Geluidsdemper die lage frequentie onderdrukt: onmisbaar bij energietransitie

Twintig procent van de Europese bevolking wordt langdurig blootgesteld aan lawaai dat schadelijk is voor de gezondheid. Dat probleem dreigt alleen maar groter te worden in de wereld van het nieuwe, groene energiesysteem. Koolstofarme systemen zoals de warmtepomp, produceren namelijk meer lawaai dan de cv-ketels die we nu in huis hebben.

‘Armere’ verbrandingsprocessen

Toekomstige koolstofarme systemen zoals gasketels en waterstofboilers moeten veilig zijn én minder uitstoot produceren, legt Mohammad Kojourimanesh, PhD-kandidaat werktuigbouwkunde aan de TU/e, uit. “Om het vrijkomen van stikstofoxiden tot een minimum te beperken, wordt in nieuwe verbrandingssystemen de vlamtemperatuur zo laag mogelijk gehouden. Dan krijg je armere verbrandingsprocessen, die gepaard gaan met een toename van de kans op thermo-akoestische instabiliteit. De unieke verbrandingseigenschappen van waterstof versterken dit effect, wat resulteert in een hoger geluidsniveau en trillingen.”

Vanwege de thermo-akoestische instabiliteit, is het geluid niet altijd van dezelfde frequentie. Huidige dempers kunnen slechts een zeer beperkt bereik aan frequenties onderdrukken. Daarom worden er nu vaak meerdere dempers in een systeem gebruikt. Bovendien zijn die dempers van groot formaat. Kortom: de industrie heeft problemen met het ontwerpen van verbrandingssystemen met inbegrip van geluidsdempers.

ABC-demper

Er is dus behoefte aan compacte, robuuste dempers die het geluid van apparaten zoals ketels, warmtepompen en airco’s kan onderdrukken.Kojourimanesh staat op het punt om de markt te betreden met een geluidsdemper die precies dat doet. Al is de naam van de Anechoic Broadband Compact (ABC)-demper vrij ingewikkeld, constructie-technisch is de demper “eenvoudig en compact”, belooft de PhD-student.

Het systeem bestaat uit een stapel platen, die van elkaar gescheiden zijn door dunne afstandsstukken. Wanneer de ruimte tussen de platen juist staat afgesteld, kunnen de luchtviscositeit en de thermische verliezen in de smalle kanalen het geluid absorberen. Een groot voordeel is dat de demper kan worden afgesteld op alle frequenties tussen 20 en 800 Hz. “De hoeveelheid reflectie van een materiaal noemen we de akoestische reflectiecoëfficiënt. De reflectiecoëfficiënt van de ABC-demper is lager dan 0.1, wat betekent dat het geluid voor 99 procent geabsorbeerd kan worden. Ook bij lage frequenties, het moeilijkst te absorberen geluid.” Lage frequenties, zoals een bastoon, zijn moeilijk te absorberen, omdat ze een lange golflengte hebben.

Verschillende toepassingen

De ABC-demper is zo ontworpen dat het in verschillende apparaten kan functioneren. Naast de geluidsreductie van warmtepompen, airco’s en waterstofboilers, is de demper ook geschikt om geluidshinder van motorvoertuigen en snelwegen te verminderen. Daarnaast zorgt de demper ervoor dat er optimaler gebruik gemaakt kan worden van apparaten. Kojourimanesh: “Neem bijvoorbeeld een windturbine. Het geluidslimiet voor de turbines is ongeveer veertig decibel, afhankelijk van de locatie. Stel dat we het geluid met de demper twee decibel omlaag kunnen brengen, dan kan de rotatie van de windturbines opgeschroefd worden en kan er tot twintig procent meer energie gewonnen worden.”

Op het juiste moment op de juiste plek

Met de subsidie op zak vallen voor Kojourimanesh alle puzzelstukjes op hun plek. Zijn promotieonderzoek heeft hij bijna afgerond en hij wil zijn uitvinding zo snel mogelijk op de markt brengen.

Ook de EU werkt mee. Zo stelde de Nederlandse regering nieuwe regels op voor het lawaai dat warmtepompen en airco’s mogen produceren, naar aanleiding van de ‘Duurzame en Slimme Mobiliteit-strategie’ van de EU. Vanaf 1 april 2021 mag het geluidsniveau van deze apparaten niet boven de veertig decibel uitkomen. Bedrijven moeten dus wel in actie komen. De ondernemer in spé praat met bedrijven die boilers voor consumenten fabriceren en staat op het punt om zijn bedrijf officieel te registeren als spin-off. Gestrest is hij niet, enthousiast wel. “Ik ben heel optimistisch gestemd. Ik weet dat het werkt en de opties zijn eindeloos.”