Akustische Metamaterialien für die Reduktion von Schall-Emissionen von HVAC-Anlagen.

Akustische Metamaterialien sind speziell strukturierte Werkstoffe, die Schall in bestimmten Frequenzbereichen sehr gezielt blockieren oder absorbieren können und damit auch für die Schalldämmung von Wärmepumpen und Kälteanlagen interessant sein können.

Was sind Akustische Metamaterialien?
Metamaterialien sind keine neuen Stoffe, sondern konventionelle Materialien (z.B. Kunststoffe, Metalle, Glas), die durch eine Mikro‑ oder Makrostruktur neue akustische Eigenschaften bekommen. In der Akustik werden häufig viele kleine Resonatoren (Membranen, Massen-Feder-Systeme, Hohlräume) periodisch angeordnet; dadurch entstehen sogenannte Stoppbänder, das heißt Frequenzbereiche, in denen sich Schall kaum noch ausbreitet. Ein Prinzip auf dem bereits Helmholtz Resonatoren aufbauen.

Klassischer Schallschutz arbeitet meist mit Masse (schwere Wände) und porösen Absorbern; Metamaterialien nutzen dagegen gezielte Resonanzen und Interferenzeffekte, um bestimmte Frequenzen stark zu dämpfen.

Es gibt passive Varianten (nur Struktur) und aktive Varianten mit Sensoren und Aktoren, bei denen sich die Stoppbänder sogar im Betrieb verschieben lassen, um sich verändernden Geräuschspektren anzupassen.

Relevante Frequenzen bei Wärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpen erzeugen vor allem Geräusche durch Ventilator, Verdichter und Strömungsgeräusche (Luft/Kältemittel), oft im Bereich 32 bis 8KHz. Metamaterialien sind hier nach meiner Meinung vielversprechend um genau die dominanten Ton- und Bandgeräusche (z.B. Ventilator-Grundfrequenz und Kompressor Frequenzen) effizienter zu unterdrücken.

Mögliche Einsatzformen bei Schall-Einhausungen für Wärmepumpen und Kälteanlagen.
Denkbar sind Schallverbauungen, bei denen die Wandpaneele innen mit Resonator Arrays aus Kunststoff oder Metall versehen sind.

Zum Beispiel könnten auch um Anlagen liegende Mauern oder andere Hindernisse mit Meta-Materialien ausgerüstet werden, um die Reflektion von Schall zu verhindern.

Stand der Technik und Praxisbezug
Vibro Akustische Metamaterialien sind im Lärmschutz (Beispiel Fraunhofer ISE und IBP) bereits prototypisch umgesetzt und zeigen im Labor deutlich bessere Reduktionen als eine bloße Verdopplung der Wanddicke.

Für Wärmepumpen werden im Moment vor allem klassische Schallschutzhauben und Schallwände mit porösen Absorbern und Luftumlenkungen durch Louvre- oder Labyrinth Systeme kommerziell angeboten. Der Frequenzbereich von < 63 Hz wird von den meisten Produkten heute nicht adressiert, In-Situ Messungen zeigen das im Bereich von 32 Hz mit Schallverbauungen auch eine höhere Schallemission resultieren kann.

Metamaterial-basierte Lösungen für Wärmepumpen sind zurzeit noch im Entwicklungsstadium, dürften aber mittelfristig interessant werden wer dann die Dämmung in bestimmten Schall-Emissionen kritischen Frequenzen gezielt reduzieren kann wird sich eine führende Marktstellung sichern können.