IEA HPT Annex 51: Artikel "Akustische Optimierung von Wärmepumpen" (2021)

Einleitung und Motivation

Wärmepumpen sind eine vielfältig einsetzbare Technologie mit großem Potenzial, einen substanziellen Beitrag zum geforderten Umbau des Energiesystems zu leisten. Die vielversprechenden Luft/Wasser-Wärmepumpen emittieren oftmals Geräusche beim Ventilator und Verdampfer, die sich in der Übergangszeit aufgrund der Vereisung des Verdampfers noch verstärken. Folgen können Nachbarschaftskonflikte mit gesundheitlichen, psychischen und finanziellen Folgen sein und dadurch zu Akzeptanzproblemen führen.

Ziel des IEA HPT Annex 51 ist es daher, die Akustikthematik aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu untersuchen und Lösungen aufzuzeigen. Beispiele der Untersuchungsgebiete sind die rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen, innovative Messmethoden, verschiedene Montageoptionen, Schallabsorptions- und Schwingungsdämpfungsmaßnahmen, realistische Schallausbreitungssimulationen uvm.

Internationaler IEA HPT Annex 51 „Acoustic Signatures of Heat Pumps"

Der IEA HPT Annex 51 "Acoustic Signatures of Heat Pumps" ist ein Projekt der Heat Pump Technologies Technology Collaboration Programme der Internationalen Energieagentur (IEA HPT TCP). Im Artikel werden das Logo des Projekts dargestellt sowie die Tasks und die im Zuge der Annex-Aktivitäten erstellten Dokumente aufgelistet.

Rechtliche Rahmenbedingungen, Regulatorien und Normen

Die rechtliche Situation ist zwischen den Ländern und oftmals sogar zwischen den Bundesländern abweichend. Die Erarbeitung der Annex-Dokumente über Einführungen in die Akustik, Messtechniken und Vorschriften in Task 1 wurde vom Politecnico di Milano geleitet. Die Dokumente sind auf der IEA HPT Annex 51 Website verfügbar.

Die 26 EBC-Mitgliedsstaaten haben im April dieses Jahres eine neue strategische Ausrichtung des EBC-Programms für die Periode 2014 bis 2019 beschlossen. Das Ziel ist es, bis 2030 Technologien für Niedrig- und Nullenergiegebäude sowie zur Verringerung von CO₂-Emissionen breit zu implementieren und die Entwicklung hin zu nachhaltigen und energieeffizienten Gebäudetechnologien zu beschleunigen. Die Prioritäten in den nächsten fünf Jahren liegen dabei unter Anderem auf Integrierter Gebäudeplanung, nachhaltigen Energieversorgungssysteme für Gebäude, Gebäudehülle, und Maßnahmen auf Kommunalebene.

Weitere Informationen

Akustische Messungen in mehreren Laboratorien

In Task 2 wurden eine Luft/Wasser-Wärmepumpen, eine Luft/Luft-Wärmepumpe und eine Brauchwasserwärmepumpe an mehreren Prüfinstituten akustisch vermessen. Eine Messkampagne an der Luft/Wasser-Wärmepumpe wird anhand der im Artikel abgedruckten Bilder vom Messaufbau näher beschrieben und die Ergebnisse mit Grafiken veranschaulicht. Dabei zeigte sich, dass die von den verschiedenen Prüfinstituten erzielten Messergebnisse sehr nah beieinander liegen.

Emissionen auf Komponenten- und Systemebene

In Task 3 wurden u.a. Untersuchungen von Emissionen auf Komponentenebene während der Vereisung eines Wärmetauschers einer Luft-Wasser-Wärmepumpe durchgeführt. Die dargestellte Grafik zeigt den A-bewerteten Schallleistungspegel der untersuchten Luft/Wasser-Wärmepumpe im Zustand A7W35 über einen Zeitraum von 200 Minuten. Der Anstieg des Schallleistungspegels bei der Vereisung des Wärmetauschers betrug bei diesen Messungen 5 dB(A). In weiterer Folge werden Schallmessdaten anhand eines Wasserfall-Diagramms interpretiert, in welchem man verschiedene Auswirkungen von Schaltvorgängen, Drehzahländerungen bei Verdichter und Ventilator, etc. auf die Schallemissionen erkennen kann.

Simulationen

Die Simulationen z.B. der Auswirkung der Verdampfervereisung wurden mit einem Dymola/Modelica Modell durchgeführt und erlauben die transiente Vorhersage der akustischen Emissionen beim Betrieb in unterschiedlichen Zuständen (Gegenstand der Arbeiten im Task 4). Die Simulationsergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen an der SilentAirHP (ein österreichischer Wärmepumpen-Forschungsprototyp.

Einfluss der Installation von Wärmepumpen

Task 5 beschäftigt sich mit der Installation von Wärmepumpen und dem akustischen Einfluss auf die Umgebung. Die Platzierung einer Vielzahl von Wärmepumpen in einer Reihenhaussiedlung beispielsweise wird zu einem akustischen Optimierungsproblem, wenn man möglichst geringe Immissionen bei den unzähligen Betrachtungspunkten (Fenstern) erreichen will.

Maßnahmen zur Senkung der akustischen Emissionen

Das letzte Kapitel listet in einer Tabelle verschiedene Schallreduktionsmaßnahmen, den jeweiligen Wirkungsmechanismus und den Einfluss auf den Schallleistungspegel in dB(A).