TGA Heizungstechnik

TGA Ausgabe 09-2018
Luft/Wasser-Wärmepumpen

Bei Schallangaben genau hinschauen!


1 Wärmepumpen entwickeln sich zu einer festen Größe im Wärmeerzeugermarkt, beim Neubau von Wohngebäuden haben sie bereits eine Führungsrolle übernommen.

1  Wärmepumpen entwickeln sich zu einer festen Größe im Wärmeerzeugermarkt, beim Neubau von Wohngebäuden haben sie bereits eine Führungsrolle übernommen.

Ständiger Lärm verursacht beim Menschen auf Dauer seelische und körperliche Störungen: Konzentrationsschwäche, Kreislauf- und Schlafstörungen sind die Folge. Daraus resultieren strenge Vorschriften gegen Lärmbelästigung, die bei der Planung und Installation von Luft/Wasser-Wärmepumpen den Blick sowohl für das Ganze als auch das Detail erfordern. Bei den Schallangaben werden jedoch unterschiedliche Definitionen verwendet, was schnell zu Fehlentscheidungen bei der Anlagenauswahl und der Installation führen kann.

Kompakt informieren

Eine differenzierte Verwendung von Schalldruck-(pegel) und Schallleistung(spegel) ist erforderlich, um Geräuschemissionen und -immissionen richtig zu berechnen und zu bewerten.

Ein direkter Vergleich von Geräten mit unterschiedlichen Schallangaben ist nicht möglich.

Für die Störfähigkeit bzw. Lästigkeit von Geräuschen sind die A-Bewertung und auch das NR-Grenzkurvenverfahren unzulänglich. Kritische Einzeltöne können dabei unerkannt bleiben.

Heizung = Wärmepumpe? Ganz so weit ist es noch nicht. Aber Wärmepumpen sind dabei, zu einer festen Größe bei der Wahl der Wärmeerzeugung zu werden Abb. 1. Denn in der Mehrzahl der Fälle lautet die Frage nur noch „Gas-Brennwert oder Wärmepumpe“? Insbesondere bei Neubauten ab EnEV 2016: Bei den 2017 genehmigten Wohngebäuden waren Wärmepumpen mit einem Anteil von 43 % erstmals das beliebteste Heizungssystem und haben den über viele Jahre dominierenden Energieträger Gas (42 %) auf den zweiten Platz verdrängt. Andere Heizungssysteme führen dagegen kaum mehr als ein Nischendasein.

Bei Wärmepumpen hat sich besonders Außenluft als Wärmequelle positiv entwickelt, da sie sich vergleichsweise leicht erschließen lässt Abb. 2. Und aufgrund der Fortschritte bei der Wärmepumpentechnik ist der Abstand in puncto Effizienz zu Wärmepumpen, die das Erdreich oder das Grundwasser als Energiequelle nutzen, immer geringer geworden. Zudem profitieren Luft/Wasser-Wärmepumpen in der Jahresbilanz von dem steigenden Anteil der Trinkwassererwärmung am Energiebedarf.

Allerdings haben Luft/Wasser-Wärmepumpen ein unbestreitbares technisches Merkmal, das bei der Planung und Installation sorgfältig berücksichtigt werden muss: ihre Betriebsgeräusche. Gemessen werden die Schallemissionen einheitlich in dB(A). Uneinheitlich stellen sie sich jedoch in den technischen Unterlagen der zahlreichen Hersteller von Wärmepumpen dar. Mal ist von Schalldruck-, mal von Schallleistungspegel die Rede, mitunter fehlt eine Definition komplett.

Zwar gilt sowohl in der TA Lärm1) als auch auf den Energieeffizienzlabeln von Luft/Wasser-Wärmepumpen laut Ökodesign-Richtlinie Abb. 3 der Schallleistungspegel als das Maß der Dinge. Im Markt wird aber oft auch der Schalldruckpegel aufgeführt. Doch kann man das wirklich parallel verwenden oder vergleicht man hier Äpfel mit Birnen? Um diese Frage zu beantworten, ist ein kleiner Exkurs in die Physik notwendig.

Schalldruck und Schallleistung

Luftschall basiert auf geringen zeitlichen, dem statischen Luftdruck überlagerten Druckänderungen und wird als zeitlich gemittelter Effektivwert innerhalb eines Frequenzbands angegeben. Zur Beschreibung des Luftschalls werden in der Praxis zwei Größen genutzt: Der Schalldruck p und die Schallleistung W (auch Pak). Die SI-Einheit des Schalldrucks ist Pascal (Pa), die SI-Einheit der Schallleistung Watt (W). Allerdings werden beide Größen aus praktischen Erwägungen als Pegel (Schalldruckpegel Lp und Schallleistungspegel LW), dem logarithmierten Verhältnis aus dem physikalischen Wert und einem Bezugswert, in der Einheit Dezibel dB angegeben.

Schalldruckpegel: Lp = 10 log10 (p/p0)2 [dB]

p: Schalldruck in Pa

p0: Schalldruckpegel-Bezugswert = 2  10-5 Pa

Schallleistungspegel: LW = 10 log10 (W/W0) [dB]

W: Schallleistung in W

W0: Schallleistungs-Bezugswert = 10–12 W

Das beantwortet auch die oben gestellte Frage: Durch die Pegelangabe wird eine direkte Vergleichbarkeit nur vorgetäuscht, aus fachlicher Sicht ist sie wegen der unterschiedlichen Definition beider Bezugsgrößen nicht zulässig.

Schalldruck- und Schallleistungsdaten sind zudem immer mit einem Frequenzbereich verknüpft. Jede Schallangabe ist an einen bestimmten Frequenzbereich gebunden und nennt die Summe aller Schalldrücke oder Schallleistungen in diesem Frequenzbereich. Die Summe resultiert hierbei nicht aus den Pegel- bzw. dB-Werten, sondern aus den physikalischen Werten Schalldruck (p) bzw. Schallleistung (W). Der Summenpegel des gesamten Hörfrequenzbereichs (16 Hz bis 16 kHz) wird meist einfach als Schallpegel, der Summenpegel einer Oktave bzw. Terz als Oktavpegel bzw. Terzpegel bezeichnet.

Der Schalldruck ist die lokal gemessene Größe der Geräuschentwicklung an einem bestimmten Ort. Er ist abhängig von der Entfernung, dem Aufstellort und der Umgebung Abb. 4. In der Regel nimmt der Schalldruck mit der Entfernung von der Schallquelle durch die zunehmende beschallte Fläche und durch schallabsorbierende Flächen ab. Der Schalldruck ist damit ungeeignet, um akustische Eigenschaften eines Gerätes zu beschreiben, da er erst aus dem Wechselspiel von Gerät und Aufstellort sowie der Position des Hörenden resultiert.

Die Schallleistung ist eine mechanische Leistung und definiert als die von der Schallquelle abgegebene gesamte Leistung des Schalls, unabhängig von der Entfernung, vom Aufstellungsort und der Umgebung. Diese raum- und richtungsunabhängige Leistung ist notwendig zur Erzeugung von Schalldruckwellen und resultiert z. B. aus der Integration der Schalldrücke über eine Hüllfläche um die Geräuschquelle.

Schallangaben in der Praxis

In der Praxis wird häufig der Schalldruck eines Gerätes in Kombination mit mehr oder weniger gut spezifizierten Raum- und Aufstellungsbedingungen genannt. Für den Fall, dass die spezifizierten Bedingungen den späteren, realen Nutzungsbedingungen entsprechen, ist diese Angabe vorteilhaft. In allen anderen Fällen müssen die Schalldruckangaben aufwendig auf die konkreten Bedingungen umgerechnet werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass Schalldrücke unterschiedlicher Geräte, denen ungleiche Bedingungen zugrunde liegen, direkt verglichen werden und daraus wiederum falsche Schlussfolgerungen resultieren.

Bei den Herstellern von Wärmepumpen basieren die Angaben der Schalldruckpegel zudem auf unterschiedlichen Berechnungsverfahren. Dazu werden die Angaben teilweise mit, teilweise ohne Reflexion des entstehenden Schalls angegeben. Vergleichbare Informationen bieten eigentlich nur die Schallleistungsangaben. Mittels der Schallleistung sind nicht nur die akustischen Eigenschaften eines Produkts zu beschreiben, sie ermöglicht auch eine direkte Gegenüberstellung unterschiedlicher Geräte eines oder verschiedener Hersteller. Somit empfiehlt es sich, bei einem Gerätevergleich die Schallleistungen zu betrachten Abb. 5.

Beurteilung von Geräuschen

Im Bestreben, die Störfähigkeit bzw. Lästigkeit von Geräuschen durch eine Zahl zu kennzeichnen, haben sich verschiedene Verfahren herausgebildet. In Deutschland und vielen anderen Ländern wird bevorzugt der A-bewertete Schallpegel (Schalldruck- oder Schallleistungspegel) in dB(A) benutzt (dann auch LpA und LWA), bei dem tiefe Frequenzen entsprechend der verminderten Gehörempfindlichkeit wesentlich schwächer bewertet werden.

Diese Bewertung versagt jedoch, wenn Geräusche starke tonale Komponenten im niederfrequenten Bereich aufweisen, d. h. Einzeltöne störend hervortreten. Diese bewirken aufgrund der Abzüge der A-Bewertung unter Umständen keine Zunahme des A-bewerteten Summenpegels und sind darum nicht als Einzelwert erkennbar. Um diesem Sachverhalt Rechnung zu tragen, ist es sinnvoll, die TA Lärm bzw. DIN 45 681 zur Bewertung von Tonhaltigkeiten zu beachten.

Neben der A-Bewertung werden länderspezifisch noch unterschiedliche Grenzverfahren angewendet. Das Oktavspektrum wird hierbei in Grenzkurvenblätter eingetragen; die höchste vom gemessenen Geräusch noch berührte Grenzkurve, die sogenannte NR(Noise Rating)-Kurve, wird als charakteristisch für die Wirkung des Geräusches angesehen. Diese Verfahren bestehen darin, selbst komplexe Geräusche nur nach einer Oktave zu bewerten. Somit erhalten ganz verschiedene Spektren die gleiche Beurteilungskennziffer, wenn sie nur die gleiche Grenzkurve berühren. Eine Informationserhöhung gegenüber der A-Bewertung wird jedoch nicht gewonnen, da die Kennzahlen der Grenzkurve keine Aussagen über den tatsächlichen Verlauf des zu beurteilenden Spektrums ermöglichen. Die Unzulänglichkeit der angesprochenen Bewertungsverfahren bezüglich der empfundenen Lästigkeit von Geräuschen verdeutlicht Abb. 6 anhand nicht praxisrelevanter Daten.

Die Spektren der gewählten Geräusche unterscheiden sich nur bei 125 Hz. Bei dieser Frequenz weist Geräusch A einen deutlichen tonalen Anteil auf, dessen Pegel von 60 dB um 10 dB über den übrigen Pegeln liegt und so als deutlich hörbarer, lästiger Einzelton wirken wird. Die bewerteten Summenpegel beider Geräusche sind trotz unterschiedlicher Geräuschspektren identisch. Somit ermöglicht weder die A-Bewertung noch das NR-Grenzkurvenverfahren dem Beurteilenden, den kritischen Einzelton im Geräusch A zu identifizieren.

Die Unzulänglichkeit von Bewertungsverfahren bezüglich der Lästigkeit von Geräuschen ist deutlich anhand des Beispiels zu erkennen. Selbst bei 70 dB in der Oktavmittenfrequenz 125 Hz hätte das NR-Grenzkurvenverfahren noch keine höhere Einstufung ergeben. Große Hersteller, beispielsweise Vaillant, optimieren ihre Luft/Wasser-Wärmepumpen deswegen schon ab der ersten Konzeption auf eine möglichst niedrige Schall-emission und eine „angenehme Akustik“. Oliver Gremm Abb. 7, Leiter Produktvermarktung bei Vaillant Deutschland: „Wir nennen dieses Verfahren psychoakustische Optimierung. Damit eliminieren wir gezielt als unangenehm empfundene Frequenzen, die aus dem gesamten Akustikspektrum herausragen. Darüber hinaus vermeiden wir konsequent als tiefe Brumm- und schrille Pfeiftöne empfundene Frequenzen. Denn diese Frequenzen werden oft als besonders störend empfunden und können zu Beschwerden der Nutzer oder ihrer Nachbarn führen.“

1) Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm – TA Lärm) vom 26. August 1998 (GMBl Nr. 26/1998 S. 503) zuletzt geändert durch die Verwaltungsvorschrift vom 01. Juni 2017 (BAnz AT 08.06.2017 B5), Download: www.bit.ly/ta-laerm-volltext

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Bei Schallangaben genau hinschauen!
  2. Teil: Dipl.-Kfm. Martin Schellhorn
  • 2  Bei Wärmepumpen hat sich besonders die Energiequelle Luft positiv entwickelt. Luft/Wasser-Wärmepumpen haben ein unbestreitbares technisches Merkmal, das bei Planung und Installation sorgfältig berücksichtigt werden muss: ihre Betriebsgeräusche.

  • 3  In der TA Lärm und in der Ökodesign-Richtlinie ist der Schallleistungspegel das Maß der Dinge. Im Markt wird jedoch auch oft der Schalldruckpegel aufgeführt.

  • 4  Empfohlene und zu vermeidende Aufstellorte: Der Schalldruck ist die lokal gemessene Größe der Geräuschentwicklung an einem bestimmten Ort. Er ist abhängig von Entfernung, Aufstellort und Umgebung.

  • 5  Die Schallleistung ist definiert als die von der Schallquelle abgegebene gesamte Leistung des Schalls, unabhängig von Entfernung, Aufstellort und Umgebung. Mit der Schallleistung lassen sich nicht nur die akustischen Eigenschaften eines Produktes beschreiben, er ermöglicht auch eine direkte Gegenüberstellung unterschiedlicher Geräte. Berechnung des Beurteilungs-pegels L r auf Basis von Herstellerdaten und Vorgaben der TA Lärm.

  • 6  Typische Bewertungsverfahren

    sind bezüglich der empfundenen Lästigkeit von Geräuschen bei kritischen Einzeltönen unzulänglich.

  • 7  Oliver Gremm: „Neben möglichst niedrigen Schallemissionen ist es auch wichtig, lästige Geräusche, wie tiefe Brumm- und schrille Pfeiftöne, gezielt zu eliminieren. Wir nennen dieses Verfahren psychoakustische Optimierung.“

  • 8  Je ausführlicher, desto besser: Die Angaben zur Schallentwicklung bei Luft/Wasser-Wärmepumpen unterscheiden sich je nach Hersteller.

Vaillant

Vaillant

Vaillant

Vaillant

Schellhorn PR

Vaillant

Vaillant

  • Zurück
  • Druckansicht
  • Versenden

Weitere TGA online Inhalte

Nach Schlagworten:

› Schalldruck (48%) › Schallleistung (43%) › Schallangabe (34%)

Weitere Links zum Thema: