Klimatisierung von Fahrzeugen
Die Klimatisierung von Fahrzeugen kann durch mehrere Maßnahmen erreicht werden: Einleitung von Fahrtwind, Lüftungsanlagen, Fahrzeugheizung und/oder Klimaanlagen.
Kraftfahrzeuge
Allgemeines
Klimaanlagen sollen die Luft im Fahrzeuginnenraum in einen angenehmen Temperatur- und Feuchtebereich bringen bzw. halten. Dazu kann Außenluft auf dem Weg in den Fahrzeuginnenbereich gefiltert, mit Innenluft vermischt, gekühlt und erwärmt werden. Die letzten beiden Stufen können zum Entzug von Feuchtigkeit dienen, was speziell in den kühlen Jahreszeiten hilft, von innen beschlagene Scheiben zu vermeiden, was die Sicht verbessern und somit die Verkehrssicherheit erhöhen kann. Oftmals ist ausschließlich die Funktion „kühlen“ der Klimaanlage zugeordnet. Kann eine Anlage nicht aktiv kühlen, wird sie im Fahrzeug als Heizung bezeichnet.
Die erste voll funktionsfähige Klimaanlage nach heutigem Prinzip soll von W. H. Carrier 1911 erfunden worden sein. Im Bereich der Klimaanlagen im Automobil wurden diese zuerst 1938 von Nash und im selben Jahr auch von Studebaker eingebaut.[1] Der grundsätzliche Aufbau ist seitdem im Wesentlichen unverändert, die Ansteuerung und Ausprägung sind jedoch immer weiter verbessert worden. Im Oberklassesegment waren Klimaanlagen in großen Stückzahlen seit den späten 1960er Jahren anzutreffen, heute gehören sie oft zur Basisausstattung vieler Fahrzeuge oder sind als Ausstattungsoption erhältlich.
Klimasysteme
Käufer können meist zwischen zwei Klimasystemen wählen: der manuell regelbaren Klimaanlage und der selbstregelnden Klimaautomatik.
- Bei der manuellen Variante kühlt die Anlage nur in der jeweils eingestellten Stufe. Kühlt der Fahrzeuginnenraum nun im Betrieb zu weit ab, muss manuell nachjustiert werden. Auch können wechselnde Umgebungsverhältnisse (z. B. Tunnelfahrt oder sich ändernde Sonnenstrahlung) eine manuelle Anpassung der Kühlstufe erforderlich machen.
- Bei der Klimaautomatik hingegen stellt der Bediener die gewünschte Temperatur ein, und die Technik sorgt (z. B. mit Hilfe von Temperatursensoren im Innenraum) für das Erreichen und das Beibehalten dieser Temperatur durch automatische Regelung der Kühlleistung. Detektieren Sensoren eine Abweichung von der eingestellten Temperatur, wird die Kälteleistung automatisch angepasst.
Durch die Funktionsart arbeitet eine Klimaautomatik meist effizienter, was zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führt: Nur die jeweils erforderliche Leistung wird von der Anlage abgerufen, der (häufig) unnötige Dauerbetrieb wird vermieden.
Moderne Klimaanlagen regeln neben der Innenraumtemperatur auch die Luftmenge (durch automatische Wahl der Gebläsestufe) und die Luftverteilung (durch Ansteuern der verschiedenen Luftauslässe im Fußbereich, Personenanströmer oder die der Fensterscheibe). Einige Anlagen nutzen für eine verbesserte Regelung einen Sonnenstandssensor (auch: Solarsensor). Dieser ermittelt Einstrahlrichtung und -stärke der Sonnenstrahlung und führt zu einer Abkühlung der betroffenen Seite des Fahrzeugs oder des gesamten Fahrzeuginnenraums, um den Wärmeeintrag durch die Sonne zu kompensieren. Manche Fahrzeuge besitzen eine automatische Umluftfunktion, die bei schlechter Außenluft aktiviert wird oder schalten bei Einlegen des Rückwärtsgangs vorübergehend auf Umluftbetrieb, um das Ansaugen der eigenen Abgase zu vermeiden.
Eine erweiterte Variante stellt vor allem in hochklassigeren Fahrzeugen die Mehrzonen-Klimaanlage dar: Sie ermöglicht eine separate Einstellung für Fahrer und Beifahrer, bei einigen können auch für den Fondbereich separate Einstellungen vorgenommen werden.
Funktion
Eine Kompressionsklimaanlage funktioniert wie ein Kühlschrank: Eine verdampfende Flüssigkeit erzeugt Verdampfungskälte (ähnlich der Verdunstungskälte) oder ein expandierendes Gas erzeugt Expansionskälte. Mit diesem kontinuierlich erzeugten Kühlungsprozess wird über einen Wärmetauscher das Sekundärmedium Innenraumluft abgekühlt. Im Alltagsgebrauch ist dieser Effekt bspw. beim Leeren einer Sprühdose erlebbar, wobei die entstehende Verdampfungskälte des Treibmittels der Sprühdose Wärme entzieht und diese dadurch abkühlt. Dieser Effekt wird in der Klimaanlage mit Hilfe eines Kältemittels (innerhalb eines geschlossenen Systems) kontinuierlich erzeugt. Das danach gasförmige bzw. ausgedehnte Kältemittel muss im Kreislauf wieder komprimiert und verflüssigt werden, wobei Hitze entsteht (mehr als der Kühlleistung im Innenraum entspricht; siehe Wärmepumpe). Diese Hitze wird vom Innenraum ferngehalten und an die Außenluft abgegeben.
Kältekreislauf
Das in einem geschlossenen Kreislauf und unter hohem Druck stehende flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil (Abb. Kältekreislauf (Schema), 2.) in einen Raum mit niedrigerem Druck (blauer Kreislaufteil) entspannt. Dabei wird das flüssige Kältemittel in den Verdampfer (3) eingespritzt, es kann sich ausdehnen und wechselt den Aggregatzustand zu gasförmig. Dieser Wärmetauscher ist in der Regel im Gebläsekasten hinter der Instrumententafel verbaut. Das Expansionsventil ist somit die Stelle, an der sich das Kältemittel in den Verdampfer entspannt und diesen abkühlt.
Das Kältemittel besitzt bei Normaldruck einen eher niedrigen Siedepunkt (ca. −23 °C) und verdampft hier bereits bei niedrigen Temperaturen. Die für die Kabine zu kühlende Luft, die zur Kraftstoffeinsparung hauptsächlich aus bereits abgekühlter Umluft und nur wenig warmer Außenluft besteht, wird nun außen an den Lamellen des Verdampfers im Gebläsekasten vorbeigeleitet. Die für den Verdampfungsprozess des Kältemittels notwendige Wärme im Verdampfer wird der vorbeiströmenden Luft entzogen und kühlt diese ab. Gleichzeitig kann die Luft durch Kondensation auch Feuchtigkeit abgeben, da kalte Luft weniger Feuchtigkeit binden kann als warme. Das entstehende Kondenswasser an den Lamellen des Verdampfers wird durch einen Schlauch nach außen geleitet. So erklären sich Wasserlachen aus Kondenswasser unter geparkten Fahrzeugen. Die abgekühlte Luft wird durch anschließende Erwärmung trockener und wird über die Ausströmer in den Fahrzeuginnenraum geleitet.
Das durch die Verdampfung im Verdampfer gasförmig gewordene Kältemittel wird nun zum Kompressor (4) weitergeleitet. Dieser sorgt auch für den Transport des Kältemittels im System. Der in der Regel vom Fahrzeugmotor durch Riemenantrieb angetriebene Kompressor saugt das gasförmige Kältemittel an und verdichtet es stark in den roten Kreislaufteil (ca. 15 bar). Dabei steigt die Temperatur des Kältemittels auf ca. 56 °C.
Danach wird das komprimierte, gasförmige und heiße Kältemittelgas in einem nachgeschalteten Kondensator (1) abgekühlt. Dabei wird der aufgrund des hohen Drucks deutlich über −23 °C liegende Taupunkt des Kältemittels unterschritten, so dass sich dieses (wieder) verflüssigt. Die dabei zusätzlich entstehende Kondensationswärme wird an die Außenluft abgegeben, üblicherweise ähnlich wie beim Motorkühler. Daher ist der Kondensator im Regelfall im Karosserievorbau vor dem Motorkühler im Fahrtwind stehend verbaut und ähnelt diesem in Erscheinungsbild und Größe. In der Regel wird dieser durch einen Lüfter ergänzt, um z. B. bei Stau die nötige Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
Bevor das Kältemittel nun wieder in den Verdampfer gelangt, wird dem Kältemittel in einem Filtertrockner (nicht eingezeichnet) gegebenenfalls eingeschlepptes Wasser und Verunreinigungen (z. B. Abriebteile vom Kompressor) entzogen. Das gereinigte und verflüssigte Kältemittel gelangt nun wieder zum Expansionsventil. Hier wird das flüssige Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt. So schließt sich der Kreislauf aus Verdampfung und Kompression.
Klimaregelung
Fahrzeuge mit Klimaautomatik verfügen heute meist auch über eine Außentemperaturanzeige mit Frostwarner. Der von Fahrtwind, Motorabwärme und direkter Sonneneinstrahlung entkoppelt verbaute Temperatursensor versorgt auch die Klimaanlagensteuerung mit der Außentemperatur. Aus der Differenz zwischen der einstellbaren Sollkabinentemperatur (meist +16 °C bis +30 °C) und der gemessenen Außentemperatur wird automatisch zwischen Heiz- und Kühlbetrieb umgeschaltet sowie auch die anzufordernde Heiz- und Kälteleistung bestimmt.
Energieverbrauch
So lange die Klimaanlagensteuerung wenig oder gar keine Kälte anfordert, wird mit geeigneten Mitteln dafür gesorgt, dass der Kompressor weniger Druck aufbauen kann, somit widerstandsärmer über den Riemenantrieb mitläuft, den Verbrennungsmotor weniger belastet und damit ebenfalls weniger bis keinen zusätzlichen Kraftstoff verbraucht. Oft wird diese Funktion vom Expansionsventil übernommen, das dann nicht mehr vollständig schließt, sondern noch entsprechend geöffnet bleibt. Deshalb nennt man dieses Ventil auch Drossel. Der mechanische Leistungsbedarf des Pkw-Klimakompressors beträgt etwa 4 kW (BMW E28),[2] er kann jedoch bei hohen Drehzahlen auf bis zu 11 kW ansteigen.[3]
Moderne Fahrzeuge verfügen oft auch über ein sogenanntes intelligentes Energiemanagement. Neben der Hauptfunktion „bedarfsgerechte Batterienachladung“ erfüllen hochentwickelte Exemplare eine weitere Funktion: Sobald von Zusatzverbrauchern wie Lichtmaschine und Kompressor keine Maximalleistung angefordert wird, wird deren Betrieb von teuren Zeiten in solche verschoben, in denen Energie ungleich preiswerter zur Verfügung steht. Am billigsten ist diese während des Betriebs der Motorbremse. Hier steht Energie sozusagen als Abfallprodukt zur Verfügung. Der Motor soll maximal abgebremst werden ohne Werkstattkosten für Bremsenverschleiß zu verursachen oder gar die Bremsflüssigkeit zum Sieden zu bringen. Stattdessen wird mit dem Energieüberschuss die Batterie nachgeladen sowie der Verdampferkühlkörper bei reduzierter Lüfterleistung mit „Kälte aufgeladen“. Am zweitbilligsten ist Energie bei niedriger Motordrehzahl und hoher Drehmomentabnahme, da hier der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren maximal ist. Am zweitteuersten ist Energie bei hoher Motordrehzahl und am teuersten während des Leerlaufs, da es hier einzig auf die Erhaltung des selbständigen Verbrennungsmotorlaufs bei minimalem Treibstoffverbrauch ankommt. Hier wird der Energiekonsum von Zusatzverbrauchern zu Gunsten des Gesamtverbrauchs nach Möglichkeit reduziert oder ganz unterbunden. Zusatzverbraucher benötigen für deren Anpassung an diese Wechsel der Betriebsarten eine gewisse Verzögerungszeit.
Bei Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen und Fahrzeugen mit ausgeprägter Start-Stopp-Automatik werden in der Regel elektrisch angetriebene Kompressoren eingesetzt.
Kraftstoffmehrverbrauch
Die Verdichtung des Kältemittelgases benötigt Leistung. Der Betrieb des Klimakompressors erhöht daher den Arbeitswiderstand des Motors und somit auch den Verbrauch. Rund 10 bis 15 Newtonmeter werden dafür häufig benötigt. Der Mehrverbrauch ist von der Geschwindigkeit weitgehend unabhängig[4] und liegt bei sachgemäßer, nicht verbrauchsoptimierter Benutzung bei in Deutschland üblichen Außentemperaturen zwischen 0,2 und 0,5 l pro Stunde. Der rechnerische Mehrverbrauch pro gefahrenen Kilometer ist damit von der benötigten Zeit abhängig, der prozentuale Mehrverbrauch zusätzlich vom Durchschnittsverbrauch.
Verschiedene Verbraucherschutzorganisationen plädieren dafür, den Mehrverbrauch durch die Klimaanlage in den Fahrzeugdaten mit auszuweisen.
Verbrauchsoptimierte Benutzung von Fahrzeugklimaanlagen
Klimaanlagen verursachen Betriebskosten für Kraftstoff und Werkstattkosten vor allem für Kühlmittelersatz und Verdichterwellenverschleiß.
Beim Parken sollte ein Platz bevorzugt werden, der vor dem beabsichtigten Fahrtantritt einige Zeit im Schatten liegt. Einmal aufgestaute Hitze im Fahrzeug sollte zunächst über offene Türen und Fenster entlassen werden. Das kann auch durch das Luftgebläse erfolgen, integrierte Standheizungen nennen diese Möglichkeit auch „Standlüftung“. Erst danach sollte die Klimaanlage eingeschaltet werden. Moderne Klimaautomatiken können einige dieser Schritte automatisch übernehmen („Spülbetrieb“).
Im Sommer sollten die Luftauslässe vorzugsweise dorthin gerichtet werden, wo die Kühle zuerst und am intensivsten wahrgenommen wird, also (je nach gesundheitlicher Verträglichkeit) vorzugsweise auf Gesicht, Hals, Achseln, Arme oder Oberkörper der anwesenden Insassen. Gegebenenfalls können Luftauslässe für nicht belegte Sitzplätze verschlossen werden.
Die Solltemperatur sollte nicht zu gering sein, empfohlen wird meist nicht mehr als 5 °C unterhalb der Außentemperatur, so dass der Luftstrom nur dezent kühl, auf keinen Fall jedoch unangenehm kalt oder gar frostig erscheint.
Während des Betriebs sollten weder Fenster noch Schiebedach oder gar Verdeck bzw. Hardtop offen sein, da sonst warme „Falschluft“ eindringen würde. Türen sind, wie beim Kühlschrank, möglichst selten und nur kurz zu öffnen.
Ein Umluftbetrieb kann das Zusetzen des Pollenfilters zwar hinauszögern, allerdings nicht verhindern. Ein regelmäßiger Wechsel ist immer notwendig. Bereits vorgekühlte Innenluft kann mit geringerem Energieeinsatz auf die Auslasstemperatur gekühlt werden als warme Außenluft.
Fehlbedienung durch fehlangepasste Einstellung
Wird eine sehr niedrige Sollkabinentemperatur (z. B. 16 °C) und nur schwacher Luftstrom eingestellt, wird nicht nur die Kabine, sondern unverhältnismäßig stark auch der Raum hinter dem Armaturenbrett gekühlt. Dabei kühlt sich der Verdampfer im Gebläsekasten stark ab, ohne dass diese Kälte angemessen in die Kabine befördert wird. Die Kälte wirkt stattdessen durch Wärmeleitung und Konvektion auf die benachbarten Bauelemente, den Motorraum sowie nach außen. Diese Einstellung führt zu erhöhtem Treibstoffverbrauch und Lagerverschleiß trotz nur mäßiger Kühlleistung in der Kabine.
Fehlbedienung durch langfristig abgeschaltete Klimaanlage
Viele Nutzer glauben, mit einer ständig abgeschalteten Klimaanlage Betriebskosten sparen zu können (Kälte über Kompressor und Motor aus Kraftstoff). Langfristig führt die Nichtbenutzung zu Schäden an der Anlage: Der Klimaanlagenkompressor wird auch bei abgeschalteter Anlage per Riemen vom Verbrennungsmotor angetrieben und lediglich drucklos gehalten. Ist die Anlage nun nie aktiv, können die Lager der Verdichterwelle zu wenig Schmierung erhalten, dadurch langfristig undicht werden und dann ständig Kältemittel verlieren. Anschließende Abdichtung und Kühlmittelnachfüllung sind sehr teuer. Auch im Winter sollte die Klimaanlage daher nicht ständig abgeschaltet bleiben. Stattdessen empfiehlt sich die Einstellung einer Solltemperatur, die über der gemessenen Außentemperatur liegt. Dabei wird die Steuerung zunächst ebenfalls keine Kälte anfordern und den Kompressor vorwiegend ohne Mehrverbrauch leer mitlaufen lassen. Da die Anlage nicht fest abgeschaltet ist, sollte die Steuerung zur Niedrighaltung der Pannenquote geeignete Gegenmaßnahmen wie z. B. einen entsprechenden „Pumpenkick“ veranlassen. Dabei wird in erforderlichen Mindestintervallen kurzzeitig Kälte angefordert, um die Verdichterwellenlager zu schmieren.
Bei Klimaanlagenkompressoren mit Magnetkupplung wird der Kompressor bei Nichtnutzung der Klimaanlage vom Riementrieb getrennt, er läuft dadurch nicht dauernd mit, was Verschleiß und Energieverbrauch mindert. Die langzeitige Nichtnutzung der Klimaanlage kann hier aber zur Versprödung von Membranen führen.
Fehlbedienung durch langfristig abgeschaltete Lüftung
Eine ständig abgeschaltete Lüftung kann Betriebskosten sparen (Batteriestrom über Lichtmaschine aus Kraftstoff). Langfristig können jedoch Probleme entstehen: Alle Luftschächte des Gebläsekastens einschließlich Verdampferlamellen werden dann langfristig nicht mehr mit Luft gespült und unterliegen dauerhaft einem ähnlichen Temperaturverlauf wie außen. Dadurch kann im Lüftungskreislauf ein potenzieller Nährboden mit lange verfügbarer Wachstumszeit für z. B. Pilzbefall entstehen. Schon bei einmaliger Wiederinbetriebnahme (ggf. auch des Nachbesitzers) können somit Gesundheitsgefährdungen auftreten. Reinigung oder Austausch hinter dem Armaturenbrett sowie der Wiedereinbau sind arbeitszeitintensiv.
Wirkung
Komfort und Sicherheit
Ehemals als verzichtbarer Luxus abgetan, erlebten Kfz-Klimaanlagen in Deutschland ab den 1980er Jahren einen regelrechten Boom. Dies wurde auch durch aerodynamisch optimierte Karosserien bzw. größere Verglasung gefördert: Schräg stehende Windschutz- und Seitenscheiben führen zu einer beschleunigten Innenraumaufheizung bei Sonnenstrahlung. Durch Klimaanlagen wird häufig ein gesteigerter Komfort empfunden; auch kann bei hohen Temperaturen die Konzentration des Fahrers erheblich abnehmen.
Kleinere Wasserlachen unter dem Fahrzeug beim Parken sind auf die der gekühlten Luft durch Absenken des Taupunkts anfallende Luftfeuchtigkeit in Form von Wasser sowie bei vereistem Verdampfer auf das „Abtauen“ des Verdampfers der Klimaanlage zurückzuführen.[1]
Heute gehört die Klimaanlage im Pkw oft zur Standardausstattung und sorgt nicht nur für kühle, sondern auch für saubere Luft im Innenraum durch einen entsprechenden Filter. Gereinigt wird die Luft mittels eines Kabinenluftfilters, auch bekannt unter den Bezeichnungen Pollen- oder Innenraumfilter. Dadurch werden Passagiere vor Pollen, Dieselruß, Feinstaub, Ozon und anderen Reizgasen geschützt. In bestimmten Fahrzeugklassen gilt heute bei einem Gebrauchtfahrzeug ein Fehlen der Klimaanlage als stark wertmindernd.
Erkältungen durch Betrieb von Klimaanlagen
Bisweilen ist die Rede davon, dass Passagiere der Meinung sind, sich durch den Betrieb einer Klimaanlage im Fahrzeug eine Erkältung zugezogen zu haben. Die traditionelle und immer noch weit verbreitete Annahme, Erkältungen würden regelmäßig allein durch Kälte – im wissenschaftlichen Sinne von Wärmeentzug als pathophysiologischer Mechanismus – beziehungsweise Kälteverursacher oder -formen wie beispielsweise Zugluft, Nässe oder Unterkühlung verursacht, ist nicht korrekt. Beim Betrieb einer Klimaanlage wird meist der einströmenden Luft Feuchtigkeit entzogen. Daher neigen die Schleimhäute im Hals-Nasen- und Rachenraum eher dazu, auszutrocknen. Auf den ausgetrockneten Schleimhäuten können sich leichter Bakterien ansiedeln, die einen viralen Infekt begünstigen können. Daher sollte man bei klimatisierten Fahrzeugen auf ausreichende Flüssigkeitszufuhr achten. Darüber hinaus ist eine regelmäßige Desinfektion und ein Filtertausch im Rahmen der Wartung einer Klimaanlage empfehlenswert.[5]
Wartung, Reinigung und Nachrüstung
Klimawartung
Klimaanlagen im Auto müssen nicht wartungsfrei sein. Kälteanlagen in Kraftfahrzeugen weisen Kältemittelverluste auf, die durch den Einbau „offener Verdichter“ hervorgerufen werden. Normalerweise sind die Verluste über die Lebenszeit zu gering und haben keine Auswirkung. Die Verluste werden in erster Linie durch undichte Verdichterwellenabdichtungen verursacht. Begünstigt werden die Undichtheiten, wenn der Verdichter im Winter nicht eingeschaltet wird und der Wellenabdichtung kein Öl zugeführt wird. Hinzu kommen mögliche Undichtheiten an lösbaren Verbindungen, die durch Vibrationen (Motor und Straße) verursacht werden können. Die Anlage sollte etwa alle zwei bis vier Jahre auf etwaige Verluste an Kältemittel überprüft werden; spätestens aber, wenn die Kühlleistung nachlässt. Beim Öffnen der Anlage empfiehlt sich der Tausch des Trocknerfilters.
Kühlmittelschwund kann auch als Indikator für den Verdichterwellenverschleiß genutzt werden. Ersetzte Kältemittelmengen sollten grundsätzlich im Serviceheft protokolliert werden. Die Überschreitung kumulierter Grenzmengen legt vor weiterem Nachfüllen die Abdichtung nahe (meist Neulagerung oder Austausch des Kompressors).
Haushaltskühl- und Gefriergeräte unterscheiden sich von Fahrzeugklimaanlagen in folgenden Punkten: Der Kompressor läuft ohne „Winterleerlauf“, also regelmäßig bei Kälteanforderungen. Die Einzelkomponenten sind kompakt und relativ gut zugänglich verbaut. Sie sind nicht mit einem weiteren teuren Gebrauchsgegenstand (hier: dem Fahrzeug) fest verbunden. Da Abdichtung und Nachfüllen des separaten Geräts weitaus teurer als ein Neukauf sind, gilt Kühlmittelschwund hier als wirtschaftlicher Totalschaden.
Hygienische Klimaanlagen-Reinigung
Die Notwendigkeit der hygienischen Reinigung von Lüftungsanlagen in Fahrzeugen in regelmäßigen Intervallen ist nicht nur logisch nachvollziehbar, sondern wird durch die technische Richtlinie VDI 6032 des Vereins deutscher Ingenieure beschrieben. Alleine beim – für den Austausch notwendigen – Herausziehen des Pollenfilters aus der Filterbox lösen sich von der Filteroberfläche Partikel, wie z. B. Stäube, (Tier)Haare und/oder Pilzbewuchs, Hautschuppen etc. und verbleiben am Pollenfilter-Schacht und an den umgebenden Wandungen. Damit wird die Klimaanlage schnell zur Dreck- und Keimschleuder. Der bloße Austausch des Luftfilters einer RLT-Anlage im Rahmen der Inspektion reicht allein nicht aus. Es müssen sowohl die Pollenfilterbox fachmännisch gereinigt, sowie spätestens alle 24 Monate zusätzlich eine hygienische und effektive Durchspülung des Klimaanlagen-Verdampfers durchgeführt werden. Nur so kann die geforderte Raumluft-Hygiene im Fahrzeug und damit die Sicherheit aller Insassen sowie eine gesunde Luft gewährleistet werden. Hierbei ist auch die Wahl der zugelassenen Reinigungsmittel und Methoden entscheidend. Diese wurden ebenfalls vom VDI in der 6032 Richtlinie zur Klimaanlagen-Reinigung eindeutig beschrieben. Sowohl der Fahrer als auch alle Beifahrer werden indessen einem unsichtbaren Gesundheitsrisiko ausgesetzt. „Um eine gesundheitlich zuträgliche Zuluftqualität zu erreichen, muss die AC-Anlage in regelmäßigen Intervallen .. professionell .. gereinigt werden.“[6]
Herausforderungen an Luft- bzw. Pollenfilter
Nicht regelmäßig oder nach zu langem Abstand getauschte Pollenfilter sehen oft wie abgebildet aus und sind ein Keimherd, insbesondere für Schimmelpilze. Bleibt man wortwörtlich beim Wort Pollen, so zersetzen sich diese innerhalb der anschließenden 12 Wochen innerhalb des Filters. Dieser Zersetzungsprozess der Polle gibt deren eigentliches Allergen frei. Hochproblematisch ist in diesem Zusammenhang, dass die Allergene der Pollen Partikelgrößen haben, die vom Pollenfilter nicht zurückgehalten werden können. Der Luftstrom durch den Pollenfilter in Richtung Fahrzeuginnenraum leitet also, bei zu langem Verbleib, kontraproduktiv eine zunehmend schlechter werdende Luftqualität in das Fahrzeuginnere.
Herausforderungen an Klimaanlagen-Verdampfer
Ebenso verhält es sich mit einem nicht regelmäßig fachmännisch gereinigten Klimaanlagen-Verdampfer. Auch an dessen Oberfläche setzen sich Bakterien ab und führen durch die kontinuierliche Feuchtigkeit des Bauteils zu einem immer stärker zunehmenden Biowachstum. Hygienische Probleme treten außerdem auf, wenn der Verdampfer falsch gereinigt oder mit ungeeigneten Reinigungsmitteln behandelt wurde. Zu scharfe Reinigungsmittel zerstören oder beschädigen die Schutzbeschichtung der Lamellenstruktur des Klimaanlagen-Verdampfers. Dadurch verändern sich die Abtropfwinkel des Kondenswassers und/oder es erhöht sich das Abflussvolumen der Kondenswassermenge am Verdampfer. Das Resultat ist fehlgeleitetes bakteriell belastetes Kondenswasser, das sich an unkalkulierten Stellen innerhalb der Fahrzeug-Klimaanlage ansammelt.
Aktuell muss leider der Fahrzeuginhaber noch persönlich dafür sorgen, dass die Werkstatt eine hygienische Klimaanlagenreinigung im Rahmen der Inspektion bzw. beim anstehenden Luftfilter-Wechsel mit einer vom VDI empfohlenen chemisch-mechanischen Methode[7] vornimmt.
Nachträglicher Einbau
Klimaanlagen können auch nachgerüstet werden. Der Aufwand dafür ist jedoch oft erheblich, da meist das Armaturenbrett ausgebaut werden muss, um den Verdampfer installieren zu können. Der Einsatz von FCKW-Kältemitteln wie R12 (Freon) ist seit langem verboten. Stand der Technik ist die Verwendung des fluorierten Kohlenwasserstoffes R134a. Zum Austausch von R12 in alten Klimaanlagen eignet sich das Gemisch R413a, welches nur zu 88 % aus R134a besteht, im Gegensatz zu R134a aber ähnliche Fließ- und Schmier-Eigenschaften wie R12 aufweist.
Kältemittel
Allgemeines
Die Auswahl geeigneter Kältemittel zur Fahrzeugklimatisierung aus der zur Verfügung stehenden breiten Palette ist relativ gering. So muss bei extremen Umgebungsbedingungen (bis ca. 90 °C) das Kältemittel noch sicher verflüssigt werden können, was eine hohe spezifische Wärmekapazität des Kältemittels erfordert. Zugleich sollen die Drücke dabei auf einem niedrigen, beherrschbaren Niveau liegen und das Kältemittel, ähnlich wie Öl, mit den meisten im Automobilbau favorisierten Werkstoffen kompatibel sein. Außerdem erfordert die Schwingungsabkopplung vom sich bewegenden Motor immer noch flexible Schlauchverbindungen, die für das Kältemittel undurchlässig sein müssen und von diesem nicht angegriffen werden.
In Fahrzeugen verwendete Kältemittel
Bis zur Jahrtausendwende war ausschließlich das Kältemittel R12 in der Anwendung, was aber wegen seines hohen Zerstörpotentiales gegenüber der Ozonschicht in allen Anwendungen verboten wurde.
Als Nachfolger wurde R134a gewählt. Im Jahr 2006 wurde von der EU die MAC-Directive (2006/40/EG)[8] erlassen, welche den Einsatz von Fluorkohlenwasserstoffen mit einem Treibhauspotenzial (GWP-Wert) größer 150 in Klimaanlagen neu zugelassener Fahrzeugtypen ab 31. Dezember 2011 und in allen neuzugelassen Fahrzeugen ab 31. Dezember 2016 verbietet (Phase-Out-Zeitfenster). R134a verfügt über einen GWP-Wert von 1430.
Als Ersatz wurde zunächst Kohlendioxid (Kältemittel-Bezeichnung R744) diskutiert. Es hat mit einem GWP-Wert von 1 ein vielfach geringeres Treibhauspotenzial als herkömmliche Kältemittel und trägt nicht zum Abbau der Ozonschicht bei. Zudem zeigte es bei Testfahrten in fast allen Fällen eine höhere Energieeffizienz als R134a. Die Entscheidung für CO2 (R744) wurde auf der sogenannten „grünen“ IAA 2007 vom Verbandspräsident der Automobilindustrie (VDA), Matthias Wissmann, als gemeinschaftliches Ergebnis bekanntgegeben. Manche Autohersteller warben für das gefährlichere 2,3,3,3-Tetrafluorpropen – ASHRAE Bezeichnung R1234yf – (Handelsname z. B. Solstice), da sich dieses auch in den bisherigen Klimaanlagen verwenden lässt. Im weiteren zeitlichen Verlauf wendeten sich fast alle Hersteller von CO2 als Kältemittel ab, da die Neuentwicklung von CO2-tauglichen Klimaanlagen deutlich teurer als der Umstieg auf R1234yf ist. R1234yf ist relativ klimafreundlich (GWP-Wert 4), aber brennbar und wird weltweit nur von den US-Herstellern (DuPont und Honeywell) produziert. Bei Löschversuchen nach einem Unfall kann gefährliche Flusssäure entstehen.[9] Trotz des bestehenden Verbotes hatte die EU-Kommission eine Ausnahmeregelung[10] erlassen, die den weiteren Einsatz von R134a bei neuen Fahrzeugtypen bis längstens 31. Dezember 2012 gestattete. Der Grund dafür bestand im eklatanten Lieferverzug der beiden Haupthersteller.
Im Oktober 2015 gab Daimler bekannt, ab Ende 2016 Modelle der S-Klasse und E-Klasse als erste Serienfahrzeuge mit CO2-Klimaanlagen ausliefern zu wollen. Fahrzeuge der anderen Baureihen hat der Konzern zum 1. Januar 2017 zunächst auf R1234yf, gegebenenfalls unter Berücksichtigung zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen, umgestellt, damit diese gesetzeskonform sind.[11] Das Mercedes-Benz S-Klasse Coupé ist seit Ende 2016 als weltweit erstes Serienfahrzeug mit einer R744-Klimaanlage ausgerüstet, weitere Fahrzeuge sollen 2017 folgen.[12]
Seit dem 1. Januar 2017 sind in der Europäischen Union Kältemittel mit einem Treibhauspotenzial über 150 in allen neuen Fahrzeugen verboten.[13] R1234yf wird aktuell von nahezu allen Fahrzeugherstellern eingesetzt.
Mit Luft als Kältemittel arbeitet der einfach aufgebaute Schukey-Motor.
Kontroverse um R1234yf und Vertragsverletzungsverfahren gegen Deutschland
Im September 2012 gab Mercedes bekannt, das Kältemittel R1234yf aufgrund seiner Entzündbarkeit nicht weiter verwenden zu wollen. Bereits damit befüllte Fahrzeuge wurden in die Werkstätten zurückgerufen und die Füllung gegen R134a ausgetauscht.[14] Bei Unfalltests hatte sich R1234yf an heißen Stellen im Motorraum entzündet und die Testfahrzeuge in Brand gesetzt.[15] In den Folgejahren wurden Neuwagen der Daimler AG und teilweise auch anderer Hersteller weiterhin mit dem alten Kältemittel R134a ausgeliefert.
Im Anschluss an ein mehrmonatiges Pilotverfahren hat die EU am 23. Januar 2014 ein Vertragsverletzungsverfahren gegen Deutschland eingeleitet, weil das Rückbefüllen eines mit neuem Kältemittel R1234yf genehmigten Fahrzeug auf das alte Kältemittel R134a genauso rechtswidrig ist, wie die Aufnahme neuer Fahrzeuge als Erweiterung in alte bestehende Fahrzeugtypgenehmigungen. Das Vertragsverletzungsverfahren ist im ersten Schritt die Folge des Vorgehens Deutschlands im Zusammenhang mit verschiedensten Fahrzeugtypgenehmigungen der Firma Daimler. Weitere Fälle auch in anderen Mitgliedsstaaten (z. B. Vereinigtes Königreich, Belgien und Luxemburg) werden seitens der EU ebenfalls untersucht.[16]
Am 25. September 2014 hat die EU den zweiten Schritt des Vertragsverletzungsverfahrens gegen Deutschland eingeleitet.
Am 4. Oktober 2018 verurteilte der Europäische Gerichtshof Deutschland wegen des zu nachlässigen Umgangs mit der Autoindustrie, ohne allerdings eine Strafe festzusetzen. Die Bundesregierung habe nicht rechtzeitig dafür gesorgt, dass das klimaschädliche Treibhausgas R134a bei über 133.000 Fahrzeugen des Herstellers Daimler ausgemustert wird, so das Gericht. Das Kraftfahrt-Bundesamt hatte die Umrüstung erst mehr als zwei Jahre nach Ablauf der Frist angeordnet.[17]
Flugzeuge
Passagierflugzeuge haben, seitdem es Strahlflugzeuge gibt, serienmäßig Klimaanlagen eingebaut. Auf Parkposition wird die Klimatisierung durch Klimafahrzeuge extern besorgt, sofern erforderlich.[18]
Eisenbahnen
Klimatisierte Wagen in Reisezügen waren bis in die 1970er Jahre ein besonderes Komfortmerkmal. Sie befanden sich lediglich in Wagen der Trans-Europ-Express oder der erstklassigen IC. Seit 1979 sind klimatisierte Wagen auch in der zweiten Wagenklasse Standard.
Heutzutage bedingen alleine die Geschwindigkeiten, die auf Schnellfahrstrecken gefahren werden, dass Fenster in den Wagen nicht mehr zu öffnen sind. Auch Nahverkehrszüge und S-Bahnen sind regelmäßig mit Klimaanlagen ausgestattet.
Lediglich historische Wagen verfügen noch über Fenster zum Öffnen.
Schiffe
In größeren Wasserfahrzeugen werden Windhutzen oder Dorade-Lüfter sowie Klimaanlagen verwendet.
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ a b O.V.: Wie funktioniert eine Klimaanlage? In: SPRINT – Das Mitsubishi Automagazin. 04/2007, S. 50.
- ↑ BMW AG (Hrsg.): Betriebsanleitung, Serviceheft 518, 520i, 525e, 525i, 528i, 535i, M535i, 524td. August 1985, S. 6–22 (bmw-grouparchiv.de [abgerufen am 20. Februar 2017] Archiv-Signatur AB-82-10).
- ↑ Richard van Basshuysen, Fred Schäfer (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor, 8. Auflage, Springer, Wiesbaden, 2017, ISBN 978-3-658-10901-1. S. 516
- ↑ Dieter Schlenz, Dietmar Fischer: PKW-Klimatisierung: Klimakonzepte, Regelungsstrategien und Entwicklungsmethoden für Fahrzeuge mit deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch expert verlag, 2000, ISBN 3-8169-1818-2.
- ↑ Machen Klimaanlagen krank? In: autobild.de. 6. August 2003, abgerufen am 10. Januar 2015.
- ↑ VDI - Verein Deutscher Ingenieure: 6032 - Lufttechnik, Luftqualität in Fahrzeugen Hygieneanforderungen an die Lüftungstechnik. Hrsg.: VDI - Verein Deutscher Ingenieure. 3. Auflage. Beuth publishing DIN, Mai 2015, S. 23 f.
- ↑ VDI 6032 Blatt 1 - Lufttechnik, Luftqualität in Fahrzeugen - Hygieneanforderungen an die Lüftungstechnik. Mai 2015 (vdi.de [abgerufen am 31. März 2022]).
- ↑ Richtlinie 2006/40/EG des Europäischen Parlaments und des Rates (pdf) (PDF)
- ↑ Andreas Halbach, Christian Rohde: Gefahr im Auto – Streit um neues Kühlmittel, Veröffentlichung bei KI-Kälte, Luft, Klimatechnik. (Nicht mehr online verfügbar.) Frontal21, 28. Oktober 2008, ehemals im Original; abgerufen am 20. Februar 2011. (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
- ↑ The supply shortage of an essential component in mobile air conditioning systems and its impact to the application of Directive 2006/40/EC in the automotive industry. (Memento vom 22. Februar 2014 im Internet Archive) auf: ec.europa.eu
- ↑ Jürgen Pander: Kältemittel-Streit: Mercedes rüstet Autos mit CO2-Klimaanlagen aus. SpiegelOnline, 21. Oktober 2015, abgerufen am 21. Oktober 2015.
- ↑ Christiane Köllner: Auf dem Weg zu CO2-Klimaanlagen. Springer Professionell, 28. November 2016, abgerufen am 11. Februar 2017.
- ↑ EU-Richtlinie zu Emissionen aus Pkw-Klimaanlagen. Umweltbundesamt, 10. Juni 2015, abgerufen am 22. Oktober 2015.
- ↑ Jürgen Pander: Streit um Kältemittel: Daimler boykottiert Vereinbarung zu R1234yf. SpiegelOnline, 25. September 2012, abgerufen am 22. Oktober 2015.
- ↑ Jürgen Pander: Umstrittenes Kältemittel R1234yf: Das brandheiße Problem. SpiegelOnline, 17. Januar 2013, abgerufen am 22. Oktober 2015.
- ↑ The European Directive on mobile air-conditioning systems (MACs) aims at reducing emissions of specific fluorinated greenhouse gases in the air-conditioning systems fitted to passenger cars (vehicles of category M1) and light commercial vehicles (category N1, class 1). (Memento vom 28. April 2013 im Internet Archive) auf: ec.europa.eu
- ↑ Richter verurteilen Deutschland für zu laxen Umgang mit Autoindustrie. Spiegel Online, 4. Oktober 2018, abgerufen am 4. Oktober 2018.
- ↑ munich-airport.de (Memento des Originals vom 18. Januar 2016 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
