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Schallhauben für Wärmepumpen - Dimensionen, Luftvolumen, Luftgeschwindigkeit.

27/10/2024

Entscheidend bei der Planung von Schallhauben für Wärmepumpen und Klimaanlagen ist nicht alleine die Dimension der Anlagen, sondern die von den Anlagen benötigten Luftvolumen, die statische Pressung der Ventilatoren und die Luftgeschwindigkeit.

Die Beispielgrafik zeigt eine Kaskade bestehend aus 2 Wärmepumpen mit je den Massen: 1'050 x 380 x 1'450 mm (L x B x H). Beide Anlagen sind mit 2 Axial-Ventilatoren mit einer statischen Pressung von 20 Pascal ausgerüstet. Die Anlagen stehen mit 800 mm Distanz zueinander.

Jede Anlagen benötigt auf Volllast ein Luftvolumen von 4'800 m3/h. Das heisst die Schallhaube muss auf ein kombiniertes Luftvolumen von 9'600 m3/h Stunde ausgelegt werden, dies für den Fall das beide Anlagen gleichzeitig auf Volllast laufen. Für diesen Luftdurchsatz benötigen wir eine freie Lufteintritts- und Luftaustrittsfläche von 0.89 m2 bei einer Luftgeschwindigkeit von 3 Meter/sec. Wollen wir die Luftgeschwindigkeit auf 1.5 Meter/sec reduzieren benötigen wir bereits freie Flächen von 1.78 m2. Damit erhöhen wir direkt die Schallbrücke.

Aus dieser Anforderung ergibt sich eine benötigte Schallhauben-Dimension von 3'900 x 1'380 x 1'700 mm (L x B x H) für die Aufnahme der beiden Anlagen.

Die Lufttrennung zwischen Zu- und Abluft erfolgt auf der Höhe der Ventilatoren. Das heisst die Lufteintrittskammer hat ein grösserer Volumen als die Lufteintrittskammer.

Volumen Lufteintrittskammer (2)
4.76 m3 Bruttovolumen
Abzüglich der Maschinenkörper der beiden Wärmepumpen (1.57 m3) = 3.19 m3 Nettovolumen.

Volumen Luftaustrittskammer (1)
3.31 m3 = Nettovolumen da die gesamten Anlagekörper in der Lufteintrittskammer stehen.

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Installationsabstände zwischen Kälteanlage und Wärmepumpen.

27/10/2024

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Immer öfters sind wir gezwungen mehrere Kälteanlagen oder Wärmepumpen auf einer relativ kleinen Fläche zu planen.

Meist wird deshalb die Anordnung der Anlage auf Grund der zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse geplant.

Dieser einseitige Fokus kann drastische Auswirkungen auf den freien Luftaustausch der Anlagen haben, dies sowohl bei der Zuluft als auch bei der Abluft der Anlagen.

Die architektonischen- und atmosphärischen Bedingungen rund um die Anlagen kann deren Leistung massiv beeinflussen. So können einspringende Dächer und Mauern die Luft-Anströmung durch Verwirbelung negativ beeinflussen. Auf der Luftaustritt Seite kann eine Re-Zirkulation der Abluft, zu einem massiven Leistungsverlust der Anlagen, durch die höheren Lufteintrittstemperaturen bei der Wärmeübertragung, führen.

Im Weiteren ist ein wenig beachtetet Faktor die Distanzen zwischen den Anlagen, die nicht nur die Anströmung beeinflusst, sondern je nach Windverhältnisse wiederum zu einer massiven Re-Zirkulation der Abluft führen kann. Werden die Anlagen hintereinander montiert bleibt der Vorteil das die Luftströmung allseitig frei bleibt (Bild 1). Werden die Anlagen nebeneinander angeordnet ist zu berücksichtigen das, zum Beispiel bei 3 Anlagen beide Seiten der Luftströmung bei der Mittleren Anlage im Ansaugbereich der beiden gegenüberliegenden Anlagen liegt (Luftschatten). Je nach Luftvolumen der Anlagen muss deshalb der Abstand zwischen den Anlagen wesentlich grösser geplant werden als bei einer Aufstellung Hintereinander. (Bild 2).

Auch die Bauweise der Anlagen ist ein entscheidender Faktor bei der Anordnung der Anlagen. Ein besonderes Beispiel sind Anlagen in Tischbauweise, häufig Rückkühler deren Kondensatoren meist mit geringem Abstand zu Boden verbaut sind (Bild 3). Werden solche Anlagen zu dicht voneinander verbaut wird die Luftanströmung der Zuluft bei gleichzeitigem Volllastbetrieb negativ beeinflusst, sprich die Anströmfläche ist zu klein dies kann zu einer Leistungsreduktion der Anlagen von bis zu 30% führen. Eine Möglichkeit die Geräte näher zueinander zu verbauen, ist zum Beispiel die Aufständerung auf einen Gitterrost um die Luftanströmfläche von unten zu Vergrössern (Bild 4). Ein zusätzlicher Vorteil bei der Aufständerung ergibt sich durch die grössere Bodenfreiheit die je nach Beschaffenheit des Untergrunds, zum Beispiel Erdreich und Grasfläche unter dem Gitterost, auch das Delta-T zwischen Zu-Lufttemperatur und Kühltemperatur positiv beeinflussen kann da sich Erdreich bei direkter Sonneneinstrahlung deutlich weniger erwärmt als zum Beispiel ein Betonuntergrund. Schalltechnisch hat Erdreich zudem den Vorteil den Schall zu absorbieren und nicht zu reflektieren, wie dies bei einer Schallharten Unterlage wie Beton der Fall ist.

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Kombination verschiedener Technologien im Wärmemarkt

16/10/2024

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Im Wärmemarkt werden zunehmend komplexe Projekte in Kombination verschiedenster Technologie und Anwendungen verbaut. So ist die vorausschauende Steuerung von Wärmepumpen via Wetter-Daten bei grösseren Projekten schon längst ein Standard. Weiter wird in der Kombination von Anwendungen und Technologien wie Fernwärmenetze, Wärmepumpen, PV-Anlagen, Batteriespeichern, und Wärmerückgewinnung aus Kälteanwendung bei der Planung eine möglichst hohe Autarkie und Optimierung der Energiekosten bei der Komfortwärme und Kühlung angestrebt.

Was in der Theorie der Planung alles schön aussieht, stößt nach meiner Erfahrung in der Praxis auf die kommerziellen Interessenten der Marktteilnehmer im Wärmemarkt.

Zum Beispiel liegt es im kommerziellen Interesse eines Betreibers von Fernwärmenetzen das möglichst viel Wärme zu einem jederzeit anpassbaren Preis über einen möglichst langen Zeitraum über das Fernwärmenetz bezogen wird. Ein Definierter Bivalenz-Punkt in Kombination, zum Beispiel mit einer Wärmepumpe steht diesem Interesse diametral entgegen. Ebenso wird zum Beispiel, durch die Prädiktive Steuerung von Wärmepumpen, via Wetter-Vorhersagen mit dem Ziel der Optimierung des Stromverbrauchs durch ein möglichst kleines Delta-T bei dem Betrieb der Wärmepumpe das Geschäft der Stromlieferanten direkt beeinflusst.

Eine grosse Herausforderung in der Zukunft wird sein, die wirtschaftlichen Interessen der verschieden Marktteilnehmer bei diesen Projekte so steuern das der Fokus auf der Optimierung von Gesamtprojekten liegt und nicht auf der Optimierung der Einzelinteressen. Die Überwachung, Erfassung und Auswertung der nötigen Kennzahlen wir sicher eine grosses Betätigungsfeld für Planer und für andere spezialisiert und von den Marktteilnehmer unabhängige Auditoren.

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Vereisung und Enteisung von Luftgekühlten Wärmepumpen

1/10/2024

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Vereisung von Luft-Verdampfern
In der Verhinderung der Vereisung bei Luft-Verdampfern, wie Sie bei Wärmepumpen eingesetzt werden, besteht ein grosses Potential für die Effizienzsteigerung von Wärmepumpen. Sowohl die Enteisung von Verdampfern mittels «Kreislaufumkehrung» als auch mittels «Heissgas-Abtauung» resultiert in einer höheren Stromaufnahme und grenzt sich auch akustisch deutlich vom Normalbetriebs einer Wärmepumpe ab.

Eine auf dem Verdampfer ausbildende Eisschicht behindert den Wärmeaustausch, zwischen der am Verdampfer vorbeiströmenden Luft und dem Kältemittel. Bei dicker werdender Eisschicht kommt der Wärmeaustausch komplett zum Erliegen.

Faktoren die Enteisungs-Zyklen beeinflussen sind:

Aufstellort
Montage der Wärmepumpe an einer vor Wind geschützten Stelle
Wind und gleichzeitig feuchte Luft führen zu Benetzung des Verdampfers und damit zur Reifbildung.

Verhinderung der Aufstellung der Wärmepumpe in unmittelbarer Nähe von Gewässern. Durch die Erhöhte Umgebungs-Feuchte verstärkt sich auch die Reifbildung. Diese Massnahme verhindern die Eisbildung nicht. können aber die Intervalle reduzieren.

Systemsteuerung
Viele Wärmepumpen haben Standard mässig eine Sperrzeit zwischen den Enteisungs-Zyklen von rund 1.5 Stunden. Bei sehr nasskalter Witterung kann dies zu einem grösseren Aufbau einer Eisschicht führen da die Enteisungs-Zyklen zu weit auseinander liegen. Durch die Verkürzung der Sperrzeit kann dies verhindert werden.

Verdampfer Konstruktion
Vergrösserung der Lamellen-Abstände bei den Verdampfer, die in der Regel bei 1.5 bis 2 mm liegen, auf 5 bis 12 mm. Hier ist zu erwähnen, das kleineren Lamellenabstände in grösserer Leistung resultieren und Verdampfer bei grösseren Abständen für die gleiche Leistung eine wesentlich grössere Dimension aufweisen. Bei kleinen Lamellenabständen kann eine kleine Erhöhung der Lufteintrittsgeschwindigkeit durch Kanalisation der eintretenden Luft zu einer besseren Wärmeübertragung führen und kann damit zu einem Verzögerten Reif-Aufbau führen.

Verdampfer Beschichtung
Ein Blick in das Register der Europäische Patentdatenbank, zeigt zahlreiche Patentanmeldung zu Beschichtung von Luft-Verdampfern mit Chemischen Beschichtungen und Nano-Partikel.

Insbesondere die Beschichtungen zu super hydrophoben Oberflächen, auf denen Wassertropfen einen Kontaktwinkel von mindestens 150° bilden und als Wassertropfen mit typischerweise 10 µl bereits bei einem Kippwinkel von weniger als 10° abrollen scheinen viel Versprechend. Entscheidend wird hier sein, wie lange solche Schichten, unter verschieden Atmosphärischen Einflüssen Ihre Wasser und Eis abweisende Eigenschaft behalten. Der Preis der Beschichtung und die ideale Geometrie der Verdampfer sind hier sicher weitere Punkte die entscheidend sind.

Geräuschentwicklung

Beachten Sie das der Lärmpegel von Wärmepumpen kurz Vor- und Während- der Enteisung wesentlich höher sein wird, als der in den Prospekten ausgewiesene Durchschnittswert. Für viele Wärmepumpen Besitzer, die Ihre Anlagen im Frühjahr in Betrieb nehmen ist der erste Enteisungs-Zyklus ein Schreckmoment, da dabei die Drehzahlen der Ventilatoren und Kompressoren auf Volllast gehen und entsprechende Lärmemissionen erzeugen.

Ab Aussentemperaturen ab +7°C sind alle Luft-Wärmepumpen relativ leise und fallen auch nicht in den Enteisungsmodus.

Die Schallemissionen wird bei einer Reduktion der Aussentemperatur von +7 (auf +7°C basieren die meisten Prospekt Angaben) auf -5°C um 7 dB(A) und bei einer Erhöhung der Wassertemperatur von 35 auf 55°C um 5 dB(A) lauter werden.

Noch etwas bei kleinen Wärmepumpen führt der Enteisungsprozess zu keiner massiven Erhöhung des Energieverbrauches. Bei Grosswärmepumpen, zum Beispiel ab 100 kW Leistung, ist der Enteisungsvorgang durchaus ein Energie-Intensiver Prozess. Dies einerseits durch die Energie die für die komplette Enteisung nötig ist und anderseits für die Kompensation des Wärmeverlustes im Gebäude nach dem Enteisungsvorgang.

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