in erster Linie den Luftstrom durch die Spulen berücksichtigt, indem sie sich auf Daten aus den HLP-Ergebnissen stützt.

Aufgrund der vielen möglichen Spulenformen, Rohrgrößen, Kreisläufe, Konfigurationen und Rippenabstände spielt das Design eine besonders wichtige Rolle. Für einen Verdampfer sind vor allem folgende Bedingungen zu beachten:

  • Die Geschwindigkeit, mit der die Luft durch den Verdampfer strömt, die zu spritzenden Wassertröpfchen führen kann;
  • Der Rippenabstand, der erforderlich ist, um eine optimale Drainage des Wassers aus dem Verflüssiger zu erreichen;
  • Der Luftdruckabfall, der den letztendlichen Luftdurchsatz der Einheit verringern kann.

Der dritte Schritt erfordert den Einsatz einer Strömungssimulations-Software (airflow simulation, AFS), die ein gutes Bild der HVAC-Akustik und der Leistung im Sinne des Fahrerkomforts bietet, einschließlich der Luftverteilung in der Kabine, dem Temperaturausgleich und dem Entfrosten und Entnebeln der Windschutzscheibe.

Die AFS-Software analysiert den kompletten Luftstrom mithilfe einer 3D-Designdatei. Dieses Tool stellt sicher, dass alle Komponenten des Luftkreislaufs, wie z. B. Spulenheizkörper, Spulenverdampfer, Gehäuse, Luftklappen, Luftleitbleche, Leitungen und Luftverteiler korrekt dimensioniert werden und einen akzeptablen Druckabfall erreichen.

Schritt 4

Die erforderliche Leistung zu kennen (Schritt 1), hochqualitative Wärmetauscher zu entwickeln (Schritt 2) und die Qualität der Luftverteilung sicherzustellen (Schritt 3) sind notwendige Schritte – aber man sollte dabei nicht vergessen, dass der Kältemittelkreislauf in einem HVAC-System eine der wichtigsten Rollen spielt.

Die von SNDC verwendete Kältemittelstromprognose-Software (Refrigerant Flow Prediction, RFP) berücksichtigt jede Komponente des Kreislaufs und prüft:

  • ob die Mindestleistungsanforderungen (HLP) gewährleistet sind und der Kälteausgleich unter allen Bedingungen aufrecht erhalten werden kann;
  • ob die Leistung des Verdampfers auf die Drehzahl, den Förderdruck und die Saugkraft des Kompressors abgestimmt ist;
  • ob die Kompressorkapazität die Lebensdauer erhöht.

Die 28 Jahre Erfahrung von SNDC mit HVAC-Systemen für die OEM-Märkte ist daher von unschätzbarem Wert. Diese beiden Artikel wurden verfasst, um die Leser über die Komplexität von HVAC-Systemen zu unterrichten, denn wer ein solches System entwickelt, ist ein Bisschen wie eine Ein-Mann-Band: Es reicht nicht, die Musik zu kennen – man muss auch alle Instrumente beherrschen. Das ist der Preis für den Komfort in der Fahrerkabine!

Der Vorsitzende von SNDC, Jean Marc Guittard, hat das Unternehmen 1986 gegründet.

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