Energieffektivisering av framtida klimatsystem för personbilar. Filip NielseN, 2017

Transkript

1 Energieffektivisering av framtida klimatsystem för personbilar Filip NielseN, 2017

2 Projektet Projektets namn: Energieffektivisering av framtida klimatsystem för personbilar Energy optimisation of future automotive climate system Automotive Climate Systems - Investigation of Current Energy Use and Future Energy Saving Measures Start och sluttid: 2011Q3-2016Q2 Huvudstödmottagare samt andra parter i projektet: Volvo Car Corporation, Chalmers tekniska högskola Inom vilket program projektet fått stöd: Fordonsstrategisk Forskning och Innovation / Energi och Miljö Stödsumma: 3,6MSEK (av 10,1MSEK) 2

3 Introduktion Stäng av AC-systemet* *att stänga av ac-systemet under 15 C yttertemperatur minskar klimatsystemets totala energianvändning med cirka 20% och den totala bränsleförbrukningen med 2% 3

4 Bakgrund Syftet med klimatsystemet: Klimatsystemet använder energi vilket påverkar bränsleförbrukning/räckvidd Huvudanledningarna till projektet: Kundens bränsleförbrukning Kommande regleringar Mindre eller ingen tillgänglig restvärme 4

5 Bakgrund reflecting paints ac optimisation sun curtains local heating/cooling insulation efficient components ac-off heat pump η = 100% occupied seat Less demanding (från ett energiperspektiv) customers recirculation ventilated seats thermal mass Vilka lösningar är bäst? alternative sources of heating absorptive cooling heat pickup glass heat recovery preconditioning 5

6 Mätningar Resultat: Data på energiförbrukningen Bättre förståelse för energiflöden Rapporterat i: Nielsen, F., Uddheim, Å., and Dalenbäck, J., "Measurements of Energy Used for Vehicle Interior Climate," SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst. 7(4): , 2014, doi: / Men, Svårt, tidskrävande och dyrt Kan inte användas i praktiken för att utvärdera många energisparande åtgärder 6

7 1D system-modell Nielsen, F., Gullman, S., Wallin, F., et al., "Simulation of Energy Used for Vehicle Interior Climate," SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst. 8(4):2015, doi: /

8 Testcykel Tre olika prov: Weight Temperature ( C) Dewpoint ( C) Sun load (W/m²) Cold Intermediate Warm Weighted average Hastighetsprofil: WLTP Klimatinställning: Auto 22/22 C En timmes solsoakning En person i bilen Låglastfall! Nielsen, F., Uddheim, Å., and Dalenbäck, J., "Reduction of Energy Used for Vehicle Interior Climate," SAE Technical Paper , 2016, doi: /

9 Vad betyder allt detta? W = 0.7 l/100km = 6.7 l/100km Snitt-effekt, klimatsystemet Förbrukning, klimatsystemet (WLTP) Förbrukning, framdrivning (WLTP) Utan några andra laster: % 9

10 Energisparande åtgärder Case no: Short description 1 Base case 2 No recirculation 3 Full recirculation 4 Perfect HVAC blower 5 Perfect condenser cooling fan 6 No heat pickup 7 Heat exchanger valve 8 AC off 15 C and below 9 Increased evaporator temperature 10 Increased AC-system heat transfer 11 Perfect AC compressor 12 No AC pressure drop 13 Decreased comfort 14 No sun soak 15 Perfect preconditioning 16 No duct losses 17 No interior masses 18 Perfect shell insulation 19 Perfect glass insulation 20 Opaque glass, absorption 21 Opaque glass, reflection 22 No windows 23 Perfect reflecting exterior color Recirculation Below 5 C: 35% recirculation in transient and 20% in steady state FOH Request dependent on heat demand Blower Blower and blower motor efficiency increased with 10% each, changed control unit AC-system Deactivated AC-system below 15, increased evaporator set point from 8 to 12 C Heat pickup Decreased convective heat transfer coefficient with 25% Ducts Decreased convective heat transfer coefficient and mass with 30% Interior mass Decreased mass with 20% Shell Increased thermal resistance with 20% Windows Increased thermal resistance with 20%, decreased transmission up to 12% and increased reflectivity up to 26% Color Increased reflectivity from 25% to 70% Nielsen, F., Uddheim, Å., and Dalenbäck, J., "Reduction of Energy Used for Vehicle Interior Climate," SAE Technical Paper , 2016, doi: / Filip Nielsen, Åsa Uddheim, Jan-Olof Dalenbäck, Potential energy consumption reduction of automotive climate control systems, Applied Thermal Engineering, Volume 106, 5 August 2016, Pages , ISSN , 10

11 Vad betyder allt detta? ICE 1 Base case - 2 No recirculation 14% 3 Full recirculation -11% 4 Perfect HVAC blower -16% 5 Perfect condenser cooling fan -3% 6 No heat pickup -7% 7 Heat exchanger valve -1% 8 AC off 15 C and below -20% 9 Increased evaporator temperature -8% 10 Increased AC-system heat transfer -1% 11 Perfect AC compressor -21% 12 No AC system pressure drop 0% 13 Decreased comfort 2% 14 No sun soak -4% 15 Perfect preconditioning -11% 16 No duct losses -3% 17 No interior masses -10% 18 Perfect shell insulation -6% 19 Perfect glass insulation -4% 20 Opaque glass, absorption -5% 21 Opaque glass, reflection -7% 22 No windows -9% 23 Perfect reflecting exterior color -2% 11

12 Avslutning Projektresultat: En doktor/avhandling Förståelse för klimatsystemets energiförbrukning Ett nytt industridoktorandprojekt som kombinerar luftkvalité och energiförbrukning System-modellering Utvärderingsmetoden har använts för elbilar 12

13 Filip Nielsen, 2017