Verbesserte Lärmemissionen
LowNoise: Die neue Generation Wärmepumpe
Verbesserte Lärmemissionen
LowNoise: Die neue Generation Wärmepumpe
Sie summen oder brummen am eigenen oder am Haus des Nachbarn: Lärmbelästigung durch Luftwärmepumpen ist gerade in Neubaugebieten keine Seltenheit mehr. Knapp 60 Prozent der Bevölkerung fühlen sich nach einer Studie des Bundesumweltamts durch Geräusche der Nachbarn und 50 Prozent durch industrielle und gewerbliche Anlagen in ihrem Wohnumfeld gestört. Im Forschungsprojekt LowNoise wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine energetisch und akustisch optimale Wärmepumpe entwickeln und damit die Akzeptanz der Geräte verbessern.
Wärmepumpen: aktuell laut wie ein Staubsauger
Eine typische Anlage für Einfamilienhäuser mit einer Leistung von etwa 8 bis 13 Kilowatt verursacht in direkter Nähe Lärmpegel von 50 bis 70 Dezibel (dB(A)). Während die untere Grenze (50 dB(A)) einem Kühlschrankgeräusch entspricht, sind Wärmepumpen mit 70 dB(A) bereits so laut wie ein moderner Staubsauger. Das Wissenschaftlerteam plant, den Schallemissionswert zu reduzieren und gleichzeitig die energetische Performance zu erhöhen. Auf dem Markt gibt es bereits energieeffiziente oder akustisch optimierte Wärmepumpen. Aber eine Maschine, die auf Basis einer integralen Systembetrachtung beide Aspekte gleichzeitig erfüllt, ist bisher noch nicht entwickelt.
Zusätzlich existiert bisher kein methodisches Verfahren, das die Energetik und Akustik der Wärmepumpe ganzheitlich bewertet. So werden derzeit wohl in kaum einem Themenbereich Schlagworte wie „flüsterleise“ oder „super silent“ derart inflationär verwendet, wie im Bereich der Wärmepumpen. Aus diesem Grund soll im Vorhaben neben technischen Messgrößen auch der Aspekt der Psychoakustik – also der Wirkung des Schalls auf den Menschen – betrachtet werden. Damit andere Institutionen die Entwicklungen im Forschungsprojekt LowNoise nachvollziehen können, verwenden die Forschenden eine bereits am Markt etablierte Luft-Wasser-Wärmepumpe. Sie soll unter zusätzlichen akustischen Aspekten bewertet werden und zur Veranschaulichung der akustisch-energetischen Gesamtperformance dienen.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe funktioniert im Prinzip wie ein Kühlschrank, bei dem Innen und Außen vertauscht werden. Während der Kühlschrank Wärmeenergie aus den innen eingelagerten Lebensmitteln entnimmt und nach außen an die Rückwand führt, nimmt die Wärmepumpe Wärmeenergie aus der Umwelt auf und „pumpt“ diese ins Gebäudeinnere und auf ein höheres Temperaturniveau, das dann etwa zum Heizen genutzt werden kann.
In der Wärmepumpe durchläuft ein Kältemittel einen Kreislauf: Im sogenannten Verdampfer nimmt es die Wärme aus der Umgebung auf und geht in den gasförmigen Zustand über. Ein elektrisch betriebener Kompressor, verdichtet das gasförmige Kältemittel, was sowohl den Druck als auch die Temperatur erhöht. Die so entstandene Wärme wird mithilfe eines Kondensators etwa an einen Raum oder einen Wasserkreislauf abgegeben. Das Kältemittel geht wieder in den flüssigen Zustand über und fließt zurück in den Kreislauf. Mittels einer Drossel wird es entspannt und so zurück in den Ausgangszustand gebracht. Der Kreislauf kann nun von vorne beginnen.
Luft-Wasser-Wärmepumpen und ihre akustischen Eigenschaften
Eine Wärmepumpe erzeugt Wärme nach dem Prinzip der Verdichtung: Ein Kältemittel wird verdampft und im Anschluss komprimiert. Dadurch wird die Temperatur auf das gewünschte Niveau angehoben. Das macht Geräusche und kann ab einem bestimmten Pegel störend sein. Weitere dominante Schallquellen in einer Wärmepumpe sind neben dem Verdichter der oder die Ventilator(en). Wie hoch der Geräuschpegel einzelner Geräte ist, hängt allerdings auch von Luftströmen, Drehzahlen, der Einbausituation einzelner Komponenten, dem Aufstellungsort und der Wechselwirkung mit der Umgebung ab – zum Beispiel der Abstand zu angrenzenden Gebäuden, Bewuchs etc. Die Geräusche werden also durch unterschiedliche Effekte auf unterschiedlichen Ebenen bestimmt.
Wärmepumpen-Offensive
Low-Noise-Wissen soll direkt in Lehre und Ausbildung einfließen
In LowNoise will das Forscherteam die Wirkungszusammenhänge genau erfassen und integral betrachten, um gezielt Verbesserungsmaßnahmen abzuleiten. Schon während der Laufzeit des Forschungsprojekts ist geplant, das neu gewonnene Wissen in Richtlinien sowie in Broschüren für Planer und Installateure zur direkten Umsetzung in der Praxis einfließen zu lassen. Die RWTH Aachen transferiert die Ergebnisse aus LowNoise direkt in die Lehre und Ausbildung.
Dass die gleichzeitige Optimierung von Energetik und Akustik der Wärmepumpe vielversprechend ist, konnten Expertinnen und Experten bereits in der internationalen Zusammenarbeit nachweisen. Sie haben in der Technologieinitiative der Internationalen Energie Agentur (engl.: IEA Technology Collaboration Programmes - TCP) „Heat Pumping Technologies“ ein Simulationsmodell entwickelt mit dem sowohl die energetische Effizienz als auch die akustischen Emissionen dynamisch bewertet werden können. Mit LowNoise soll die Simulationsstudie der internationalen Energieagentur (IEA) jetzt in die Praxis überführt und systematisch validiert werden.
Die Forschenden der RWTH Aachen vom Institut für Hörtechnik und Akustik (IHTA), dem Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) und der Industriepartner Viessmann setzen die verbesserte
Energieeffizienz und Akustik der Wärmepumpe in einem ganzheitlichen Konzept um. So besteht ein Teilziel des Projekts darin, einen Demonstrator für die leiseste, derzeit technologisch mögliche Luft-Wasser-Wärmepumpe zu bauen. Sie berücksichtigen dabei die Ebenen der Komponenten, der Geräteeinheit, des Gesamtsystems, der Aufstellsituation und der psychoakustischen Wahrnehmung. Zusätzlich wollen sie energetisch-akustisch optimale Betriebspunkte identifizieren und die Wärmepumpe auf diese Betriebspunkte ausgelegen. Durch die Analyse der Wirkzusammenhänge zwischen Betriebsweise und Lärmentwicklung der Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Fokus auf die Nutzerakzeptanz identifiziert und bewertet das Wissenschaftlerteam als Ergebnis Maßnahmen und Methoden zur Lärmminderung. (az)
