10/05/2021
Door Ad Spijkers
In de toekomst zullen regionale treinen worden voorzien van brandstofcellen voor de klimaatregeling in de rijtuigen.
In het Heat2Comfort project draagt het Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Dresden bij aan dit soort emissievrije en geluidsarme transportmodi. Samen met partners werkt het instituut aan een nieuwe benadering van het gebruik van restwarmte, namelijk airconditioning in het voertuig.
Aan het project wordt deelgenomen door Hörmann Vehicle Engineering, Wärmetauscher Sachsen en het Institut für Luft- und Kältetechnik, ondersteund door DB Systemtechnik, DB RegioNetz Verkehr en Energieanlagenbau Westenfeld.
Restwarmte gebruiken
Het centrale idee van de aanpak is een effectieve benutting van de restwarmte van de brandstofcel voor de temperatuurregeling van het interieur van het voertuig. Het doel is om het minimum bereik van brandstofcel-treinstellen met 20% te vergroten. Tegelijkertijd moet het comfort van reizigers zowel thermisch als akoestisch worden verhoogd.
Het doel is om zowel verwarming als airconditioning te verzorgen met de restwarmte van de brandstofcel. De afvalwarmte voor airconditioning kan tijdens zomerbedrijf worden gebruikt door een absorptiewarmtepomp te voorzien te voeden met afvalwarmte van de brandstofcel om airconditioning te genereren. Hierdoor kan de elektriciteit uit de brandstofcel worden gebruikt voor voortstuwing en hoeft deze niet te worden gebruikt voor airconditioning.
De huidige railvoertuigen daarentegen hebben tot 25% van de totale energiebehoefte nodig voor airconditioning in het passagierscompartiment en de bestuurderscabine. Het efficiënt benutten van de aanwezige restwarmte van brandstofcellen is een belangrijke beïnvloedende factor voor het vergroten van de actieradius.
Onderzoek
Behalve expertise op het gebied van materiaalkunde, draagt Fraunhofer IFAM ook kennis over de thermische en vloeibare ontwikkeling van componenten bij aan het Heat2Comfort-project. Daarnaast is er uitgebreide ervaring met wiskundige modellering en experimentele validatie van stromings-, warmte- en materiaaltransportprocessen.
Concreet houden de onderzoekers zich binnen het project bezig met de koppeling van de warmtebron (de brandstofcel) met de verschillende toepassingen van warmte in de vorm van absorptiekoelers en ruimteverwarming. Dit gebeurt via PCM-geheugen, waarin vezelstructuren worden gebruikt om de geheugencapaciteit aan te passen.
Daarnaast wordt gekeken naar de thermische activering van binnenoppervlakken en andere ingebouwde componenten zoals tafel- en stoelconstructies.
De expertise van het instituut in Dresden op het gebied van cellulaire metalen materialen komt ook van pas bij het optimaliseren van de temperatuurverdeling op de oppervlakken. Zo wordt gebruik gemaakt van bevindingen uit het recent opgeleverde Hybrid-FHKL-project, waarin hybride verwarmings- en koeloppervlakken met ruimte-airconditioning voor gebouwentechniek zijn ontwikkeld en onderzocht. Het gebruik van cellulaire metalen om uniforme oppervlaktetemperaturen te genereren is een centrale vraag die ook relevant is in Heat2Comfort.
Ook simulaties van energiestromen, opslaggedrag en het ontwerp van cellulaire metalen materialen voor thermische componentactivering worden uitgevoerd bij dit instituut.
Foto: TU Dresden