Reduktion von Schallemissionen in der Heiztechnik - Buderus

Reduktion von Schallemissionen
in der Heiztechnik
Die Heiztechnik ist heute geprägt durch hohe Umweltanforderungen.
Neben einer sparsamen und schadstoffarmen Betriebsweise
gehört dazu ebenso die Reduktion von Schallemissionen.
Die Umwandlung der in den Brennstoffen enthaltenen
Energie in Wärme ist immer mit Geräuschen verbunden. Diese
werden insbesondere durch den Brenner und die Flamme sowie
die Strömung der Verbrennungsgase verursacht. Aber
auch die Strömung der Wärmeträgermedien in den Rohrleitungen
kann zu Geräuschentwicklungen führen. Je nach Intensität
können diese als unangenehm empfunden und so als
Lärm wahrgenommen werden.
Da ständiger Lärm beim Menschen
nachweislich zu Stress führt und
dadurch die Gesundheit schädigen
kann, ist dem Schallschutz in der Heiztechnik
nicht nur ein hoher Stellenwert
bezüglich des Wohnkomforts, sondern
auch des Wohlbefindens einzuräumen.
Über das akustische Verhalten komplexer
Heizungsanlagen sind aber im vorhinein
nur sehr bedingt Aussagen möglich. Dennoch
sollte der Schallschutz bereits frühzeitig
in der Anlagenplanung Berücksichtigung
finden. Dies gilt ebenfalls für
eventuelle Schallschutzmaßnahmen zur
Nachrüstung, da nicht vorhergesehene
Verbesserungen schnell aufwendige Umbauten
und erhebliche Mehrkosten zur
Folge haben können.
Grundlagen
Grundsätzlich werden unter Schall in der
Physik mechanische Schwingungen und
Wellen verstanden. Eine Schwingung
kann dabei als Bewegung eines Körpers
aus seiner Ruhelage beschrieben werden,
die dieser anschließend wieder einnimmt.
Wiederholt sich dieselbe Bewegung kontinuierlich,
so wird von einer periodischen
Schwingung gesprochen. Von
Wellen ist die Rede, wenn der schwingende
Körper mit noch anderen in Zusammenhang
steht und sich die Bewegung
auf das gesamte miteinander
verbundene System ausbreitet. In gasför-
migen und flüssigen Medien pflanzt sich
der Schall durch Druckschwankungen,
den so genannten Longitudinalwellen
fort. In der Luft sind diese als Luftschall
vom Menschen unmittelbar hörbar. Im
Gegensatz dazu kann der sich in festen
Körpern durch Auslenkungen als Transversalwellen
ausbreitende Körperschall
nicht direkt wahrgenommen werden.
Sehr wohl regen aber Transversalwellen
üblicherweise auch die den Körper umgebende
Luft zum Schwingen an und
sind somit ebenfalls für das Geräuschempfinden
von Bedeutung. In der Praxis
gehen Geräuschemissionen zumeist auf
eine Kombination von Luft- und Körperschall
zurück.
Tonhöhe
Als charakteristische Merkmale einer jeden
Schwingung sind die Frequenz (f),
die Amplitude (y) sowie die Phase (ϕ) zu
nennen. Bei einer Welle kommt noch die
Ausbreitungsgeschwindigkeit (c) hinzu
(Bild 1). Auf das Schallempfinden des
Menschen haben hiervon jedoch lediglich
die Frequenz und die Amplitude einen
Einfluss. Die Frequenz ist dabei
maßgeblich für die Tonhöhe des Schalleindruckes
verantwortlich. Sie wird
durch die Schwingungshäufigkeit beschrieben.
Bei dem direkt vom Menschen
hörbaren Luftschall entspricht dies der
Anzahl der Druckschwankungen in einer
Heizung
■ Dipl.-Ing. (FH) BSc Frank Sprenger
Zeiteinheit. Die Angabe erfolgt im Allgemeinen
pro Sekunde, was durch die Einheit
Hertz (Hz) zum Ausdruck kommt. Je
höher die Frequenz ist, desto höher wird
auch das emittierte Geräusch vernommen.
Zur Beurteilung von Geräuschen
wird allerdings nicht jede einzelne Frequenz
für sich betrachtet, sondern bestimmte
Frequenzbereiche nach DIN EN
61 260 zu so genannten Bändern zusammengefasst.
Hierfür wurde der logarithmisch
aufgetragene Frequenzmaßstab linear
in gleich große Abschnitte geteilt.
680 1.1
TAB 7/2002
Amplitudenhöhe (y)
Technische Public Relations, Buderus Heiztechnik GmbH,
35573 Wetzlar
Kenngrößen einer Schwingung
Schwingungsdauer (T)
Frequenz (f) = 1/T
Phasenwinkel
(ϕ 0 )
Schallausbreitungsgeschwindigkeit (c) in Luft
bei 20 °C: ca. 344 m/s = 1238,4 km/h
Zeit (t)
Amplitude (y max )
Bild 1: Unter Schall werden mechanische
Schwingungen und Wellen verstanden,
die durch die Merkmale Phase (ϕ), Ausbreitungsgeschwindigkeit
(c), Frequenz (f)
und Amplitude (y) charakterisiert werden,
von denen jedoch nur die letzten beiden
Größen einen Einfluss auf das menschliche
Schallempfinden haben
35

Heizung
Wahrnehmung der Lautstärke im Hörbereich
Schallstärke
(I)
in W/m 2
in
Pa (N/m 2 )
200
20 2
2 0,2
0,2 2 . 10 -2
20
2 . 10 -2
2 . 10 -3
2 . 10 -3
2 . 10 -4
2 . 10 -4
2 . 10 -5
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
10
-12
10 -10
10 -8
10 -6
10 -4
10 -2
Lautstärke (Λ) in phon
Schalldruck
(∆p)
100 Hz
3150 Hz
in
µ bar
Schmerzgrenze 120
1
110
100
90
Bauphysik
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Hörschwelle
20 3 4 5 7 100 200 3 4 5 7 1000 2000 3 4 5 7 10000 20000
Frequenz (f) in Hz
Oktavband:
16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Mittenfrequenzen
11,25 22,5 45 90 180 355 710 1400 2800 5600 11200 22400 Frequenzgrenzen
Schallpegel (L) in dB
Infraschall
Bild 2: Die Tonhöhe des Schalleindruckes ist von der in Oktaven eingeteilten Frequenz (f)
abhängig. Schallpegel (L), Schalldruck (∆p) bzw. Schallstärke (I) beeinflussen hingegen die
Lautstärke. Das nur sehr subjektive Lautstärkeempfinden des Menschen wird vom Lautstärkepegel
(Λ) berücksichtigt
Die gebräuchlichste Unterteilung stellt
das Oktavband dar, bei dem die Frequenzbereiche
in einem Schwingungs-
∧
verhältnis von 2:1 stehen. Dieses Intervall
wird Oktave (griech.: okta = acht)
genannt, weil es den Abstand zwischen
einem Ausgangston und dem darauffolgenden
achten Ton der diatonischen
Tonleiter darstellt. Reichen die in einem
Oktavband zusammengefassten Informationen
zu einem Geräusch nicht aus,
so kann jede Oktave wiederum in drei linear
gleiche Teile – in das so genannte
∧
Terzband (griech.: terz = drei) – zerlegt
werden. Das menschliche Hörspektrum
umfasst den Frequenzbereich zwischen
16 Hz und 20 kHz und betrifft damit
insgesamt elf Oktaven. Außerhalb dieser
Grenzen wird Schall mit niedrigeren
Frequenzen als Infraschall sowie mit
höheren Frequenzen als Ultraschall bezeichnet.
Zwar treten Schallemissionen
in der Bauphysik hauptsächlich im Frequenzbereich
zwischen 100 Hz und
3150 Hz auf – der mit ausreichender Genauigkeit
fünf Oktaven beinhaltet –, jedoch
sollten bei gebäudetechnischen Betrachtungen
auch außerhalb liegende
Frequenzbereiche einbezogen werden.
Lautstärke
Neben der Tonhöhe umfasst die menschliche
Schallwahrnehmung auch die
Lautstärke, die durch die Amplitude be-
stimmt wird. Sie ergibt sich aus dem
Ausschlag der Schwingung, der beim
Luftschall mit der Höhe der Druckschwankung
gleichgesetzt werden kann.
Dieser Differenzdruck ist direkt als
Schalldruck (∆p) in den Einheiten Pa
(N/m 2 ) oder bar (10 5 Pa) messbar. In der
Praxis hat sich jedoch die Bezeichnung
als Schallpegel (L) mit einem logarithmischen
Maßstab und der Einheit Dezibel
(dB) durchgesetzt (Bild 2). Häufig wird in
diesem Zusammenhang auch von der
Schallstärke oder Schallintensität (I) gesprochen.
Sie beschreibt die transportierte
und auf eine Fläche einwirkende
Schallenergie und wird mit der Einheit
(W/m 2 ) ausgedrückt. Die Einheit Dezibel
ist ähnlich wie Prozentgrößen ein an sich
Korrekturwerte in dB
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
Zusammenhang zwischen Schalldruck (Pa), Schallpegel (dB)
und A - Bewertung
31,5 63 125 250 500 1000
Korrekturkurve für
A-Bewertung
-39,4
-26,2
dimensionsloses Verhältnismaß. Es setzt
den quadrierten Schalldruck in Bezug zu
einer Referenzgröße, die hier auf einen
quadrierten Druck von 2 × 10-5 Pa festgelegt
wurde und bei einer Frequenz von
1 000 Hz in etwa der Hörschwelle entspricht.
Mit dem Begriff Dezi (lat.: decem
∧
= zehn) wird zum Ausdruck gebracht,
dass die Angabe Dezibel das zehnfache
des Grundwertes Bell darstellt. Mit der
Verzehnfachung sollen Kommastellen
vermieden und eine bessere Darstellbarkeit
erreicht werden. Auf diese Weise
wird der Hörbereich von der Hörschwelle
bis zur Schmerzgrenze - die bei einer
Frequenz von 1 000 Hz etwa bei 20 Pa
liegt - durch einen dB-Maßstab von 0 bis
120 abgedeckt.
Physiologische Anpassung
Da der Mensch allerdings eine eher
subjektive Schallwahrnehmung besitzt
und Schall bei verschiedenen Frequenzen
unterschiedlich laut bewertet, spiegelt
der objektive Schallpegel das Lautstärkeempfinden
des Menschen jedoch nur
grob wider. Dieser Sachverhalt kommt in
der Angabe des Lautstärkepegels (Λ) in
Phon zum Ausdruck. Lautstärkepegel
entsprechen zahlenmäßig etwa den in dB
angegebenen Schallpegeln bei einer Frequenz
von 1000 Hz. Von dieser Basis aus
werden die Lautstärkepegel aus physiologischen
Untersuchungen als Kurven
gleich laut wahrgenommenen Schalls
über der Frequenz fortgeführt. Dabei ist
gut zu erkennen, wie die empfundene
Lautstärke von der Frequenz beeinflusst
wird. Für physikalische Schallangaben
sind die Lautstärkepegel allerdings weniger
geeignet. Aus diesem Grund wurden
für die physikalische Messgröße des
Schallpegels verschiedene Bewertungs-
Umrechnung des Schalldruckes (Pa)
in den Schallpegel (dB):
L = 10 . log(p 2 2
/p )
0
Darin sind:
L – Schallpegel in dB
p – Schalldruck in Pascal
p – 2
0 . 10 -5 Pascal
36 TAB 7/2002 680 1.2
Ultraschall
-16,1
-8,6
-3,2
0
1,2 1,0
2000 4000
Oktaven in Hz
8000 16000
-1,1
-4,3
Bild 3: Der Schalldruckpegel
in Pa
kann über einen
einfachen mathematischenZusammenhang
in einen
Schallpegel mit der
Einheit dB umgerechnet
werden.
Zur Berücksichtigung
der physiologischenEigenschaften
geben so
genannte Bewertungskurven
in
den Oktavbändern
Korrekturwerte vor

fallendes Blatt
Nieselregen
Kühlschrank
Vogelgezwitscher
Fernseher auf
Zimmerlautstärke
laute Sprache
starker Straßenverkehr
(10 m)
Schlagbohrmaschine
Presslufthammer (1 m)
Düsenjäger im
Stand (15 m)
dB(A)
kurven eingeführt, mit denen die physiologischen
Eigenschaften berücksichtigt
werden sollen (Bild 3). Allen Bewertungskurven
gemein ist, dass sie die realen
und wahrgenommenen Schallpegel
bei einer Frequenz von 1000 Hz gleichsetzen.
Für andere Frequenzen geben sie
in den Oktavbändern Korrekturwerte vor,
mit denen der Schallpegel der menschlichen
Empfindung angeglichen wird. Zur
Kennzeichnung entsprechend bewerteter
Schallpegel wird der jeweilig zugrundegelegte
Kurventyp der Einheit Dezibel in
Klammern angehängt. Für die zumeist
herangezogene Bewertungskurve des
Typs „A“ ergibt sich damit die Bezeichnung
db(A). Hierbei bedeutet die Erhöhung
des Schallpegels um 10 dB(A)
etwa eine Verdoppelung des empfundenen
Lärms (Bild 4).
Umgang mit Schallpegeln
Geräusche sind grundsätzlich aus vielen
Frequenzen zusammengesetzt. Tritt ein
Schallpegel nur in einer Frequenz auf, so
handelt es sich um einen einzelnen Ton.
Für die Beurteilung bestimmter Schallquellen
werden deshalb Frequenzanalysen
durchgeführt. D.h. es werden die
Schallpegel in den einzelnen Frequenzen
gemessen, wobei als Abstand von Frequenz
zu Frequenz eine Oktave oder seltener
auch ein Terz gewählt wird. Daraus
ergeben sich Oktav- oder Terzpegel, die
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Hörschwelle
Schlafräume
Eine Erhöhung des Schallpegels um 10 dB(A) bedeutet eine
Verdopplung des empfundenen Lärms
geistige Tätigkeiten
wird als unangenehm
empfunden
beeinträchigt
Sprachverständigung
gesundheitsgefährdeter
Bereich
Schmerzschwelle
Bild 4: A-bewertete
Schallpegel
mit Lautstärkebeispielen
bei geräuschintensiven Geräten oft auch
in den technischen Daten angegeben
werden. Sie zeigen die Schallpegel in den
einzelnen Oktaven bzw. Terzen. Meist
treten in der Praxis auch mehrere Schallquellen
gemeinsam auf, die wiederum
andere Oktavpegel verursachen. Die Einzelgeräusche
summieren sich dann zu einem
Gesamtgeräusch in jeder Oktave
auf. Zur Ermittlung der aus Schallüberlagerungen
resultierenden Schallpegel
werden die dB-Werte oder dB(A)-
Werte in den einzelnen Oktaven
logarithmisch addiert (logarithmische
Addition von Schallpegeln:
L gesamt
Diesbezüglich ist darauf zu achten,
dass nur bewertete (dB(A)-Werte) oder
nicht bewertete (dB-Werte) Schallpegel
Bild 5: Größenordnung
der Schallpegel
im Aufstellraum
von drei
unterschiedlichen
Heizkesseln. Deutlich
ist mit zunehmender
Leistung
ein Anstieg der
Geräuschemissionen
zu erkennen
L1 L2Ln 10 10 10
= 10log( 10 + 10 + ... + 10 )
680 1.3
TAB 7/2002
Schallpegel in dB (A)
90
Heizung
miteinander verrechnet werden. Eine Bewertung
der Schallpegel kann durch Addition
oder Subtraktion der entsprechenden
Korrekturwerte in den einzelnen
Oktaven erfolgen. Üblicherweise besteht
zur besseren Vergleichbarkeit und auch
bei Grenzwerten außerdem die Forderung
der Angabe nur eines einzelnen
frequenzübergreifenden Schallpegels. Zu
diesem Zweck werden die ermittelten Gesamtoktavpegel
schließlich ebenfalls logarithmisch
zusammengefasst. Bei einem
daraus folgenden Ergebnis ist allerdings
kein Zusammenhang mehr herstellbar
und auch keine Vergleichsmöglichkeit
mehr gegeben zwischen Schallpegeln, die
in dB und dB(A) angegeben werden.
Lästigkeitsbewertung
Auf diese Weise berechnete Geräusche
können, obwohl sie die gleichen
frequenzübergreifenden Schallpegel aufweisen,
dennoch – aufgrund der subjektiven
menschlichen Wahrnehmung und
den verschiedenen Oktavpegeln bzw.
Tonhöhen – als unterschiedlich unangenehm
oder lästig empfunden werden. In
diesem Zusammenhang ist eine weitere
Geräuschbeurteilung zu nennen, die dazu
dient, Schall hinsichtlich des Maximalwertes
zu klassifizieren. Es handelt sich
dabei um so genannte Grenzkurven für
Geräusche gleicher Lästigkeit – auch NR-
Kurven (noice rating curves) genannt –,
denen bestimmte dB(A)-Werte zugeordnet
sind. Die Anwendung solcher Kurven erfordert
stets eine Oktavanalyse. Die
Grenzkurven geben in jeder Oktave einen
Maximalwert vor, der von den Oktavpegeln
zur Einhaltung eines frequenzübergreifenden
Schallpegels nicht überschritten
werden darf. D.h. es müssen sämtliche
Oktavpegel des Geräusches unter der
Grenzkurve liegen, damit ein frequenzübergreifender
Schallpegel den berechneten
dB(A)-Wert hält. Liegt ein Oktavpegel
Typische Schallemissionen im Aufstellraum
85
80
75
70
65
60
55
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Heizkessel mit Gebläsebrenner
Heizkessel mit Gebläsebrenner und Schalldämpfhaube
Heizkessel mit atmosphärischem Brenner
Leistung in kW
37

Heizung
über der Grenzkurve, so kann der berechnete
dB(A)-Wert nicht gehalten werden
und es muss der dB(A)-Wert der nächst
höheren Grenzkurve angegeben werden.
Diesbezüglich existiert zur Zeit allerdings
international noch kein einheitlicher
Standard. In Deutschland sind die Grenzkurven
für Geräusche gleicher Lästigkeit
in den VDI-Richtlinien 2081 definiert.
Schallausbreitung
Schall breitet sich von der Quelle, im Idealfall
kugelförmig, nach allen Richtungen
hin aus. Ist der Raum, in dem sich die
Schallwellen ausbreiten, nicht oder nur
teilweise begrenzt, handelt es sich um ein
freies Schallfeld, das eine ungehinderte
Ausbreitung erlaubt. Im anderen Fall
kommt es an den Begrenzungsflächen
zur Reflexion und Absorption der Schallwellen.
Diese Eigenschaften haben zur
Folge, dass Geräusche stark von ihrer
Umgebung beeinflusst werden. So weisen
unterschiedliche Begrenzungsflächen verschiede
Reflektions- und Absorptionsgrade
auf, die von deren Größe, Oberflächenstruktur
und Ausrichtung zur
Schallquelle abhängen. Glatte Flächen
wirken eher reflektierend. Hohe Absorptionsgrade
besitzen hingegen raue Flächen.
Schalldämmende Materialien sind deshalb
porös aufgebaut. In einem Raum
werden Geräusche aber immer auch reflektiert.
Das führt dazu, dass der Schallpegel
nach Abschalten der Schallquelle
erst nach einer gewissen Nachhallzeit
wieder auf den Ausgangswert abfällt. Bei
Räumen mit sehr glatten Wänden und
ungünstigen Formen ohne Abwanderungsmöglichkeit
für den Schall, kann es
durch Reflexion sogar zu so genannten
stehenden Wellen kommen. Andererseits
können Geräusche in einem Raum durch
stark schallabsorbierende Wände und
Einrichtungsgegenstände auch erheblich
gedämpft werden.
Schallpegel in dB (A)
115
110
105
100
95
Typische Schallemissionen im Abgasweg
10 100
Leistung in kW
Grenzwerte
Grundsätzlich wird der Schallschutz im
haustechnischen Bereich bei Schallemissionen
vom Heizraum ins Gebäude in der
DIN 4109 geregelt. Danach darf der
Schallpegel z.B. in benachbarten schutzbedürftigen
Räumen nicht mehr als 35
dB(A) in Arbeitsräumen und nicht mehr
als 30 dB(A) in Wohn- und Schlafräumen
betragen. Ausgenommen von diesen
Anforderungen sind jedoch Geräusche
aus haustechnischen Anlagen im eigenen
Wohnbereich. Bezüglich Schallemissionen
vom Heizraum nach außen gibt das
Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische
Anleitung zum Schutz gegen Lärm:
TA-Lärm) in der sechsten Verwaltungsvorschrift
Immissionsrichtwerte vor. So
gilt z.B. für Wohngebiete ein zulässiger
Schallpegel, der tagsüber bei 50 dB(A)
und nachts bei 35 dB(A) liegt. Auch die
VDI-Richtlinie 2058 macht Angaben
hinsichtlich des Lärms, der am Arbeitsplatz
unter Berücksichtigung der unterschiedlichen
Tätigkeiten betrachtet wird.
Hiernach darf beispielsweise ein Schallpegel
von 70 dB(A) bei einfachen Büroarbeiten
oder vergleichbaren Tätigkeiten
nicht überschritten werden. All diese
Werte sollen Menschen vor unzumutbaren
Belästigungen durch Schallübertragung
schützen.
Schallentstehung
Im Bereich der Heiztechnik kann die
Schallentstehung und –ausbreitung generell
von allen Bereichen ausgehen,
beschränkt sich aber im Wesentlichen
auf die Heizzentrale selbst. Dabei wird
der Schall sowohl als Luft- als auch in
Form von Körperschall abgegeben. Vor
allem bei Heizungsanlagen mit größeren
Leistungen entstehen gegenüber kleineren
Heizungsanlagen aufgrund der
höheren spezifischen Belastungen
zwangsläufig höhere Schallemissionen.
Gasbrenner
Ölbrenner
1000
Bild 6: Im Gegensatz
zu dem eindeutigen
Verlauf
der Geräuschemissionen
im Aufstellraum
zeigen die
Werte von Messungen
von Schallpegeln
im Abgasweg
verschiedener
Heizkessel ein
unregelmäßiges
Erscheinungsbild
Als eine der Hauptschallquellen ist hier
der Brenner zu nennen, der Verbrennungs-
und Gebläsegeräusche verursacht.
Diese Geräusche werden zum einen
in den Aufstellraum selbst und zum
anderen in das Abgassystem emittiert,
von dem aus sie ins Freie getragen werden.
Die beiden Emissionswege stehen
dabei aber nicht unbedingt in Zusammenhang
miteinander. D.h. eine Heizungsanlage,
von der so hohe Schallpegel
über das Abgassystem ausgehen,
dass die Nachbarschaft gestört wird,
muss nicht zwangsläufig auch im
Wohnbereich stören und umgekehrt
(Bilder 5 und 6).
Allerdings ist es nicht immer leicht,
Aussagen über die späteren Schalleigenschaften
der Gesamtanlage zu machen.
Zwar können die Geräuschemissionen
nach vorhergehenden Ausführungen zur
Orientierung berechnet, bewertet und mit
entsprechenden Grenzwerten verglichen
werden, konkrete Angaben über das
akustische Verhalten von Heizungsanlagen
sind aber im vorhinein, wenn überhaupt,
nur sehr schwer möglich. Neben
den zahlreichen Einflussfaktoren spielen
nämlich auch die realisierbaren Fabrikationskombinationen
eine Rolle. So stellten
sich z.B. bei einem mit unterschiedlichen
Brennern bestückten Heizkessel
u.U. sehr verschiedene Geräuschpegel
ein. Genauso kann ein Brenner in verschiedenen
Heizkesseln eingesetzt, unterschiedliche
Schallemissionen abstrahlen.
Ausgeführte Anlagen bieten hier
grundsätzlich Erfahrungen und Anhaltswerte.
Die dabei erzielten Ergebnisse sind
jedoch nicht in vollem Umfang auf andere
Anlagen übertragbar. Die sich einstellenden
Schallpegel richten sich vielmehr
nach den individuellen Gegebenheiten der
Anlagentechnik und des Aufstellraumes.
Umso wichtiger ist es, mögliche Schallschutzeinrichtungen
frühzeitig in der Planung
zu berücksichtigen. Wenn nach Fertigstellung
des Bauvorhabens schließlich
durch Messungen ein zu hoher Schallpegel
festgestellt wird und keine schallmindernden
Optionen einkalkuliert wurden,
sind Nachbesserungen meist sehr aufwendig.
Die Bestimmung entsprechender
Geräuschmessungen ist derzeit in den
Normen DIN 45 635-47 und ISO 3740 definiert.
Für den Bereich der Warm- und
Heißwasser-Heizungsanlagen werden diese
Messverfahren in der VDI-Richtlinie
2715 beschrieben.
38 TAB 7/2002 680 1.4

Schallvermeidung
Schon vor Erstellung des Gebäudes sind
schallfördernde Ausführungsformen weitestgehend
zu vermeiden. So ist bereits die
Festlegung der Lage des Heizraumes für
den Schallschutz relevant. Heizraum und
Abgasanlage sollten möglichst nicht direkt
an primäre Aufenthaltsräume grenzen. Eine
Anordnung neben untergeordnete Gebäudebereiche
wie Abstellräume, Flure,
Treppenhäuser oder Toiletten ist ratsam.
Für den Fall, dass die Anordnung des
Heizraumes neben einem schallschutzbedürftigen
Raum unumgänglich ist, wie es
u. a. oft bei Dachheizzentralen vorkommt,
sind ggf. bauliche Maßnahmen vorzusehen.
Der Heizraum kann diesbezüglich
beispielsweise mit besonders dicken Wänden,
einer Schalldämmung oder einem
Zwischenraum bzw. einer Trennfuge zum
Nachbarraum ausgeführt werden. Um
Schwingungen zu vermeiden, ist weiterhin
darauf zu achten, dass das Kesselfundament
auf ausreichend gestütztem Boden
errichtet wird. Kann der Heizraum nicht
im Untergeschoss angeordnet werden,
sollte das Kesselfundament zumindest
über Stützmauern, Pfeiler oder Unterzüge
positioniert werden. Schallbrücken bzw.
Verbindungen, über die sich der Schall auf
andere Bereiche ausbreiten kann, sind zu
vermeiden.
Auch die Schallentstehung in der Heizungsanlage
kann in gewissen Grenzen
im vorhinein beeinflusst werden. Ein
wichtiges Thema sind hier Geräuschemissionen,
die in Rohrleitungen bei
Strömungsgeschwindigkeiten ab 1 m/s
auftreten können und sich dann möglicherweise
über das gesamte Rohrnetz
ausbreiten. Durch eine entsprechend
großzügige Dimensionierung von Rohrnetzen
und Ventilen können diese vermieden
werden. Allgemein gilt es, Strömungsquerschnitte
günstig auszulegen
und Umlenkungen möglichst zu vermeiden.
Diese Forderung gilt identisch auch
für die Abgasanlage. Erheblichen Einfluss
auf den entstehenden Schallpegel hat
außerdem die Auswahl der einzelnen Anlagenkomponenten.
Pumpen, Gebläse,
Stellantriebe und Armaturen verschiedener
Fabrikationen weisen in der Regel unterschiedliche
Geräuschpegel auf. Wie bereits
beschrieben, betrifft dies im
Besonderen den zum Einsatz kommenden
Heizkessel und den darin integrierten
Brenner. Für besonders schallsensible Einsatzbereiche
sind beispielsweise atmos-
phärische Gas-Heizkessel attraktiv. Diese
kommen ohne Gebläse aus und arbeiten
deshalb grundsätzlich etwas leiser.
Luftschalldämpfung
Der Brenner wurde bereits als eine der
Hauptschallquellen benannt. Werden zu
hohe Schallpegel festgestellt, sollte der
Brenner deshalb vor weiteren Schallschutzmaßnahmen
zunächst überprüft
werden. So können sich schon aus einer
günstigeren Brennereinstellung oder einer
veränderten Brennerkopfausrüstung niedrigere
Schallpegel ergeben. Stellen sich dadurch
keine Verbesserungen ein, kann der
Schall mit zusätzlichen Komponenten gedämpft
werden. Bei dem Einsatz solcher
Schalldämpfmaßnahmen sind mehrere
Dinge zu beachten. So besitzen sie sehr
unterschiedliche Dämpfeigenschaften und
haben bei verschiedenen Frequenzen eine
andere Wirkung. Daher ist unbedingt die
angegebene Schalldämpfung in den einzelnen
Oktaven mit den Oktavpegeln des
Geräusches zu vergleichen. Brenner besitzen
beispielsweise meist die höchsten
Schallpegelspitzen im niedrigen Frequenzspektrum
bis etwa 400 Hz und bedürfen
daher einer speziell auf den Bereich abgestimmten
Schalldämpfmaßnahme. Weiterhin
ist die Angabe der Schalldämpfung bei
entsprechenden Komponenten immer in
Zusammenhang mit einem Bezugs-
Heizung
Bild 7: Heizkessel mit vorgesetzter Schallhabe, die nicht nur in Bezug auf die Geräuschemissionen,
sondern auch hinsichtlich des Designs auf Brenner und Heizkessel abgestimmt ist
geräusch zu sehen, bei dem die Dämpfung
erfolgen soll. Es kann aber davon ausgegangen
werden, dass eine Schalldämpfmaßnahme
bei einem Geräusch mit niedrigeren
Schallpegeln als dem Bezugsgeräusch
die gleiche oder sogar eine stärkere
Dämpfung erreicht. Außerdem
benötigen schalldämpfende Komponenten
einen gewissen Platzbedarf, der möglichst
bei jeder Planung berücksichtigt werden
sollte, um die Option einer nachträglichen
Dämpfung offenzuhalten.
Im Abgasweg ist die Schallreduzierung
mit Abgasschalldämpfern besonders wirkungsvoll,
die zwischen Heizkessel und
Abgassystem montiert werden. Hier bietet
sich an, das Abgassystem so auszuführen,
dass ein Segment des Abgasrohrs später
bei Bedarf einfach gegen einen solchen Abgasschalldämpfer
ausgetauscht werden
kann. In der VDI-Richtlinie 2715 wird sogar
grundsätzlich empfohlen einen Abgasschalldämpfer
vorzusehen, wenn mit zu
hohen Geräuschpegeln zu rechnen ist. Abgasschalldämpfer
arbeiten auf Basis der
Schallabsorption, sind meist aus Stahl geschweißt
und innen mit einem Dämpfstoff
ausgekleidet. Für den Brennwertbetrieb
werden sie mit einem Kondenswasserablauf
ausgeführt. Für die Reduktion von
Geräuschemissionen im Aufstellraum
kommen Schalldämpfhauben zum Einsatz
(Bild 7). Dabei ist für eine effektive Lärm-
680 1.5
TAB 7/2002
39

Heizung
Luftschalldämpfende
Maßnahmen
Körperschalldämpfende
Maßnahmen
Bild 8: Übersicht von luft- und körperschalldämpfenden Maßnahmen in einer Heizzentrale
minderung wichtig, dass die Haube die gesamte
Brennereinrichtung abschirmt und
spaltlos am Heizkessel abschließt. Ausschlaggebend
dafür ist die richtige Größe
der Schalldämpfhaube. Undichtigkeiten
sollten unbedingt vermieden werden.
Schalldämpfhauben bestehen üblicherweise
aus einer innen mit Dämmstoff versehenen
Stahlkonstruktion. Für die Ansaugung
der Verbrennungsluft vom Brenner
ist ein schallgedämpfter Kanal vorgesehen.
Da Schalldämpfhauben die Sicht auf den
Brenner versperren, ist bei deren Einsatz
jedoch eine häufigere Inspektion angebracht.
Schalldämpfhauben wie auch Abgasschalldämpfer
sind Komponenten,
durch deren Integration in die Heizungsanlage
eine nachträgliche Geräuschminderung
möglich ist. Beide Maßnahmen wirken
allerdings nur dem direkten Luftschall
entgegen, nicht aber Geräuschemissionen,
die aufgrund von Körperschall in Nachbarräumen
auftreten.
Körperschalldämpfung
Vom Heizkessel ausgehender Körperschall
kann in Form von Vibrationen ohne
Gegenmaßnahmen über die Aufstellfläche
sowie über starr angebundene
Bauteile weitergeleitet werden und sich
so im gesamten Gebäude ausbreiten. Dies
gilt es durch schwingungsisolierende
Kompensatoren zwischen den entsprechend
Schall leitenden Verbindungen zu
unterdrücken (Bild 8). Hierfür eignen sich
u.a. schallabsorbierende Kesselunterbauten,
die die Übertragung von Körperschall
auf das Fundament verhindern. Je nach
dem zum Einsatz kommenden Heizkessel
sind diese unterschiedlich aufgebaut. Der
Aufbau und auch die Auslegung richten
sich dabei nach dem Betriebsgewicht sowie
der Stellfläche des Heizkessels.
Grundsätzlich bestehen sie aus Elementen,
die bei Belastung nachgeben und dadurch
Schwingungen aufnehmen. Damit
dies gleichmäßig über die gesamte Fläche
geschieht, ist eine absolut waagerechte
Auflage notwendig. Weiterhin ist zu
berücksichtigen, dass sich durch den Unterbau
die Aufstellhöhe des Kessels und
damit auch die Lage der Anschlüsse verändern.
Zum Ausgleich der Federwege des
Kesselunterbaus sowie zur Verhinderung
weiterer Schallbrücken empfiehlt es sich,
bei den Anschlüssen ebenfalls entsprechende
Kompensatoren vorzusehen. Diese
sollten ohnehin in allen Verbindungsleitungen
zum Schallerreger, wie z.B. in
Heiz- und Sicherheitsleitungen sowie Leitungen
für Brennstoffzufuhr und Brenneraggregat,
eingesetzt werden. Grundsätzlich
sind Schallbrücken durch starre
Verbindungen zu vermeiden. Deshalb
sind für die Rohrbefestigungen bzw.
Rohraufhängungen ebenfalls schallabsorbierende
Maßnahmen sinnvoll. Auch bei
Rohrführungen durch Decken und Wände
ist auf direkte Kontaktstellen mit dem
Gebäudekörper zu achten. Eine Zwischenlage
aus elastischem Material kann
hier Abhilfe schaffen.
Fazit
Das Themengebiet des Schalls und dessen
Einschätzung sowie Bewertung hinsichtlich
der menschlichen Wahrnehmung
besteht aus komplexen physikalischen
und physiologischen Zusammenhängen.
Um die Schallemissionen im vorhinein
zu bestimmen, sind Berechnungsansätze
definiert. Die sich später bei einer Konstellation
einstellenden Schallwerte werden
aber von vielfältigen Faktoren beeinflusst
und sind abhängig von den
individuellen Gegebenheiten der
Geräuschquelle sowie des Raumes, in
dem sich der Schall ausbreitet. Zudem
bestehen Geräusche oft aus einer Vielzahl
von Einzelgeräuschen, die schließlich
zum Gesamteindruck führen. Aus
diesem Grund besitzen die Ergebnisse
von Schallberechnungen bezüglich der
tatsächlich entstehenden Schallemissionen
oft nur eine bedingte Aussagekraft.
Diese Tatsache macht es umso wichtiger,
Schallemissionen in der Gebäudetechnik
möglichst frühzeitig zu berücksichtigen.
Werden diese nämlich bereits in der Anlagenkonzeption
einkalkuliert, lässt sich
die Problematik üblicherweise mit einem
vertretbaren technischen und finanziellen
Aufwand lösen. Hier ist zum einen
die Schallvermeidung zu nennen. D. h.,
dass die später entstehenden Anlagengeräusche
durch Planung, Ausführung
und Komponentenauswahl so gering wie
möglich gehalten werden. Zum anderen
sind die Einplanung ggf. notwendig werdender
Schalldämpfmaßnahmen von Bedeutung.
Der Einsatz der Schalldämpfmaßnahmen
richtet sich nach den
letztendlich durch Messungen festgestellten
Schallwerten und der dadurch verursachten
Lärmbelästigung sowie den festgelegten
Grenzwerten.
Literatur
[1] DIN EN 61 260; Elektroakustik – Bandfilter
für Oktaven und Bruchteile von Oktaven
[2] VDI-Richtlinie 2081; Geräuscherzeugung und
Lärmminderung in raumlufttechnischen Anlagen
[3] DIN 4109; Schallschutz im Hochbau
[4] TA Lärm; GMBl. 1998
[5] VDI 2058, Blatt 3; Beurteilung von Lärm am
Arbeitsplatz unter Berücksichtigung unterschiedlicher
Tätigkeiten
[6] DIN 45 635-47; Geräuschmessungen an Maschinen,
Luftschallemissionen, Hüllflächenverfahren,
Schornsteine
[7] ISO 2340; Akustik, Bestimmung des Schallpegels
von Geräuschquellen, Leitlinien für die
Anwendung der Grundnormen
[8] VDI 2715, Lärmminderung und Schwingungstechnik
[9] Sprenger, F.; Schallemissionen in der Heizungstechnik
und deren Verminderung; IKZ
20/99; S. 60-65
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