VENTILATION
Cool and Comfort 99 – november 2023

Soundcheck voor lucht-water warmtepompen

In de strijd tegen de klimaatverandering is het noodzakelijk om over te schakelen op hernieuwbare energie. Daarom zien we steeds meer lucht-water warmtepompen in de verwarmingstechniek. De vraag stijgt, want met verwarmingsvermogens tussen 3 en 30 kW is dit een goede oplossing voor tal van eengezinswoningen en kleine flatgebouwen. Lucht-water warmtepompen zijn echter niet volledig geruisloos. Hoe dichter de bebouwing, hoe meer kans er is dat de buren geluidshinder kunnen ondervinden. Daarbij is niet zozeer het gemeten geluidsniveau doorslaggevend, het gaat veel meer om hoe het geluid ervaren wordt. Met andere woorden, de psycho-akoestiek speelt een rol.

Een warmtepomp (Figuur 1) werkt in principe net als een koelkast. Deze onttrekt de warmte aan de levensmiddelen binnen, en geeft die warmte af aan de buitenkant. Lucht-water warmtepompen onttrekken warmte aan de buitenlucht en geven die af aan een verwarmingsinstallatie voor woningverwarming en/of sanitair warm water. De vereiste luchtstroom over de verdamper wordt aangedreven door ventilatoren, wat onvermijdelijk meer of minder geluid zal produceren. Dat geldt zelfs voor de zeer geluidsarme ventilatoren met de GreenTech EC-motoren. Ook de inbouwsituatie kan een negatieve invloed hebben. Wie lucht-water warmtepompen fabriceert of installeert, kan dus niet om de geluidskwestie heen.

Wanneer is geluid aangenaam?

De meetwaarden die in normen en richtlijnen zijn bepaald, en die op proefstanden kunnen worden geregistreerd, hebben maar weinig te maken met de menselijke ervaring. Aspecten zoals de tonaliteit, met andere woorden de verhouding tussen de verschillende tonen, komen amper in normen en voorschriften voor. Die aspecten worden nu onderzocht door de psycho-akoestiek. Zo wil men bepalen waarom een bepaald geluid als onaangenaam wordt ervaren. Trompetmuziek kan even luid zijn als een graafmachine op een bouwwerf, maar is psycho-akoestisch gezien een totaal andere ervaring.

De specialist in motoren en ventilatoren ebm-papst was al vroeg overtuigd van het belang van deze problematiek en heeft een speciaal psycho-akoestisch laboratorium voor luistertesten gebouwd. De proefpersonen krijgen dan het geluid te horen van warmtepompen met verschillende configuraties van ingebouwde ventilatoren. (Figuur 2). Aan de hand van vragenlijsten bouwen de onderzoekers dan een wetenschappelijk verantwoorde database op. Belangrijke psycho-akoestische parameters zijn bijvoorbeeld de luidheid (sone) scherpte (acum) toon (mel), ruwheid (asper) en variatie in kracht (vacil). Daarnaast is het ook belangrijk in welke mate toon en impuls constant blijven. Met tonaliteit wordt bedoeld dat er binnen het geluid individuele tonen kunnen herkend worden, wat het geluid storender maakt. Impuls staat voor geluiden waarbij het volume snel wisselt, zoals knal- of slaggeluiden. Zowel de tonaliteit als de impuls kunnen met een microfoon objectief gemeten worden, en die gegevens kan men vergelijken met de ervaring van de proefpersonen. De beoordelingen van de proefpersonen worden dan verwerkt met statistische en psychologische methodes. De resultaten worden gebruikt in de productontwikkeling van ventilatoren. Ze zeggen ook iets over de lucht-water warmtepompen in de test, namelijk welke ventilatoren het meest geschikt zijn voor welke inbouwsituatie. Het uiteindelijke doel is om tot een warmtepomp te komen die niet alleen weinig geluid produceert, maar waarvan dat werkingsgeluid ook door een zo breed mogelijk deel van de bevolking als weinig storend wordt ervaren.

Parameters voor de psycho-akoestische evaluatie

Er wordt volop psycho-akoestisch onderzoek gedaan, en naar de resultaten wordt met veel belangstelling uitgekeken. In het kader van een doctoraatsstudie bij ebm-papst werd een schaal ontwikkeld (Figuur 3) die nu gebruikt wordt voor de psycho-akoestische analyse van ventilatoren. Het doel van de schaal is om een correlatie te bepalen tussen enerzijds de waargenomen geluidskwaliteit (uitgedrukt in de hierboven opgesomde dimensies) en meetbare groottes anderzijds. Tijdens uitgebreide luistertests werden verschillende psycho-akoestische dimensies van geluiden onderling in verband gebracht en uitgezet tegenover fysiek meetbare eigenschappen. In totaal kregen 123 proefpersonen tussen 19 en 60 jaar 89 geluidsfragmenten in drie reeksen te horen. Per reeks beoordeelden tussen 30 en 40 proefpersonen telkens de geluidsfragmenten (figuur 4) op het vlak van kracht (sterk/zwak hoge/lage kwaliteit), toonhoogte (sissend of ruisend), structuur in de tijd (fluctuerend), kwaliteit (aangenaam/storend) en toonhoogte (brommend/helder). Bovendien werden sommige geluiden ook direct onderling vergeleken. Ook werden individuele geluiden telkens op een bepaalde dimensie getest, als basis voor een evaluatieschaal. Uit aanvullende interviews met de testpersonen kwam naar voor dat geluidseigenschappen zoals dof, donker, diep, langzaam, monotoon, constant, zacht en licht als aangenaam werden ervaren. Onaangenaam waren daarentegen eigenschappen zoals ratelend, klapperend, klaterend, druppelend, zoemend, wisselend, hoog, scherp en sissend. Over het algemeen vonden de proefpersonen het aanvaardbaar dat er een zeker geluidsniveau was, zolang deze geluiden als aangenaam werden ervaren. Tot slot bleek uit de luistertests dat er een verband kon worden gemaakt tussen het ‘stoorniveau’ en een aantal objectieve psycho-akoestische parameters.

Fysische en psycho-akoestische parameters om geluiden te beoordelen

Op basis daarvan kan men twee verdere doelstellingen definiëren: in de toekomst moet men niet alleen letten op fysische parameters bij de beoordeling van ventilatorgeluiden, maar ook op psycho-akoestische. Verder zou er best een internationale norm komen, die rekening houdt met de psycho-akoestische aspecten. Dat zou er aanzienlijk toe bijdragen tot warmtepompen met niet-storende werkingsgeluiden, wat dan op zijn beurt tot minder klachten over burenhinder zou leiden.

Door: Marc Schneider (ebm-papst) en Marcel Rössler (ebm-papst)

Illustraties: ebm-papst