IEA HPT Annex 50 und 51: Vortrag "Innovative Akustik-Gadgets für die Praxis und die dafür benötigten HighTech-Messverfahren" (2020)

Der erste Vortrag der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern (MFH) und Akustik von Wärmepumpen" (6 Termine zwischen 30.9.20 und 16.12.20) eröffnet 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.

1. Teil des Vortrags

Im ersten Teil des Vortrags werden die im Zuge des IEA Annex 51: Akustische Emissionen von Wärmepumpen entwickelten bzw. mit dem IEA Annex 51 in Verbindung stehenden, praxistauglichen Tools vorgestellt, mit denen Haustechnikplaner, Installateure und Vertreter ähnlicher Berufsfelder im Bereich der Planung und Errichtung von Wärmepumpen die Schallsituation einer geplanten Anlage beurteilen und optimieren können.

Die vorgestellten Akustikplanungstools sind der Schallrechner des Verbandes Wärmepumpe Austria, das dänische Pendant dazu und die von der AIT entwickelte Augmented Reality (AR) Anwendung „HVAC Positioner". Letztere ist eine App, die Augmented Reality nutzt, um eine virtuelle Wärmepumpe in einer realen Umgebung zu platzieren. Die implementierte Echtzeit-Schallausbreitungsberechnung erlaubt es, das System (Wärmepumpe oder Kältesystem) nach den aktuellen Vorschriften und persönlichen Vorlieben zu positionieren.

Ziel der vom AIT entwickelten Methode ist es, die Lärmemissionen insbesonders in städtischen Gebieten zu minimieren. Die App steht für AR-fähige Geräte im Google Play-Store (Android-Systeme) sowie im Apple App Store (iOS-Systeme) zum Download bereit.

2. Teil des Vortrags

Im zweiten Teil des Vortrags wird auf die im IEA Annex 51 und in mit ihm in Verbindung stehenden Projekten verwendeten Mess- und Analyseverfahren eingegangen und die damit erzielbaren Forschungserkenntnisse präsentiert.

Das als erstes vorgestellte und wichtigste Messverfahren wird "akustischer Dom" genannt und dient einerseits zur Unterstützung bei Forschung und Entwicklung von Wärmepumpen. Andererseits werden mit dem akustischen Dom Daten für die Methodenvalidierung generiert. Der "akustische Dom" ist ein Array aus 60 Mikrofonen, die um eine Wärmepumpe (o.ä.) herum angeordnet sind.

In diesem Zusammenhang wird im Vortrag ein von der AIT entwickeltes Programm vorgestellt, mit welchem anhand eines Vergleichs der Messergebnisse aller 60 Mikrofone die Richtungsabhängigkeit des Schalldruckpegels (A-bewertet) ermittelt und anhand eines 3D-Modells visualisiert werden kann.

Zusammen mit der Messung von 5 um die Wärmepumpe positionierten Mikrofonen bei Standard Tests für Zertifizierungen ermöglicht der akustische Dom die Generierung jener Datenbank, welche die Grundvoraussetzung für das Funktionieren der App „HVAC Positioner" ist.

In weiterer Folge wird auf eine mit dem „akustischen Dom" durchgeführte schallmesstechnische Untersuchung der Abtauzyklen des Verdampfers einer Luft/Wasser-Wärmepumpe (Kreislaufumkehr) näher eingegangen. Die Messung, die über einen Zeitraum von über 3 Stunden erfolgte, enthält drei Abtauvorgänge.

Parallel zu den akustischen Messreihen werden weitere physikalische Messgrößen erfasst. Beispiele sind die am Prüfstand gewogene Masse des sich ansetzenden Eises, deren stetiger Anstieg mit dem Anstieg des Schallleistungspegels - etwa 5 dB(A) – korreliert oder die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters, die während des Abtauvorgangs analog zum Schallleistungspegel erheblich unter den Werten des Normalbetriebs liegt.

Des Weiteren werden anhand von frequenz-aufgelösten Darstellungen („Wasserfalldiagramme") Messergebnisse präsentiert, die den Einfluss einzelner Schalt- und Betriebszustände (z.B. reduzierte Verdichterdrehzahl) auf die Schalldruckpegel einzelner Frequenzbänder zeigen.

Abschließend werden noch Messverfahren zur Schallquellenlokalisation mittels "akustischer Kamera" und Messverfahren zur Untersuchung von Korrelationen zwischen Schallemissionen, Vibrationen und Luftströmungen (u.a. bei Luft/Wasser-Wärmepumpen) vorgestellt.

3. Teil des Vortrags

Die Vorstellung des IEA HPT Annex 51 im dritten und letzten Teil des Vortrags 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 sowie die Vorstellung der für das Projekt sehr wichtigen akustischen Ringversuche, bei denen drei Wärmepumpen auf Tournee von Messinstitut zu Messinstitut waren:

• CETIAT, Frankreich;
• DTI, Dänemark;
• Fraunhofer ISE & IBP, Deutschland;
• Polimi, Italien;
• RI.SE, Schweden sowie
• AIT, TU Wien. 

Die präsentierten Messergebnisse der verschiedenen Institute zeigen eine sehr genaue Übereinstimmung, die für eine hohe Qualität der durchgeführten Messungen und damit für den Erfolg dieser Annex-Aktivität steht.

Der Vortrag schließt mit einer Zusammenfassung, in der die wichtigsten Botschaften des Vortrags wiederholt und auf den Punkt gebracht werden.

Vortrag: Innovative Akustik-Gadgets für die Praxis und die dafür benötigten HighTech-Messverfahren (2020)