IEA HPT Annex 51: Vortrag: Einflüsse auf die Wärmepumpen-Akustik und davon abgeleitete Optimierungsmaßnahmen (2020)

Der dritte Vortrag der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen" eröffnet wie bereits der erste Vortrag mit dem oft zitierten Hinweis, dass Wärmepumpen eine wichtige Rolle spielten, um die Klimaziele zu erreichen, jedoch Schallemissionen das Potenzial hätten, das notwendige Marktwachstum zu verlangsamen. Diese Aussage bringt die Motivation für die praxisorientierte Forschung und die Entwicklung von praxistauglichen Hilfsmitteln im Wärmepumpenbereich auf den Punkt.

Im ersten Teil des Vortrags wird der IEA HPT Annex 51 vorgestellt und beinhaltet die organisatorische Einordnung des Projekts in der Organisationsstruktur der Technologiekollaborationsprogramme der IEA, die Ziele und Arbeitspakete des IEA HPT Annex 51, Verweise auf öffentliche Annex-Dokumente und -Webseiten.

Nach einem kurzen Exkurs in die Thematik der rechtlichen Rahmenbedingungen und der diesbezüglichen nationalen Unterschiede wird im Hauptteil des Vortrags auf die im Rahmen der Projekte IEA Annex 51 und SilentAirHP durchgeführten Untersuchungen und Ergebnisse hinsichtlich der wesentlichen Einflüsse auf die Wärmepumpen-Akustik auf Komponenten- und Systemebene sowie entsprechende Maßnahmen zur Senkung akustischer Emissionen eingegangen. Die wesentlichen Einflüsse auf die Wärmepumpen-Akustik werden wie folgt behandelt:

• Der bereits im ersten Vortrag der Online-Seminarreihe vorgestellte „akustische Dom" wird vertiefend behandelt. In diesem Zusammenhang wird anhand der bereits vorgestellten Software die zeitlich aufgelöste Richtungs- und Frequenzabhängigkeit von Akustikemissionen anhand eines 3D-Modells einer schalltechnisch vermessenen Wärmepumpe visualisiert.
• Vorstellung einer Simulation eines 1D-Wärmepumpen-Modells mit Dymola/Modelica. Das Modell besitzt in etwa 10 000 Gleichungen und um die 100 Zustandsvariablen. Neben den thermodynamischen Simulationen wurden für die Komponenten mit den größten Schallemissionen (Verdichter, Ventilator, Luftkanal) die akustischen Auswirkungen bei verschiedenen Betriebspunkten analysiert. Im Vortrag sind die Simulationsergebnisse experimentell ermittelten Messergebnissen gegenübergestellt. Die Grafik zeigt deutlich die sehr genaue Deckung der Simulationsergebnisse mit den Messergebnissen.
• Der Einfluss der Vereisung des Verdampfers von Luft/Wasser-Wärmepumpen auf die akustischen Emissionen wird anhand von 3D-Visualisierungen, die mit Hilfe von Strömungssimulationen generiert wurden, dargestellt. Die simulierten Parameter sind der Eisansatz, die Strömungsgeschwindigkeit und der Druckverlust.
• Der Einfluss auf die akustischen Emissionen von Wärmepumpen des Aufstellungsortes wird anhand von Simulationsergebnissen von Schallfeldsimulationen diskutiert.

Die Erkenntnisse aus den oben genannten Projekten hinsichtlich der Maßnahmen zur Senkung akustischer Emissionen werden im Vortrag wie folgt dargestellt (eine Auswahl):

• Anbringung einer Akustik-Verdichterhaube: Reduktion der akustischen Emissionen um < 1dB(A)
• Verbesserung der Strömung in Ventilatornähe mittels Diffusors: Reduktion der akustischen Emissionen um 2 dB(A)
• Schallabsorbierende Kanalisation: Reduktion der akustischen Emissionen um < 4 dB(A) bei max. Ventilatordrehzahl
• Umlenkung als Reflexions-Schalldämpfer nutzen. Auf große Kanalbreite achten und Abstrahlung nach oben bevorzugen: Reduktion der akustischen Emissionen um 2 dB(A)
• Umlenkungs-Kulissenschalldämpfung: Reduktion der akustischen Emissionen um 2,5 dB(A)
• Geräuscharmer Ventilatortyp: Reduktion der akustischen Emissionen um 8 dB(A)
• Entdröhnung der Ventilatorflügel: Reduktion der akustischen Emissionen um 8 dB(A)
• Optimierung des Betriebspunktes des Ventilators: Reduktion der akustischen Emissionen um < 4 dB(A) bei max. Ventilatordrehzahl
• Optimierung des Verdampfers: Reduktion der akustischen Emissionen abhängig von der Ventilatorkennlinie, z.B. um 5 dB(A) bei Halbierung des Druckverlustes
• Verzögerung von Eisansatz mittels Anti-Eis-Beschichtungen: keine Reduktion der akustischen Emissionen im Normalbetrieb jedoch führt seltenere Vereisung zu wenig häufiger auftretenden Störgeräuschen, die auf die Wärmepumpe aufmerksam macht.

Der SilentAirHP Endbericht mit allen Details ist auf der HPT-Website downloadbar.

Der Vortrag schließt mit einer Zusammenfassung und einer Danksagung in Richtung der Fördergeber der nationalen Aktivitäten im IEA HPT Annex 51 und des Projektes SilentAirHP (FFG und BMK).