Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPSchallschutz energetisch effizient gestalten
Sei es beim Absaugen von Luft aus Räumen oder beim kontrollierten Luftaustausch in der Werkhalle: Prozesslufttechnische Anlagen sind sehr laut – die Anforderungen in puncto Lärmemissionen und Schallschutz werden daher zunehmend strenger. Zwar reduzieren die eingesetzten Schalldämpfersysteme den Lärm, allerdings verursachen sie auch Druckverluste. Das heißt: Der Energieverbrauch der Anlagen steigt, die Betriebskosten erhöhen sich, die Umweltbilanz wird belastet. Ein Forscherteam des Fraunhofer IBP möchte den Spieß nun umdrehen – und mit dem Schallschutz auch Energie einsparen.
Energieverbrauch und Betriebskosten
Ein Schalldämpfer im Kanal ist ein Strömungshindernis und erzeugt damit höhere Druckverluste. Die Ventilatoren müssen daher eine höhere Leistung erbringen und brauchen dazu mehr Energie. Es müssen nicht nur die Herstellungs- und Anschaffungskosten der schalldämpfenden Einbauten bezahlt werden, sondern auch die laufenden Kosten, die je nach Anlage sehr hoch sein können. Es bestehen also Wechselwirkungen zwischen akustischer, energetischer und ökonomischer Effizienz.
Konzept der verteilten Dämpfung
Lange schalldämpfende Randauskleidungen erzeugen in geraden Kanalstücken deutlich geringere Druckverluste als Kulissenschalldämpfer – das zeigten die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IBP in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt EnEAS. Allerdings dämpfen die Randauskleidungen Lärm höherer Frequenzen nicht so effektiv. Üblicherweise werden dafür Kulissenschalldämpfer mit geringer Spaltbreite eingesetzt. Aber je enger der freie Kanalquerschnitt wird, desto größer die Druckverluste.
Wie lassen sich Kanal-Umlenkungen akustisch optimal gestalten – samt einer hochfrequenten Dämpfung – mit gleichzeitig geringem Druckverlust? Dies untersuchte das Wissenschaftlerteam im Rahmen des Projekts systematisch. Es kombinierte dabei zwei Ansätze: Gerade Kanäle wurden mit schalldämpfenden Randauskleidungen versehen, Kanalbögen dagegen akustisch optimiert ausgestaltet (siehe Bild 1 und 2). Auf diese Weise konnten die Forscher ein akustisches Gesamtkonzept entwickeln, das im gesamten Frequenzbereich wirksam ist und deutlich geringere zusätzliche Druckverluste erzeugt. Damit ist dieses Konzept sowohl akustisch als auch energetisch und ökonomisch optimiert.
Ergebnisse
Für die Optimierung beschrieb das Forscherteam des Fraunhofer IBP die Wechselwirkung zwischen akustischer und energetischer Effizienz mathematisch. Dies erlaubte es, die akustische Wirksamkeit und den erzeugten Druckverlust der jeweiligen Einbauten zu beurteilen und beide Anforderungen gewichtet zu optimieren.
Die Punkte in der Graphik (rechts) zeigen den vorab berechneten Lösungsraum. Jeder Punkt repräsentiert eine schalldämpfende Konfiguration, welche die akustischen Anforderungen erfüllt. Dabei gilt: Je näher die Lösung am Ursprung liegt, desto niedriger ist der Druckverlust und umso besser die Dämpfung. Verglichen mit konventionellen Schalldämpferlösungen lassen sich im Durchschnitt 10 bis 15 Prozent Energie einsparen. Fazit: Sind die akustischen Einbauten gut gestaltet, gelingt die Energieeinsparung.