„nachhaltige technologien 03 | 2023"

Umwandlung von Schall in Wärme? –Die Thermoakustik in der Gebäudetechnik Thomas Schoberer, Kathrin Schuller 1 Umweltbundesamt (2022): Klimaschutzbericht 2022, abgerufen am 27.7.2023, https://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/publikationen/rep0816.pdf 2 Swift, Gregory W. (2017): Thermoacoustics: A Unifying Perspective for Some Engines and Refrigerators, 2nd ed., Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, ISBN 9783319669328 Dem Gebäudesektor wird bei der Entwicklung von nachhaltigen und resilienten Energiever- sorgungssystemen ein großes Umsetzungspoten- zial zugesprochen. Grund hierfür ist die Entlastung der Versorgungsnetze durch die dezentrale Integration regenerativer Energiesys- teme und der gleichzeitigen Nutzung des eigenen Speicherpotenzials. Quelle: Fachhochschule Burgenland m die Ziele des Green Deals der EU – Reduktion der Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) um 55 Prozent (gegenüber 1990) bis 2030 und Klimaneu- tralität bis 2050 – zu erreichen, ist eine drastische Senkung des THG-Ausstoßes in allen Sektoren erfor- derlich. Der Sektor Gebäude ist für rund 10 Prozent der THG-Emissionen in Österreich verantwortlich 1 . Durch die Sanierung von Bestandsbauten sowie energieeffiziente Neubauten werden Voraussetzun- gen für klimafreundliche Alternativen zu fossilen Energieträgern, wie z. B. Wärmepumpen, geschaffen. Während deren Einsatz Potenziale zur Reduktion der THG-Emissionen bietet, bringt der damit verbundene Einsatz konventioneller Kältemittel hohes THG-Po- tenzial mit sich. In konventionellen Systemen werden vor allem fluorierte Gase als Kältemittel eingesetzt, klimafreundliche Alternativen wie z. B. Propan erfor- dern wiederum besondere Sicherheitsvorkehrungen. Hinsichtlich der Problematik klimarelevanter Kälte- mittel bieten sich thermoakustische (TA) Systeme als Alternative zu konventionellen Kälte-, Klima- und Wärmepumpenanlagen an. Der thermoakustische Prozess – Funktion und Klassifizierung Ein thermoakustisches System wandelt Wärmeenergie in mechanische Energie in Form von Schallwellen um oder kann umgekehrt durch akustische Schallwellen Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau anheben (Wärme- pumpe). Im einfachsten Fall besteht die thermoakus- tische Anlage aus einem mit Gas gefüllten Rohr, in welches ein Wärmetauscher-Paket mit möglichst großer Austauschfläche platziert ist. Zwischen den Wärmetauschern befinden sich gestapelte Metall- platten, auch Stack/Regenerator genannt. Einer der Wärmetauscher fungiert hierbei als Wärmequelle für das Arbeitsgas, kann also Wärme aus der Umgebung an das Gas abgeben, während der zweite Wärme- tauscher als Wärmesenke für das Gas fungiert, also Wärme vom Gas an die Umgebung abgibt. Je nach Nutzung dieser beiden Effekte können thermoakusti- sche Systeme also wie herkömmliche Wärmepumpen sowohl zu Heiz- als auch Kühlzwecken eingesetzten werden. Ein Wärmeübergang wird durch Aufbringen einer stehenden oder fortschreitenden Welle im Gasraum möglich. Die akustische Schwingung erzeugt bei stehenden Wellen im Gas Bereiche hohen Drucks, und bedingt durch diese Kompression auch hoher Temperatur (Wärmeabgabe an den Wärmetauscher), sowie Bereiche geringen Drucks und geringer Tem- peratur (Wärmeaufnahme des Gases). Im Gegensatz dazu wird bei Systemen mit fortschreitender Welle Energie transportiert, was zu einem permanenten Wärmeaustausch zwischen Regenerator und Arbeits- gas führt 2 . U 23 22 INTEGRATIONSVIELFALT WÄRMEPUMPE