Busklimatechnik: Prima Klima

Noch vor wenigen Wochen zitterten wartende Fahrgäste bei bis zu minus 20 Grad an den Haltestellen, im Sommer bilden sich bei plus 40 Grad Schweißperlen auf der Stirn – die Anforderungen an Busklimasysteme sind entsprechend hoch. Es gilt, bei einem breiten Außentemperaturspektrum ein komfortables Innenraumklima zu schaffen und dabei möglichst wenig Energie zu verbrauchen. Denn vor allem bei Elektrobussen trägt eine effiziente Klimatisierung entscheidend zu einer hohen Reichweite bei.

Im Busbereich geht der Trend nicht nur zu alternativen Antrieben, sondern auch zu alternativen Kältemitteln. Seit einigen Jahren kommt im Pkw- und Nutzfahrzeugmarkt verstärkt Kohlendioxid (CO2, R744) zum Einsatz. CO2 gilt als technisch gute und preisgünstige Alternative zu den herkömmlichen Kältemitteln wie R134a oder R404a. "Die Kosten pro Kilogramm R744 sind bis zu 90 Prozent geringer, es ist in großen Mengen weltweit verfügbar, zudem ist CO2 ungiftig und nicht brennbar", berichtet Claudia Mittelstaedt vom Thermosystemhersteller Konvekta. Mit einem Erderwärmungspotenzial (GWP) von 1 ist es deutlich weniger schädlich als etwa R134a mit einem GWP von 1430 und ebenfalls besser als das neuere R1234yf mit einem GWP von 4.

Den vielen Vorteilen stehen nur wenige Nachteile gegenüber: Mit Betriebsdrücken von rund 100 Bar auf der Hochdruckseite des Verdichters liegt das Druckniveau von CO2-Aggregaten zwar deutlich über dem herkömmlicher R134a-Klimaanlagen, die mit etwa 15 Bar arbeiten. Das ist technisch aber kein großes Problem. In Gasbussen und bei Wasserstofftanks hat man es schließlich mit weitaus höheren Drücken zu tun.CO2 eignet sich zudem ideal als Kältemittel für Wärmepumpen, vor allem bei tieferen Temperaturen, wie sie in unseren Breiten mehrere Monate im Jahr vorherrschen. Der Thermosystemhersteller Konvekta stellt den Energieverbrauch einer Klimaanlage am Beispiel eines Zwölf-Meter-Stadtbusses dar, einmal mit elektrischer Zusatzheizung und einmal mit CO2-Wärmepumpe. Während von Mai bis September der Verbrauchsvorteil der Wärmepumpe nur marginal ausfällt, steigt er ab Oktober drastisch an. Vor allem in den Wintermonaten beträgt der Energieverbrauch mit einer Wärmepumpe nur noch gut ein Drittel der herkömmlichen Anlage. Dann stehen circa 0,2 kWh/km einer Wärmepumpe den 0,6 kWh/km des E-Zusatzheizers gegenüber. Da wundert es nicht, dass die Nachfrage nach Wärmepumpen für E-Busse kräftig anzieht. So liefert Konvekta etwa auch die CO2-Wärmepumpe, die Daimler im eCitaro verbaut.

Der Energieverbrauch der Klimasysteme im Fokus

Jens Nies ist Entwicklungsleiter der Business Unit Bus & Coach beim Zulieferer Eberspächer. Er verdeutlicht den Vorteil einer Wärmepumpe mit weiteren Zahlen: "Mit einer elektrischen Leistung von 1 kW lässt sich dank des hohen Wirkungsgrads eine Heizleistung von 3 bis 4 kW erreichen. Die eingesparte respektive weniger benötigte Energie können die Fahrzeughersteller ummünzen in wahlweise kleinere Batterien oder eine höhere Reichweite – je nach Einsatzzweck des Fahrzeugs."

Um den Energieverbrauch der Klimasysteme zu verringern, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Großes Einsparpotenzial bietet laut Konvekta der Einsatz intelligenter Klimasteuerungen. "Durch Verfeinerung der Sensorik und eine bedarfsgesteuerte Klimatisierung sind Energieeinsparungen von bis zu 40 Prozent möglich", sagt Claudia Mittelstaedt von Konvekta. So lässt sich etwa durch Gewichtssensoren oder eine Einstiegszählung ermitteln, wie viele Fahrgäste an Bord sind. Dementsprechend kann die benötigte Energiemenge bestmöglich an die Anforderungen angepasst werden. Bei nur wenigen Fahrgästen an Bord wird etwas stärker geheizt, im fast vollen Bus etwas weniger, da jeder Passagier Wärme abgibt.

Auch eine Zonenklimatisierung kann sinnvoll sein, obwohl der Aufwand dafür größer ist. Über geregelte Auslässe wird nur dort geheizt oder gekühlt, wo es nötig ist. "Das kann einerseits im Premiumsegment aus Komfortgründen geschehen, etwa, wenn auf einer Seite des Busses starke Sonneneinstrahlung herrscht und dort etwas mehr gekühlt werden soll", sagt Jens Nies von Eberspächer. Oder es werden aus Energiespargründen jeweils nur die Zonen klimatisiert, in denen sich auch tatsächlich Fahrgäste befinden.