Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon Mei » Fr 7. Okt 2016, 08:51

Moin,
nehmen wir mal 10kW für 90km/h an, einen Wirkungsgrad von 90%, dann haben wir immer noch rund 1kW an Wärme, die zur Zeit über den Kühler aussen verheizt werden.
Mit 1kW Heizleistung bei einem bereits aufgewärmten Auto kommt man doch in der Übergangszeit gut aus.
Wäre doch toll, wenn man die für den Innenraum nutzen könnte.

Das Problem sind die zwei Wasserkreisläufe.
Man braucht 2 Stück 4 Wegeventile, da man verhindern muss, dass das Motorwasser vom PTC Heizer geheizt wird und gleichzeitig aber die Motorwärme durch den Innenraumwärmetauscher geht, wenn die PTC aus ist.
das wird ziemlich kompliziert, da dann ja auch die zwei Kreisläufe verbunden sind und zwei Ausgleichsbehälter da sind.

Eine "einfache" Lösung wäre einen zweiten Wärmetauscher vor den Heizungswärmetauscher zu machen. Damit würde mit der Motorwärme die Luft ein klein wenig vorgeheizt.
Das Problem der Umschaltung wäre damit gelöst.

Ist da irgendwo im Lufteinlassbereich genug Platz für einen zweiten Wärmetauscher?

Grüße
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Beitragvon iOnier » Fr 7. Okt 2016, 13:30

Bestechende Idee. Den Gedanken mit den Umsteuerventilen hatte ich auch schon, aber wegen der Komplexität, das in die Steuerungselektronik für Innenraumklimatisierung und Motorkühlung zu integrieren auch gleich wieder verworfen. Schließlich will man das relativ warme Wasser aus dem Heizungsrücklauf nicht zur Umwelterwärmung in den Motorkühler schicken, und der Motor seinerseits soll eben nur das gut gekühlte Wasser aus dessen Rücklauf zurückbekommen. Wenn ich aber etwas "warmes" Wasser aus dem Zulauf zum Motorkühler "abzweige" und es in das Heizsystem schicke, dann muss die gleiche Menge Wasser aus dem Rücklauf des Heizsystems ins Motorkühlsystem zurückkommen. In den Vorlauf zum Motorkühler? Dann erwärme ich unnötig die Umgebungsluft. In den Rücklauf zum Motor? Dann bekommt der unerwünscht "warmes" Wasser.

Deine Idee mit dem 2. Wärmetauscher für die Motorkühlung, räumlich in der Luftführung vor dem Wärmetauscher der Innenraumheizung plaziert, wäre tatsächlich die Lösung. Der müsste dann in die Vorlaufleitung zum Motorkühler eingeschleift werden. Dazu noch eine Shuntleitung, über die mit einem Dreiwege-Mischventil gesteuert werden kann, wie viel Vorlaufwasser vom Motor über den 2. Wärmetauscher und wieviel direkt zum Motorkühler fließt. Die für die Regelung nötigen Soll- und Istwerte kann ein (dafür nötiges neues, zusätzliches Steuergerät) vom CAN-Bus bekommen. Also die vom Fahrer eingestellte Solltemperatur und die Isttemperatur des Innenraums. Die Temperatur des Motorkühlwassers ist keine relevante Regelgröße, da sie ja kaum je niedriger sein dürfte als die Außentemperatur. Also kann es nie zu einer unerwünschten Kühlung des Innenraums kommen, denn das zusätzliche System wird ja erst dann überhaupt aktiv, wenn geheizt werden soll. Solange der Motor noch "kalt" ist => ist das neutral, sobald der Motor "warm" ist => zweckdienlich.

Die einzigen Nachteil dieser relativ einfachen Lösung:

- der Strömungswiderstand der Zuluft für den Innenraum steigt ein bisschen => es ist daher mit dem gegebenen Lüfter eine etwas geringere maximale Durchlüftung möglich (IMO ein wahrscheinlich praktisch vernachlässigbares Problem, in Extrembereichen könnte es aber zu einer etwas schlechteren Beschlagentfernung an den Scheiben kommen)

- der Strömungswiderstand des Kühlwassers der Motorkühlung steigt auch etwas an (durch den in Reihe geschalteten zusätzlichen Wärmetauscher). Natürlich nur dann, wenn tatsächlich geheizt wird (Dreiwege-Mischventil, Shuntleitung), aber dennoch. Ob das für die Effektivität der Motorkühlung (und die ist ja wichtig!) eine relevante Rolle spielt kann ich nicht beurteilen. Anderseits wird das Motorkühlwasser in diesem 2. Wärmetauscher ja auch etwas "vorgekühlt", bevor es den eigentlichen Motorkühler erreicht. Die Sache könnte sich daher auch im Endeffekt neutral ausgehen.

- die fahrzeugeigene Klimaregelung würde nach wie vor das elektrische Heizelement aktivieren, sobald Heizleistung angefordert wird. Es würde aber auch nach wie vor wieder ausgeschaltet werden, wenn der Innenraum ausreichend erwärmt ist, und solange die Motor("ab")wärme ausreicht, das aufrechtzuerhalten würde das el. Heizelement auch nicht wieder aufgeschaltet werden. Dieser "Nachteil" wäre also ein geringer, und aus Komfortsicht sogar ein Vorteil: die Anwärmphase des Innenraums würde dadurch verkürzt.

- womöglich ist in der Luftführung gar kein ausreichender Platz vorhanden ... das müsste man vor jedem Weiterdenken erst mal eruieren.
Gruß
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon Mei » Mo 10. Okt 2016, 18:14

So wie ich vom Fussrausm sehen konnte, wäre es möglich einen zweiten Wärmetauscher vor den Heizer zu machen.
Aber dafür muss innen alles zerlegt, zersägt, neu geschnitzt und wieder geklebt werden ;)
Ich glaub das ist zu aufwendig.

Ich hab mal 15km Fahrt mit ziemlich Strom und Reku gemacht. Leider war an den Kühlerschläuchen vorne nix zu spüren.
Auch der Motor war kalt.
Wohl möglich ist die Oberfläche einfach zu gross und die Temperaturdifferenz zu klein. Da bräuchte es einen dicken Lüfter um die geringe Temperaturdifferenz auszunutzen.
Ich werde irgendwann mal Temperatursensoren an den Kühlerschläuchen anbringen und mir das genauer anschauen.

Vielleicht muss man direkt am Motor abzapfen ;)
Also im Kofferraum den Wärmetauscher, da hat man es auch mit den Schläuchen nicht so weit.
Der Lüfter wird über ein Temperatursensor gesteuert.
Fraglich ist nur, ob die paar Watt im Kofferraum was bringen Ob die Wärme überhaupt nach vorne kommt ;)
Aber mit dem Wärmetauscher im Kofferraum könnte man die Ladeverluste nutzen.
Der Lüfter würde dann mit der Wasserpumpe gleichzeitig laufen, die ja alle paar Minuten an geht.
Da kommt wenigstens ein paar Watt zusammen. Beim Laden ist der Lader/DCDC merklich wärmer als der Rest. Auch kommt nach ein paar Stunden vorne am Kühler warmes Wasser.
So würde zumindest beim Laden ein Teil der Energie ins Auto gehn. Ob da dir rund 200 bis 300 Watt irgendwelche Auswirkungen haben?

Ich hab heute mit CaniOn gesehen, dass die Wasserpumpe vom Heizer sofort aus ist, wenn die Heizung aus ist, also auf dem grünen Punkt oder kleiner.
Das heisst, wenn das Wasser auf Temperatur ist, dann bleibt diese Wärme ungenutzt, sobald man Heizung aus macht.
Ein kleiner Nachlauf von ein paar Minuten könnte helfen diese Wärme zu nutzen.

Gibt es Schaltpläne/Verdrahtungspläne vom Auto?
Einige Steuergeräte sitzten ja unter der Rücksitzbank. Aber unter dem Lenkrad sind recht viele Relais.
Wäre wahrscheinlich nicht schwer da ein Relais mit Nachlauf zu bauen.
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon umberto » Mo 10. Okt 2016, 18:48

Ich will Euren Enthusiasmus nicht bremsen, aber das Kühlwasser bei E-Autos ist wirklich ziemlich kalt (die Elektronik mag es nicht so heiss, d.h. kleiner 60 °C), so daß Du damit kaum die Luft in der Heizung warm bekommst. Aus dem Dilemma heraus kommen die ganzen PTC-Heizer und Wärmepumpen-Geschichten erst her.

Die Luft strömt im Innenraum immer von vorne nach hinten (die Ein- und Auslassöffnungen sind so angeordnet, daß vorne der Druck höher als hinten ist), also Wärme im Kofferraum verpufft weitgehend ungefühlt.

Der Nachlauf ist aber sinnvoll, das machen sogar die Verbrenner, daß man eine Zusatzpumpe einschalten kann, um die Restwärme für die Innenraumheizung zu nutzen.

Gruss
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon iOnier » Mo 10. Okt 2016, 19:56

Na, es geht ja nicht nur um das Temperaturniveau, sondern eben um die von Leistungselektronik und Motor abzutransportierende Energiemenge. Immerhin war die Rede von 1 kW(!). Und 60° wären ja schon eine Hausnummer - allerdings muss man auf dem Level (und da geht es dann doch ums Temperaturniveau) schon mit einem recht großflächigen Wärmetauscher arbeiten, um die Wärmeenergie schnell genug an die Heizungsluft abzugeben. Und den muss man dann auch noch auf dem verfügbaren (engen) Raum unterbringen ...
Gruß
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon umberto » Mo 10. Okt 2016, 20:09

iOnier hat geschrieben:
Und den muss man dann auch noch auf dem verfügbaren (engen) Raum unterbringen ...


Eben. So groß ist das Auto einfach nicht. Bei E-Autos ist wirklich ein großer Teil des Problems, daß die geringen (Ab-)Wärmemengen bei niedrigen Temperaturen anfallen und so nur aufwändig weiterverwendet werden können.

Gruss
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon mweisEl » Mo 10. Okt 2016, 20:48

Für das Design der Smart ED3 wurde dieses Konzept glaube ich durchgespielt. Ergebnis war wohl, dass das Einschleifen des Motor-/Motorsteuerungs-/ Batterieflüssigkeitskühlkreislaufes in die Kabinenheizung (bzw. "Kühler" der Klimaanlage) ein statistisches Potential von 0,5% Energieersparung ergeben hätte. Denn bei kalten Temperaturen nimmt man das bißchen Motorabwärme viel lieber zum Erwärmen der Batterie (was Energie wegen dann besserem Akkuwirkungsgrad spart) und bei höheren Temperaturen braucht man auch wieder keine Kabinenheizung. Wegen des zusätzlichen technischen Aufwand von Ventilen bzw Pumpen etc., den das auch immer mit sich herumfahren müsste, hat man bei dem sehr geringen Effekt darauf verzichtet.
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon Mei » Mo 10. Okt 2016, 21:28

iOnier hat geschrieben:
.... Immerhin war die Rede von 1 kW(!). .....


das war mal so eine Annahme.
Könnte auch hinkommen. Aber die Oberfläche und Masse vom Motor/Inverter usw. klaut davon ja auch etwas.
Ich werd irgendwann mal Messungen machen.
Der Nachlauf scheint gerade einfacher zu sein zu machen zu sein.
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon Mei » Do 13. Okt 2016, 20:31

Mei hat geschrieben:
....Der Nachlauf scheint gerade einfacher zu sein zu machen zu sein.


Das Relais für die Wasserpumpe ist identifiziert.
Habs auch gleich mal überbrückt.
Dann läuft die Pumpe immer. Auch wenn Auto aus.
Leider funktioniert das ganze nur einmal nach Zündung an. Wenn man die Heizung dann wieder aus und an schaltet gibt es nix warmes mehr.
Wäre auch zu schön gewesen, nur einfach ein Relais zu ersetzen ;)

Es gibt wohl eine Sensorleitung, die prüft ob das Relais geschaltet ist oder nicht.
Leitungen und Pins an der A/C Controll Unit sind auch schon identifiziert.

Da muss also jetzt ein klein Stück Elektronik rein, die eben den Nachlauf macht und das Sensorsignal bedient.
Hat auch Vorteile. Das Relais sitzt im Motorraum, die Controllunit im Auto.
Im Auto bastelt es sich besser ;)
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Re: Heizung verbessern, Motorwärme nutzen

Beitragvon Mei » Sa 29. Okt 2016, 10:19

Wer den Nachlauf mal selbst testen will um die Restwärme zu nutzen:
(leider etwas umständlich)
1. Lüfter auf OFF
2. AC Taster ein paar Sekunden drücken und halten
3. Pumpe läuft an
4. ein paar Sekunden laufen lassen, damit im Wärmetauscher das ausgekühlte Wasser durch warmes ersetzt ist
5. AC schalter drücken
6 Lüfter wieder einschalten

Das ganze ist eigentlich dafür da um den Kreislauf zu entlüften.
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