NEWS rund um HVAC-Anlagen

Ausgangslage
Im Zuge eines Sanierungsprojektes wurde eine OCHSNER Wärmepumpe der Modelreihe «AIR-85-C14A» eingesetzt. Die Aussengerät ist als Tischverdampfer konzipiert. Die Anlage hat die nachstehenden Dimensionen: 2’225 x 1’940 x 1’340 mm L x B x H. Die Anlage hat 2 Axialventilatoren mit einem Maximalen Volumenstrom auf Vollast von 20’000 m3/h.

Die Wärmepumpe steht im Aussenbereich eines Kindergartens in Stuttgart.
 
Schallhauben Konzept
Das Grundgerüst der Schallhaube ist ein Aluminium- Steckprofilrahmen, in diesen Profilrahmen werden die Servicetüren rund um die Anlage Integriert. Die Servicetüren basieren auf Aluminiumpaneelen mit  einer Stärke von 1.5 mm mit innenliegender 40 mm Dicker Isolation aus Stratocell® Whisper, das Material weist mit die besten, im Markt erhältlichen, schallabsorbierenden Eigenschaften auf.
 
Die Schallhauben hat die nachstehende Dimension: 2’800 x 2’500 x 1’700mm (L x B x H) bei einem Gewicht von 375 kg.
Die Luftöffnungen und die freien Lufteintrittsöffnungen sind mit rund 15% über dem benötigten Luftvolumen der Anlage konzipiert. Die Luftführung erfolgt Seiten versetzt, so dass kein Luftkurzschluss zwischen der Abluft und Zuluft entstehen kann. Mit der Luftumlenkung um 90°wird der Luftschall gebrochen, dies führt zu einer deutlichen Verminderung des Austrittslärms. Die Luftaustrittsgeschwindigkeit beträgt rund 1.98 m/sec.

Schallreduktion
Die allseitige Schallreduktion über das Frequenzspektrum von 63 bis 8’000 Hz beträgt zwischen 19 bis 20 dB(A), dies bei einem Druckverlust von rund 20 Pa.
 
Anpassung an die Umgebung
Die Schallhaube wurde komplett in Aluminium erstellt und in der RAL-Farbe: 5022 (Nachtblau) Pulverbeschichtet. 

Weitere Informationen: 
info@silent-mode.com 
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www.silent-mode.com (Deutsch) 
www.silent-mode.net (English) 
www.silent-mode.it (Italienisch)

Luft/Wasser Wärmepumpen haben sich in den vergangenen Jahren aufgrund ihrer Vorteile wie, geringer Platzbedarf, einfache Installation und relativ geringe Anschaffungskosten zunehmen als Heizsystem auf dem Markt durchgesetzt.
Luft/Wasser Wärmepumpen zählen heute europaweit zu dem am meisten verkauften Wärmepumpensystemen zur Heizung/Kühlung von Wohnbauten.
 
Neben den genannten Vorteilen lässt sich nicht negieren das deren Einsatz, in Gebieten mit verdichteter Bauweise, durch die Emission von Lärm oft als störenden empfunden wird.

Es zeigt sich oft, dass bei der ersten Installation und Inbetriebnahme, die meist im Frühjahr oder Herbst erfolgt die Schallemissionen als Gering eingestuft werden. Vielfach werden die Geräusche erst bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit als störend empfunden. Grund, das störende Geräusch verstärken sich, sobald die Anlagen (Verdampfer) vereisen, ein Umstand, der sich bei den klimatischen Bedingungen in Mitteleuropa nicht vermeiden lässt und Schallreduktionsmassnahmen in vielen Fällen zwingend macht.
 
Falsch gewählte Schallreduktions-Massnahmen können jedoch direkte Auswirkungen auf die Leistung einer Luft/Wärmepumpe haben, da es sich um Systeme mit einem Komplexen Zusammenspiel von Luftmengen, Verflüssiger Druck, Kompressoren und Steuerung handelt.
 
Die meisten Angaben der Hersteller zur Schallleistung der Anlagen berücksichtigen die Schall Emissionswerte, die bei Vereisung und bei dem Prozess der Enteisung auftreten nicht. Genau diese Schallemissionen, die meist im tiefen Frequenzbereich liegen, werden vielfach von der Nachbarschaft als störend (als Brummen wahrgenommen) und führen zu Lärmklagen. Dies vielfach auch von Anwohnern, die nicht direkt an das Grundstück mit den Wärmepumpen grenzen sondern weiter davon entfernt sind – der Grund das Brummen, gleich Tieffrequenzschall, überträgt sich über eine grosse Distanz und kann ohne Kontrolle der Reflexion der Schallwellen in Bereiche abstrahlen die von der Wärmepumpe nicht betroffen scheinen.

​Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt bei gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit können am Verdampfer der Luftwärmepumpe Temperaturen <0 °C auftreten. Dies führt zur Eisbildung und zur Reduktion des Luft-Strömungsquerschnitt des Verdampfers und damit zu einem Leistungsverlust.
 
Eine physikalisch interessante Eigenschaft ist das im Moment der geringen Eisbildung auf dem Verdampfer die Übertragungsleistung durch die vergrösserte Verdampfer Oberfläche kurzfristig erhöht wird dann aber bei grösserer Eisschichtung rasch zu einem Druckverlust und damit verbunden zu dem oben beschriebenen Leistungsverlust führt.
 
Dieser Druckverlust auf dem Verdampfer wird bei Drehzahlgeregelten Anlagen über eine Höhere Drehzahl der Ventilatoren kompensiert dies bis der Enteisungszyklus der Anlage einsetzt. Die Erhöhung der Ventilatordrehzahlen meist verbunden auch mit einem Frequenzwechsel des Kompressors führt zu deutlich höheren Gesamtschallemission der Anlage und einer erhöhten Elektrischen Leistungsaufnahme. Es sind nicht Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt die zu einer Erhöhung der Schallemissionen führen, sondern Temperaturen um den Gefrierpunkt bis zu rund +6° Celsius und gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit die sich direkt auf die Schallemissionen einer Luft/Wasser Wärmepumpe und auch auf deren elektrischen Leistungsaufnahme auswirken.
 
Zu bedenken, ist das diese klimatischen Gegebenheiten in Mitteleuropa in den Herbst- und Wintermonaten vorherrschend sind. Der Umstand das die Anlagen in einem stündlichen Zyklus von 1 – 2 Stunden auch durch die Nacht in den Abtaumodus wechseln können, zeigt die Problematik der Lärmemissionen deutlich.  
 
Eine Anmerkung in eigener Sache ein verschmutzter Verdampfer oder stark eingedrückte Verdampfer Lamellen können auch zu einem Druckverlust auf dem Verdampfer und damit zu höheren Lärmemissionen führen.
 
Transiente Schallmessungen in der Klimakammer an Luft/Wasser Wärmepumpen von verschiedenen Testcentern bestätigen die deutliche Zunahme des Schallleistungspegels und damit verbunden auch eine Veränderung der Tonalität (ein hoher Ton kann in ein Brummen wechseln). Die Ventilatoren sowie die Kompressoren wurden bei diesen Messungen als dominante Lärmquellen identifiziert. Diese Lärmquellen werden je nach Änderung des Betriebszustandes der Anlage akustisch deutlich unterschiedlich wahrgenommen. Zu beachten ist das der Verdampfer zwar einen vermeidlich kleinen Einfluss auf die Schallwerte der Anlage hat aber über einen Druckverlust einen direkten Einfluss auf die Ventilatorleistung und damit auf Gesamtschallemission der Anlage hat.  Dies beantwortet auch die Frage, wieso Klimageräte zur Kühlung im Wohnbereich, die auf dem gleichen Bauprinzip wie Wärmepumpen basieren deutlich weniger Probleme mit der akustischen Wahrnehmung durch die Nachbarschaft haben, da bei diesen keine Enteisungszyklen anfallen. Dies trotz hoher Densität dieser Anlage auf kleinstem Raum besonders bei uns in Südeuropa.
 
Der als störend wahrgenommene Schallpegel von Wärmepumpen kann durch Passive Schallmassnahmen wie konstruktive Massnahmen am Gerät wie der Optimierung der Gehäusegeometrie, Ventilatorform, Innenisolation und Luftdurchsatz und insbesondere durch einen geeigneten Abstand zum Nachbarn und der Verhinderung der Installation der Anlagen direkt vor Reflektierenden Wänden vermindert werden.
 
Aktive Schallreduktionsmassnahmen werden derzeit noch nicht von Wärmepumpenherstellern direkt verbaut. Dennoch gibt es Lösungen für HVAC-Systeme, basierend auf Active Noise Cancelling (ANC)-Technologien, die bereits in den 1930er Jahren entwickelt wurde und heute durch die massive gesteigert Verarbeitungszeit von Signalen an Bedeutung gewinnt.
 
Zu bedenken sind beim Einsatz dieser Technologie und Grundsätzlich bei jeder Schallmassnahme Maskierungseffekte von Frequenzüberlagerungen der Lärmquellen bei Wärmepumpen. Wird zum Beispiel eine Einzelfrequenz eines Hohen Frequenzband reduziert kann, durch die Fehlende Frequenzüberlagerung, eine tiefe Frequenz deutlich stärker hörbar werden. Grund sind Wechselwirkung der Ventilatorschaufeln, Kompressoren oder der Lamellen des Wärmetauschers mit Wirbelströmungen (Niederfrequenz) oder der Wechselwirkung mit Turbulenz (Breitbandiges-Rauschen).
 
Eine weitere Möglichkeit zur Schallreduktion ist der Einsatz von akustischen Resonatoren an reflektierenden Wänden, die akustische Energie in Wärme konvertiert und damit eine Schallreflexion in andere Bereiche reduzieren.
 
Da der Schallleistungspegel ist eine integrale Grösse ist, gibt einen einzigen Wert für eine schallemittierende Maschine. Aus diesem Wert kann dann am Ort des Empfängers (Immissionsort) ein Schalldruckpegel berechnet werden. Es empfiehlt sich die Wertung in A-Schall, um das frequenzabhängige Empfinden des Menschen zu berücksichtigen und nicht nur Theoretische sondern belastbare praxistaugliche Lösungen zu entwickeln.
 
Die Entwicklung unserer Schallhauben basiert auf der oben beschriebenen Erfahrung und kombiniert die nachstehenden Schalltechnischen Prinzipien:
 
1.Schallabsorption
2.Schallisolation
3.Brechung der Luftschwingungen durch Luftumlenkung (Umwandlung der akustischen Energie in Wärme).
4.Verringerung der Luftaustrittsgeschwindigkeit (damit wird weniger Lärm übertragen).
 
Dies alles funktioniert aber nur wenn die Schallhauben auf die benötigte Anlage Dimension ausgelegt werden und das benötigte Luftvolumen ungehindert das Gehäuse passieren kann.
 
Unsere Schallhauben ermöglichen eine Gesamtschallreduktion von 17 bis 21 dB(A) gemessen nach Hüllflächenverfahren und Abhängig von der Installationssituation.
 
Auch der der Zugriff für Service- und Wartungszwecke wird durch Servicetüren rund um die Anlagen nicht eingeschränkt.
Dass die Anlagen zusätzlich vor Atmosphärischen Einflüssen wie: Regen, Schnee, Hagel, Verschmutzung und Vandalismus geschützt sind und sich optisch, durch die Anpassung der Aussenfarbe in die Umgebung integrieren lassen sind weitere Vorteile.

Weiter Informationen
www.silent-mode.com (Deutsch)
www.silent-mode.net (English)
www.silent-mode.it (Italiano)