Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPWer bei einem Flug schon einmal an der Tür gesessen hat, dürfte das kennen: Im Fußbereich ist es unangenehm kalt. Der Grund dafür liegt in der Wärmebrücke, die an der Flugzeugtür auftritt. Dasselbe Problem stellt sich im Bereich der Bordküche. Doch wie lässt sich dies ändern? Das untersuchten Forscher des Fraunhofer IBP im Verbundprojekt »Energieeffiziente Kabinensysteme und Interior (KASI)« des Luftfahrtforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi).
Das Prinzip: Die Wissenschaftler wollen die Abwärme der Kühlgeräte in der Bordküche nutzen und diese über einen zusätzlichen Luftpfad in den Raum führen. Ziel der Untersuchung war es, die optimale Kombination aus der Luftmenge und Lufttemperatur dieses zusätzlichen Luftpfads zu ermitteln. Auch die beste Lage der Ansaug- und Auslassstutzen untersuchten die Forscher. Anschließend verbesserten sie die akustischen Eigenschaften des entwickelten Systems, um den Gesamtkomfort im Galley-/Türbereich zu erhöhen.
Entwicklung an einem Großraumflugzeug am Teststand
Als Teststand diente den Forschern der Rumpf des Großraumflugzeugs in der Flight Test Facility (FTF). Um die Wärmebrücke im Galley-/Türbereich thermisch äquivalent nachzustellen, wurde die Außenhaut des Flugzeugs gekühlt. Nun installierten die Wissenschaftler Prototypen einer luftbasierten synergetischen Abwärmenutzung im Flugzeugrumpf und untersuchten, wie sich dies auf das Raumklima auswirkt. Ist es besser, mehr Luft mit geringerer Temperatur in den Raum zu pusten, oder ist es angenehmer, weniger, aber dafür wärmere Luft zuzuführen? An fünf Stellen in der Bordküche maßen die Forscher die Strömungsgeschwindigkeiten und die Lufttemperaturprofile und werteten die Äquivalenttemperaturen aus. Zusätzlich ermittelten sie die Oberflächentemperaturen des Bodens, der Decke und der Türverkleidung. Über die DIN EN ISO 7730 konnten sie somit den Komfort bewerten. Das Ergebnis: Sowohl in der Kurzstrecken- als auch in der Langstreckenarchitektur ist es angenehmer, wenn weniger Luft mit höherer Temperatur in die Kabine geleitet wird, denn so wird Zugluft vermieden. Bei der Langstreckenarchitektur reichen bereits zwei Luftauslässe, um den thermischen Komfort an allen gemessenen Positionen zu verbessern.
Akustik verbessern
Die Lösung, die das beste Raumklima lieferte, untersuchten die Forscher hinsichtlich ihrer Akustik in den Akustiklaboren des Fraunhofer IBP. Denn durch die Lüftungsöffnungen in der Bordküche schallen auch Ventilatorgeräusche in den Raum. Mit Schallleistungsmessungen untersuchten die Wissenschaftler daher an einem Prototyp, wie sich der Schall ausbreitet, und legten Schalldämpfer für die Ansaug- und Ausblasöffnung des Prototyps aus. Auch optimierten sie den Prototyp, insbesondere das Design der Luftkanäle. Der A-bewertete Schalldruckpegel konnte so um bis zu 10 dB reduziert und das vom Verbundpartner vorgegebene Zielspektrum eingehalten werden. Mithilfe der Testaufbauten im Fluglabor und der Akustik-Prüflabore konnten die Forscher nachweisen: Eine energieeffiziente synergetische Abwärmenutzung ist nicht nur umsetzbar, sondern auch sinnvoll. Sie spezifizierten einen Prototyp mit synergetischer Abwärmenutzung, der nun bis zur Zertifizierung weiterentwickelt werden kann.