Aufgrund neuer Anforderungsprofile im Bahnverkehr entwickelten sich in den letzten Jahren eine Vielzahl innovativer HVAC Konzepte. Nicht nur die Bauweise der Fahrzeuge selbst, sondern auch klimatische Umstände wie Temperaturschwankungen sind ausschlaggebend für neue Entwicklungen. Dabei treten technische Anforderungen oftmals in Konflikt mit Wünschen und Vorstellungen bezüglich der Inneneinrichtung. Zusammen mit den Kostenfaktoren ergeben sich nun neue Herausforderungen, bei denen HVAC Ingenieure gleichermaßen gefordert sind wie Innenraumdesigner und mechanische Konstrukteure.
CFD (Computational Fluid Dynamics) entwickelte sich in den letzten Jahren zu einer effizienten Methode, um den thermischen Passagierkomfort innerhalb des Zuges zu bewerten. Bei dieser Vorgehensweise wird als erstes das durchströmte Volumen in diskrete Berechnungszellen unterteilt. Für jedes dieser Kontrollvolumina werden dann die Erhaltungsgleichungen für Impuls, Masse und Energie numerisch gelöst.
Eine wesentliche Komponente im HVAC System eines Schienenfahrzeuges ist das Kanalsystem zwischen Klimagerät bzw. Ventilator und Fahrzeuginnenraum. Derartige Strömungskomponenten sind geometrisch äußerst komplex (siehe Abbildung), weshalb empirische Gleichungen zur Bestimmung des Druckverlustes und der Luftverteilung nur selten verfügbar sind. Drei-dimensionale, numerische Strömungsanalysen des Kanalsystems können in diesem Zusammenhang zur Bestimmung der Druckverluste sowie der Aufteilung der Volumenströme in den einzelnen Strömungspfaden herangezogen werden.
Kanalsystem eines Doppelstockwagens der S-Bahn in Zürich. Dargestellt sind Stromlinien im Bereich der Bodenauslässe. Farblich codiert ist die Strömungsgeschwindigkeit (rot – hohe Geschwindigkeit, blau – niedrige Geschwindigkeit).
martin.linauer@ait.ac.at