5 Schallemissionen von Wärmepumpen

Jede Geräuschquelle, sei es nun eine Wärmepumpe, ein Auto oder ein Flugzeug, emittiert eine bestimmte Menge an Schall. Dabei wird die Luft um die Geräuschquelle in Schwingungen versetzt und der Druck breitet sich wellenförmig aus. Diese Druckwelle versetzt beim Erreichen des menschlichen Ohres das Trommelfell in Schwingungen, was dann den Vorgang des Hörens auslöst.

Zur Beschreibung dieses so genannten Luftschalls, bedient man sich der Schallfeldgrößen. Zwei davon sind der Schalldruck und die Schallleistung. Die Schallleistung ist eine theoretische, schallquellentypische Größe. Sie kann rechnerisch aus Messungen ermittelt werden. Die Schallleistung ist die gesamte Schallenergieabstrahlung in alle Richtungen. Unter Schalldruck versteht man die Änderung des Luftdruckes infolge der durch die Geräuschquelle in Schwingung versetzten Luft durch die Geräuschquelle. Je größer die Änderung des Luftdruckes ist, umso lauter wird das Geräusch wahrgenommen. Der Schalldruck ist das, was am Ohr einer Hörers bzw. Mikrophone eines Messgerätes wahrgenommen wird.

Physikalisch handelt es sich bei Schall um die Ausbreitung von Druck- und Dichteschwankungen in einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Festkörper. Schall wird im Allgemeinen vom Menschen in Form von Luftschall als Geräusch, Ton oder auch Knall aufgenommen, also gehört. Druckänderungen in einem Bereich von 2*10^-5 Pa bis 20 Pa können vom menschlichen Gehör erfasst werden. Diese Druckänderungen entsprechen Schwingungen mit Frequenzen von 20 Hz bis 20 kHz und stellen den Hörschall bzw. den Hörbereich des Menschen dar. Aus den Frequenzen ergeben sich die einzelnen Töne. Frequenzen, die über dem Hörbereich liegen, werden als Ultraschall bezeichnet, darunter liegende Frequenzen als Infraschall.

Die Schallabstrahlung von Geräusch- bzw. Schallquellen wird als Pegel in Dezibel (dB) angegeben oder gemessen. Es handelt sich hierbei um eine Bezugsgröße, wobei der Wert 0 dB in etwa die Hörgrenze darstellt. Eine Verdopplung des Pegels, z.B. durch eine zweite Schallquelle gleicher Schallabstrahlung, entspricht einer Erhöhung um +3 dB. Für das durchschnittliche menschliche Gehör ist eine Erhöhung um +10 dB notwendig, so dass ein Geräusch als doppelt so laut empfunden wird.

Die der Schallausbreitung kann in zwei Arten unterschieden werden.

Körperschall
Mechanische Schwingungen werden in Körpern wie Maschinen und Gebäudeteilen sowie Flüssigkeiten eingeleitet, darin übertragen und schließlich an anderer Stelle teilweise als Luftschall abgestrahlt.
Luftschall
Schallquellen (zum Schwingen angeregte Körper) erzeugen mechanische Schwingungen in der Luft, die sich wellenartig ausbreiten und vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden.

5.1 Schalldruckpegel und Schallleistungspegel

Häufig werden die Begriffe des Schalldruck- und des Schallleistungspegels verwechselt und fälschlicherweise miteinander verglichen. Als Schalldruck versteht man in der Akustik den messtechnisch erfassbaren Pegel der durch eine Schallquelle in einem bestimmten Abstand verursacht wird. Je näher man sich an der Schallquelle befindet, umso größer ist der gemessene Schalldruckpegel und umgekehrt. Der Schalldruckpegel ist somit eine messbare, abstands- und richtungsabhängige Größe, die z.B. für die Einhaltung der immissionstechnischen Anforderungen gemäß TA-Lärm maßgebend ist.

Die gesamte, durch eine Schallquelle in alle Richtungen ausgesandte Luftdruckänderung wird als Schallleistung bzw. als Schallleistungspegel bezeichnet. Mit zunehmendem Abstand von der Schallquelle verteilt sich die Schallleistung auf eine immer größer werdende Fläche. Betrachtet man die gesamte, abgestrahlte Schallleistung und bezieht diese auf die Hüllfläche in einem bestimmten Abstand, so bleibt der Wert immer gleich. Da die in alle Richtungen abgestrahlte Schallleistung nicht exakt messtechnisch erfasst werden kann, muss die Schallleistung aus gemessenem Schalldruck in einem bestimmten Abstand rechnerisch ermittelt werden. Der Schallleistungspegel ist somit eine schallquellenspezifische, abstands- und richtungsunabhängige Größe, die nur rechnerisch ermittelt werden kann. Anhand des abgestrahlten Schallleistungspegels können Schallquellen miteinander verglichen werden.

5.1.1 Emission und Immission

Der gesamte, von einer Schallquelle ausgesandte Schall (Schallereignis) wird als Schallemission bezeichnet. Emissionen von Schallquellen werden in der Regel als Schallleistungspegel angegeben. Die Einwirkung von Schall auf einen bestimmten Ort nennt man Schallimmission. Schallimmissionen können als Schalldruckpegel gemessen werden. Die Abb. 5.1 stellt grafisch den Zusammenhang zwischen Emissionen und Immissionen dar.

Abb. 5.1: Emission und Immission

Lärmimmissionen werden in dB(A) gemessen, dabei handelt es sich um Schallpegelwerte, die auf die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs bezogen sind. Als Lärm bezeichnet man Schall, der Nachbarn oder Dritte stören, gefährden, erheblich benachteiligen oder belästigen kann. Richtwerte für Lärm an Immissionsorten außerhalb von Gebäuden sind in der DIN 18005 „Schallschutz im Städtebau" oder in der „Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm" (TA-Lärm) festgelegt. In Tab. 5.1 sind die Anforderungen gemäß TA-Lärm aufgeführt.

Tab. 5.1: Grenzwerte für Lärmimmissionen in dB(A) nach DIN 18005 und TA-Lärm

Tab. 5.2: Typische Schallpegel

5.1.2 Schallausbreitung

Wie bereits beschrieben, verteilt sich die Schallleistung mit zunehmendem Abstand auf eine größer werdende Fläche, so dass sich daraus resultierend der Schalldruckpegel mit größer werdendem Abstand verringert. Des Weiteren ist der Wert des Schalldruckpegels an einer bestimmten Stelle von der Schallausbreitung abhängig.

Auf die Schallausbreitung haben maßgeblich folgende Eigenschaften der Umgebung Einfluss:

• Abschattung durch massive Hindernisse wie z.B. Gebäude, Mauern oder Geländeformationen

• Reflexionen an schallharten Oberflächen wie z.B. Putz- und Glasfassaden von Gebäuden oder der Asphalt- und Steinoberfläche von Böden

• Minderung der Pegelausbreitung durch schallabsorbierende Oberflächen, wie z.B. frisch gefallener Schnee, Rindenmulch oder ähnliches

• Verstärkung oder Abminderung durch Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur oder durch die jeweilige Richtung von Wind

Berechnung des Schalldruckpegels Der Schalldruckpegel der Wärmepumpe am Empfangsort kann mit der folgenden Formel bestimmt werden: Formel:

mit:

• L_Aeq = Schalldruckpegel am Empfangsort

• L_WAeq = Schallleistungspegel an der Schallquelle

• Q = Richtfaktor

• r = Abstand zwischen Empfänger und Schallquelle

Der Richtfaktor Q ist abhängig von der Aufstellung der Wärmepumpen. Es werden drei verschiedene Varianten unterschieden:

Abb. 5.2: Freie Aufstellung einer Wärmepumpe (Q=2)

Abb. 5.3: Wärmepumpe oder Luftein- oder auslass (bei Innenaufstellung) an einer Wand (Q=4)

Abb. 5.4: Wärmepumpe oder Luftein- oder auslass (bei Innenaufstellung) an einer Hauswand bei einspringender Ecke (Q=8)

Für jede dieser Aufstellvarianten ergibt sich eine unterschiedliche Abnahme des Schalldruckpegels je weiter man sich von der Wärmepumpe entfernt.
Beispiel: Schallleistungspegel LA 9S-TU: 5360 dB(A) Das nachfolgende Diagramm zeigt die Abnahme des Schalldruckpegels für die drei verschiedenen Aufstellvarianten für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe LA 9S-TU.

Abb. 5.5: Schalldruckpegelabnahme bei unterschiedlicher Aufstellung

5.2 Schallausbreitung von Wärmepumpen

5.2.1 Innenaufstellung

Eine Wärmepumpe sollte, wie jeder Heizkessel, über Trennverschraubungen angeschlossen werden. Für die Verbindungen zwischen Wärmepumpe sowie Heizungsvor- und rücklauf ist es empfehlenswert wegen der zu vermeidenden Schwingungsübertragungen druck, temperatur- und alterungsbeständige, elastische Schläuche zu verwenden. Zusätzlich verfügen die meisten Wärmepumpen über eine schwingungsentkoppelte Verdichter-Grundplatte. Das heißt, der Verdichter ist auf einer separaten Grundplatte montiert, die zur Körperschallentkopplung auf Gummipuffer aufgesetzt ist. Weiterhin sollte die Wärmepumpe zur nochmaligen Reduzierung der Körperschallübertragung auf den als Sonderzubehör erhältlichen Sylomerstreifen SYL 250 aufgestellt werden.

Speziell bei innenaufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen kommt es durch den Einsatz von der als Zubehör erhältlichen Luftkanäle und Bögen zu einer Reduzierung der Schallemissionen am Luftansaug und -ausblas. Durch die innenseitige Dämmung aus Mineralwolle und kaschiertem Glasfaservlies wird nicht nur Kondensatbildung vermieden, sondern auch eine deutliche Reduzierung der Schallabstrahlung am Wetterschutzgitter (Luftansaug und –ausblas) des Luftkanals erreicht. Als Richtwerten gelten:
Gerader Luftkanal
Eine Schallreduktion von ~ 1 dB(A) pro lfd. Meter Luftkanal.
Luftkanal Bogen
Eine Schallreduktion von ~ 2 bis 3 dB(A) pro Bogen.

5.2.2 Außenaufstellung

Eine Körperschallentkopplung ist nur dann notwendig, wenn das Fundament der Wärmepumpe direkten Kontakt zum Gebäude hat. Flexible Schläuche erleichtern den Anschluss der Wärmepumpe an das Heizsystem und verhindern gleichzeitig mögliche Schwingungsübertragungen.
Zusätzlich verfügen die meisten außen aufgestellten Wärmepumpen ebenfalls über eine schwingungsentkoppelte Verdichter-Grundplatte, wie bereits bei den innenaufgestellten Geräten beschrieben. Bei der Außenaufstellung von Wärmepumpen ist im speziellen die Schallausbreitung zu berücksichtigen. Dabei sollte es vermieden werden, dass die Schallemissionen an Wänden reflektiert werden.
Auch das direkte Anblasen von Hauswänden usw. ist zu vermeiden, da es hier zu einer Erhöhung des Schalldruckpegels kommen kann. Durch bauliche Hindernisse kann die Schallausbreitung verringert werden. Die Ausrichtung der Ausblasseite sollte nach Möglichkeit Richtung Straße erfolgen.

Abb. 5.6: Einbindungsbeispiel einer Wärmepumpe für Außenaufstellung

Schwingungsentkoppelung durch Kompensatoren
Sämtliche Dimplex Wärmepumpen sind intern körperschallentkoppelt. Sollten jedoch vor Ort eine weitere Körperschallentkopplung gewünscht werden oder notwendig sein, so kann dies wie im folgenden realisiert werden. Doppelbalg-Gummikompensatoren dienen zur Entkopplung von Wärmepumpe und Heizsystem. Die Kompensatoren absorbieren Schwingungen und Bewegungen die durch Umwälzpumpen, oder Kompressoren, Armaturen usw. verursacht werden. Des weiteren, reduzieren sie Geräusche und gleichen Spannungen (axiale und seitliche Differenzen) von Montageungenauigkeiten aus.

Abb. 5.7: Einbindungsmöglichkeit für Kompensatoren Wärmepumpenbild tauschen

Um die Funktionalität der Kompensatoren sicherzustellen und deren Verwendungsdauer nicht durch zusätzliche Beanspruchungen zu verkürzen sind einige Regeln zu beachten:

• Kompensatoren müssen so eingebaut werden, dass ihre Lage und Bewegung nicht behindert wird.

• Während der Montage- und nach dem Einbau darauf achten, dass keine Versetzungen und Verdrehungen (Torsion) auf den Balg übertragen werden.

• Balg vor Beschädigungen durch äußerliche mechanische, thermische oder chemische Einwirkungen schützen.

• Balgwellen müssen frei von Verunreinigungen sein.

Schallemission von außen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen
Abb. 5.8 zeigt die vier Hauptrichtungen der Schallausbreitung. Die Ansaugseite hat die Richtungsziffer „1", die Ausblasseite die Ziffer „3".

Abb. 5.8: Schallrichtungen bei außen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen der Baureihe LA…S-TU(R)

Mit Hilfe der Tabellen lassen sich die gerichteten Schalldruckpegel der Luft/Wasser-Wärmepumpen ablesen. Die Werte in 1 m Abstand sind tatsächlich gemessene Werte. Die Werte in 5 und 10 m Entfernung ergeben sich durch Berechnung bei halbkugelförmiger Ausbreitung im Freifeld. In der Praxis sind Abweichungen möglich, die durch Schall-Reflexion bzw. Schall-Absorption aufgrund örtlicher Gegebenheiten verursacht werden. Wie den Werten aus der Tabelle zu entnehmen ist, weist eine Luft/Wasser-Wärmepumpe in Ausblasrichtung die höchsten Schallemissionen auf, gefolgt von der Ansaugseite. Zu den Seiten treten deutlich niedrigere Emissionspegel auf.

Tab. 5.3: Schallausbreitung LA 22TBS Außenaufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpe (ca. 22kW)

Sollen Emissionen von Wärmepumpe im Vorfeld ermittelt oder berechnet werden, so hat sich die Verwendung des BWP Schallrechners in der Branche durchgesetzt. Die Ergebnisse werden erfahrungsgemäß von allen Behörden akzeptiert.

5.3 Beispiel für Schallrechner

LA12S-TU in 8m Entfernung in einem allgemeinen Wohngebiet mit wandnaher Aufstellung (<3m)

Berechnungs-Ergebnisse mit Erklärungen:

Abb. 5.9: Schallberechnung gem. Schallrechner BWP

Rechtliche Hinweise Impressum