Aufgrund der generell steigenden politischen sowie auch gesellschaftlichen Anforderung nach Kohlenstoffdioxid (CO2) reduzierenden Maßnahmen wächst auch zunehmend der Druck auf die Automobilindustrie und damit einhergehend auf den Bereich der PKW-Klimatisierung. Bis dato ist bereits eine Vielzahl an Untersuchungen zu alternativen Kältemitteln sowie optimierte Komponenten für einen Betrieb der PKW-Klimatisierung durchgeführt worden. Ziel dieser Arbeit ist die Verringerung des Energieaufwands zur Fahrzeugklimatisierung durch eine entsprechende Wahl des Kältemittelverdichters (KMV) sowie eine Optimierung des Systems des Kältemittelkreislaufs durchzuführen. Des Weiteren wird neben den betrachteten Lastfällen bei hohen Außentemperaturen auch eine Effizienzsteigerungsmaßnahme des Lastfalls bei niedrigen Temperaturen untersucht. Hierzu werden detaillierte Prüfstanduntersuchungen zu den drei gängigsten Kältemittelverdichtern - mechanisch (mKMV), elektrisch Hochvolt (HV-eKMV) und elektrisch 48 V (48 V-eKMV) - durchgeführt. Im System mit dem effizientesten Kältemittelverdichter werden weiterhin Untersuchungen durch Systemprüfstände sowie Simulationen durchgeführt um Potenzial zur Energieersparnis auszuweisen. Im letzten Schritt werden die gewonnen Simulationsmodelle genutzt um das weitere Effizienzsteigerungspotenzial der PKW-Klimatisierung im Winterfall mittels Wärmepumpenschaltung auszuweisen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend für den Betrieb des untersuchten Systems zur Klimatisierung mittels statistischer europäischer Temperaturverteilung bewertet um die absolute Energieersparnis auszuweisen. / Due to the generally increasing political and social demand for carbon dioxide (CO2) reducing measures, the pressure on the automotive industry and the associated passenger car air conditioning is increasing. Up to now, a large number of studies on alternative refrigerants and optimized components for the passenger car climate control have already been investigated. The objective of this work is to reduce the required energy for vehicle air conditioning by means of a corresponding selection of the refrigerant compressor (KMV) and to optimize the system of the refrigerant circuit. In addition to the analyzed load cases at high outside temperatures, an efficiency improvement measure of the load case is also examined at low temperatures. For this purpose, detailed investigations on test benches of the three most common refrigerant compressors - mechanical (mKMV), electrical high voltage (HV-eKMV) and electrical 48 V (48 VeKMV) - are performed. In the system with the most efficient refrigerant compressor, investigations by system test benches and simulations in order to identify potentials for Energy savings are carried out. In the last step, the simulation models are used to show the further efficiency potential of the passenger air conditioning in the winter by means of a heat pump system. The findings obtained are evaluated for the operation of the system for climate control by means of statistical European temperature distribution to identify the total energy savings.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der gekoppelten Simulation von Klimaanlage, Regelung und Gebäude mit Hilfe des Simulationssystems TRNSYS. Während für das Gebäude ein vorhandenes TRNSYS Modul verwendet wird, wurden für Klimaanlage und Regelung neue Simulationsmodule entwickelt. Der Klimaanlagensimulator ist seinerseits modular aufgebaut enthält sowohl geometrisch physikalische und empirische als auch kombinierte Modelle für die Simulation von Ventilatoren, Lufterhitzern, Feuchtluftkühlern, Befeuchtern, Regeneratoren, Plattenwärmeüberträgern, Kreislaufwärmerückgewinnern, Ventilen, hydraulischen Schaltungen usw., die für die Simulation sehr variabel miteinander verschaltet werden können. Es wurden optimierte Regelstrategien für konventionelle und DEC-Anlagen entwickelt und entsprechende TRNSYS-Module zur Umsetzung in die Simulation programmiert. Für die Sequenzregelung mehrerer Größen (z.B. Temperatur, Feuchte) wurde ein frei programmierbarer Mehrsequenzregler entwickelt, der den scheinbaren Reglerstillstand über Verknüpfungen blockierter Stellglieder einer Regelsequenz verhindert. Die Qualität der Regelsequenzen wurde mit Hilfe eines über das Rosenbrockverfahren und der dynamischen Optimierung ermittelten optimalen Vergleichsprozesses bewertet.

The manufacturing process of membrane electrode assembly (MEA) generally takes place under climate control, as the base material used for membranes is well known for its hygroscopic properties. The large climate-controlled area for the whole assembly line does not only increase energy consumption, but also limits the further scalability of the production line. Within this article, a micro-environment concept for the MEA production based on a roll-to-roll (R2R) process was investigated. By using the Finite Element Method, a 3D numerical model has been established, in which the local climate control on different MEA production processes is covered. In particular, the influence of humidity on dimensional changes of the CCM, which in turn cause product deformation, is simulated. In addition, a gravimetric method was used to experimentally investigate the moisture absorption and release behavior of the MEA components under defined climatic conditions.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der gekoppelten Simulation von Klimaanlage, Regelung und Gebäude mit Hilfe des Simulationssystems TRNSYS. Während für das Gebäude ein vorhandenes TRNSYS Modul verwendet wird, wurden für Klimaanlage und Regelung neue Simulationsmodule entwickelt. Der Klimaanlagensimulator ist seinerseits modular aufgebaut enthält sowohl geometrisch physikalische und empirische als auch kombinierte Modelle für die Simulation von Ventilatoren, Lufterhitzern, Feuchtluftkühlern, Befeuchtern, Regeneratoren, Plattenwärmeüberträgern, Kreislaufwärmerückgewinnern, Ventilen, hydraulischen Schaltungen usw., die für die Simulation sehr variabel miteinander verschaltet werden können. Es wurden optimierte Regelstrategien für konventionelle und DEC-Anlagen entwickelt und entsprechende TRNSYS-Module zur Umsetzung in die Simulation programmiert. Für die Sequenzregelung mehrerer Größen (z.B. Temperatur, Feuchte) wurde ein frei programmierbarer Mehrsequenzregler entwickelt, der den scheinbaren Reglerstillstand über Verknüpfungen blockierter Stellglieder einer Regelsequenz verhindert. Die Qualität der Regelsequenzen wurde mit Hilfe eines über das Rosenbrockverfahren und der dynamischen Optimierung ermittelten optimalen Vergleichsprozesses bewertet.