Public Presentations and Papers
Topic outline
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Dieser Vortrag wurde im Rahmen des ersten Termins der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen“ (6 Termine zwischen 30.9. und 16.12.) zur Dissemination der Aktivitäten im IEA HPT Annex 50 sowie im IEA HPT Annex 51, gehalten. Im ersten Teil werden praxistauglichen Akustikplanungs-Tools z.B. für Installateure vorgestellt. Im zweiten Teil werden die u.a. im IEA Annex 51 verwendeten Mess- und Analyseverfahren und die damit erzielbare Ergebnisse präsentiert. Im dritten und letzten Teil wird das Projekt IEA Annex 51 im Allgemeinen und die Highlights der Annex-Aktivitäten im Besonderen vorgestellt.
Mitschrift des Vortrags:
Der erste Vortrag der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen“ 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.
Im ersten Teil des Vortrags werden die im Zuge des IEA Annex 51 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 insb. 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.
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.
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.
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Dieser Vortrag wurde im Rahmen des zweiten Termins der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen“ (6 Termine zwischen 30.9. und 16.12.) zur Dissemination der Aktivitäten im IEA HPT Annex 50 sowie im IEA HPT Annex 51, gehalten.
Im Vortrag wird auf die im Rahmen des Projektes IEA HPT Annex 50 durchgeführten Untersuchungen und Ergebnisse hinsichtlich Marktstruktur, Marktbarrieren und Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienwohnhäusern (MFH) sowie daraus abgeleitete Potenziale für die Integration von Wärmepumpen in MFH eingegangen.Mitschrift des Vortrags:
Der zweite Vortrag der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen“ eröffnet mit der Ausgangslage hinsichtlich der rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen für die erneuerbare Energieversorgung im Gebäudebereich und die sektorale Verteilung des Endenergiebedarfs. Wohngebäude verbrauchen in Österreich etwa 24 % des Endenergiebedarfs. Dies stellt ein signifikantes theoretisches Potenzial für Energieeinsparungen und damit verbundene Emissionseinsparungen durch innovative Wärmebereitstellungstechnologien, wie der Wärmepumpen, dar.
Der erste Teil des Vortrags geht auf die Ermittlung des technischen Potenzials des Wärmepumpeneinsatzes in MFH ein, wobei der bestehende Gebäudebestand und dessen erwartete zukünftige Entwicklung – Stichwort Sanierungsrate - eine wichtige Rolle spielt.
Die Abschätzung der Potentiale der Wärmepumpenintegration in MFH gelang wie folgt: Als Einschränkungen für den Einsatz von Wärmepumpen in MFHs konnte die Beschränkung der Heizungsvorlauftemperatur auf 60 bis 70 °C festgestellt werden, was dazu führt, dass nur Gebäude mit einem Heizwärmebedarf HWB von maximal 140 kWh/m²a in Frage kommen Als mittelfristiges technisches Potenzial für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienwohngebäuden (ohne erforderlicher umfassender Sanierung) wurde daher die Größenordnung 60.000 MFHs identifiziert. Bei Annahme einer Sanierungsrate von 3 % ergab die Abschätzung eine jährliche Vergrößerung dieses Potenzials um etwa 8.000 MFHs.
Im zweiten Teil des Vortrags werden die im IEA HPT Annex 50 erarbeiteten möglichen Haustechnikkonstellationen mit Wärmepumpenintegration und ein sich derzeit noch in Entwicklung befindliche web-basierte Planungstool zur raschen System-Konfiguration vorgestellt. Eine detaillierte Einführung und Erklärung des Planungstools wird für den letzten Termin der Online-Seminarreihe angekündigt.
Im dritten und letzten Teil werden die Fallbeispiele MFH Simmering, MFH Praterstraße, MFH Villach und MFH Weiz jeweils mit ihren wichtigsten technischen Eckdaten und der grundsätzlichen Systemkonfiguration vorgestellt.
Der Vortrag schließt mit einem Ausblick auf die noch verbleibenden Termine der Online-Seminarreihe und mit einer Danksagung in Richtung der Fördergeber der nationalen Aktivitäten im IEA HPT Annex 50.
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Dieser Vortrag wurde im Rahmen des ersten Termins der Online-Seminarreihe „Wärmepumpen in MFH und Akustik von Wärmepumpen“ (6 Termine zwischen 30.9. und 16.12.) zur Dissemination der Aktivitäten im IEA HPT Annex 50 sowie im IEA HPT Annex 51, gehalten. Im ersten Teil werden praxistauglichen Akustikplanungs-Tools z.B. für Installateure vorgestellt. Im zweiten Teil werden die u.a. im IEA Annex 51 verwendeten Mess- und Analyseverfahren und die damit erzielbare Ergebnisse präsentiert. Im dritten und letzten Teil wird das Projekt IEA Annex 51 im Allgemeinen und die Highlights der Annex-Aktivitäten im Besonderen vorgestellt.
Im Vortrag wird auf die im Rahmen der Projekte IEA HPT Annex 51 und SilentAirHP durchgeführten Untersuchungen und Ergebnisse hinsichtlich der Einflüsse auf die Wärmepumpen-Akustik sowie auf Forschungserkenntnisse hinsichtlich Optimierungsmaßnahmen zur Senkung akustischer Emissionen eingegangen.
Mitschrift des Vortrags:
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 zur Wiederholung 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 unter https://heatpumpingtechnologies.org/annex51/wp-content/uploads/sites/59/2020/06/silentairhpendbericht.pdf downloadbar.
Der Vortrag schließt mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Punkte des Vortrags, und mit einer Danksagung in Richtung der Fördergeber der nationalen Aktivitäten im IEA HPT Annex 51 und des Projektes SilentAirHP (FFG und BMK).
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Der Bericht (in englischer Sprache) gibt einen Überblick über legislative und normative Grundlagen und definiert auf deren Grundlage den Begriff "Low GWP". Er identifiziert Low-GWP-Kältemittel, gibt einen Überblick über den österreichischen Wärmepumpenmarkt, charakterisiert für Effizienz und Sicherheit wichtige physikalische Eigenschaften und vergleicht anhand dieser derzeit verwendete Kältemittel mit möglichen Alternativen. Weiters werden Anwendungen von Low-GWP-Kältemitteln abseits des Haushaltsbereichs aufgezeigt.
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Dieser Bericht listet Sicherheitsanforderungen und Konstruktionsrichtlinien bei Verwendung des Kältemittels R290 (Propan) auf und zeigt notwendige Veränderungen im Vergleich zu R410A im Rahmen einer Simulationsstudie.
Zunächst wird das Kältemittel R290 mit R410A verglichen und relevante Sicherheitsnormen und –vorschriften gelistet. Daraus werden Konstruktionsrichtlinien wie maximale Kältemittelfüllmengen, Maßnahmen aufgrund der Brennbarkeit, Adaptierungen des Kältemittelkreises und Maßnahmen zur Füllmengenreduktion abgeleitet.
Im Rahmen einer Simulationsstudie wird eine R410A-Wärmepumpe abgebildet, deren Betrieb mit R290 untersucht und notwendige Veränderungen sowie Maßnahmen zur Füllmengenreduktion aufgezeigt. -
Dieser Bericht vergleicht die beiden in Task 2 definierten Kältekreise hinsichtlich ihrer Life Cycle Climate Performance (LCCP). Die LCCP des mit R290 betriebenen Kältekreis und des Basissystems mit R410A wurde mit dem Softwaretool Pack Calculation Pro und einem MS Excel-basierten Tool des IIR berechnet.
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Dieser Bericht beschreibt, basierend auf Literaturanalysen und Expertenbefragungen, die zu erwartenden Entwicklungen auf dem Österreichischen Wärmepumpenmarkt bis 2030. Dazu werden Einflussfaktoren auf das Wärmepumpen-Marktpotenzial insgesamt und auf das Marktpotenzial bzw. die grundsätzliche Einsetzbarkeit diverser Kältemittel beschrieben. Weiters fasst der Bericht wesentliche thermodynamische Eigenschaften von Kältemitteln zusammen, die bis 2030 aus Expertensicht neu bzw. verstärkt eingesetzt werden.
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