Kapitel 9: Schallschutz in RLT-Anlagen (Version 2.0)

Transkript

1 Kapitel 9: (Version 2.0) Inhaltsverzeichnis Kapitel Ziel Grundlagen BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung Clima. Suisse-Modell-Lehrgang Einleitung Allgemeine Informationen zum Thema Grundsatz Entstehung und Ausbreitung des Schalls in Klima- und Lüftungsanlagen Schalldruck Schalleistung Bewerteter Schallpegel Geräuschbeurteilung mit Grenzwertkurven (NR-Kurven) Beispiele von Schallquellen Pegeladdition Aktive Schalldämmung Grenzwerte für die Geräusche von Lüftungs- und Klimaanlagen Berechnungs-Ablauf Schalldämpfer-Auslegung Anleitung zur Schalldämpfer-Auslegung (Step by step) Aufgaben zum Thema Aufgabe 1: Schalleistung / Schalldruck Aufgabe 2: Addition von Schallpegeln Aufgabe 3: Anfoderungen Aufgabe 4: NR-Kurven Aufgabe 5: Bewertung eines Schallpegels Uebersicht der Anforderungen an den Checkliste Schallschutz in Lüftungs- und Klimaanlagen Diagramme und Auslegungshilfen für die Praxis Checkliste 9:...11 Clima-Suisse / SSHL Seite 1 von 11

2 9.1 Ziel Grundkenntnisse im Bereich der Akustik erarbeiten und einfache Berechnungen im Zusammenhang mit Schall- und Schallschutz selbständig durchführen können. 9.2 Grundlagen BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung Art. 5, Berufskenntnisse Bei der Planung, Berechnung und Erstellung von Lüftungsanlagen und bei allen Arbeiten im Betrieb die theoretischen Grundlagen beachten und zweckmässig anwenden. Allgemeine Fachkenntnisse: Schallquellen und Schutzmassnahmen gegen Schall- und Schwingungsübertragungen nennen Clima. Suisse-Modell-Lehrgang 6. Semester, Ausbildungsinhalt Der Lehrling entwirft auf Grund von Bauplänen und technischen Angaben einfache Lüftungsanlagen, berechnet deren Leistungsdaten und bestimmt die erforderliche Grösse, Leistung und Bauart aller Anlagebestandteile. 9.3 Einleitung Schall, Akustik und Schallschutz sind sehr komplexe Themenbereiche. Im Rahmen des Unterrichts an der Gewerbeschule können aus diesen Teilgebieten nur die Grundbegriffe vert werden, mit welchen die zukünftigen Haustechnikplaner Lüftung in der Praxis auch in Kontakt kommen. Theoretische Grundlagen sind im vorliegenden Stoff nur soweit vorhanden, wie sie für die Bearbeitung der gestellten Aufgaben auch notwendig sind. Auf genaue Herleitungen wurde bewusst verzichtet, um mehr auf konzeptionelle und praxisbezogene Punkte eingehen zu können. Ein wichtiger Teil der Planungstätigkeit ist das frühzeitige Erkennen von möglichen Problemen und das Ergreifen der richtigen Massnahmen! 9.4 Allgemeine Informationen zum Thema Grundsatz Die vom Ventilator erzeugten Geräusche werden in den angeschlossenen Kanälen stromauf und stromab und damit auch in alle gelüfteten Räume übertragen. Ein Teil wird in den umgebenden Raum abgestrahlt, ein weiterer Teil durch Körperschall auf den Boden übertragen. Grundsätzlich gilt die Regel, die Geräusche am Ort ihrer Entstehung so wie möglich zu halten, also geräuscharme Ventilatoren und Motoren zu wählen. Wo dies nicht möglich ist, sind geeignete Massnahmen zur Schalldämmung zu treffen, um die Ausbreitung des Schalles zu verhindern Entstehung und Ausbreitung des Schalls in Klima- und Lüftungsanlagen In einem Kanalsystem ist der Ventilator, zusammen mit den Strömungsgeräuschen der Formstücke, eine der Hauptgeräuschquellen. Die mechanischen Geräusche des Ventilators sind durch geeignete konstruktive Massnahmen derart reduziert worden, dass sie neben den aerodynamischen Geräuschen nicht mehr ins Gewicht fallen. Diese entstehen durch Turbulenz, die bei der Durchströmung des Laufrades und des Gehäuses unvermeidbar auftreten. Die vom Ventilator erzeugte Schalleistung gelangt auf drei Wegen in die Umgebung: - Ein Anteil wird über die Gehäusewände in den Aufstellungsraum abgestrahlt - Der als Körperschall in das Fundament geleitete Anteil ist bei Strömungsmaschinen so klein, dass er s Schwingungsdämpfern aufgefangen werden kann. - Der am Saug- und Druckstutzen entstehende Luftschall hat auf beiden Seiten etwa die gleiche Schalleistung. Die saugoder druckseitig in das Kanalsystem eingespeiste Schalleistung wird zum Teil durch die akustischen Eigenschaften des Kanalsystems, des Schalldämpfers und des angeschlossenen Raumes gedämpft. Die verschiedenen Bauelemente des Luftkanalsystems verursachen ein eigenes Strömungsgeräusch. Daher sind sie als Einzelschallquellen zu betrachten. Ihre Schalleistung unterliegt, wie auch das Ventilatorgeräusch, der Dämpfung durch das System zwischen Bauelement und Mikrophonstandort im Raum. Neben dem Ventilator und den Bauelementen beeinflussen die Luftauslässe als selbständige Schallquelle den Raumschallpegel unbar. Clima-Suisse / SSHL Seite 2 von 11

3 9.4.3 Schalldruck Der dem atmosphärischen Luftdruck überlagerte Wechseldruck bei der Ausbreitung von Schallwellen wird als Schalldruck bezeichnet. Er wird als Effektivwert mit Mikrophonen gemessen und in Relation zu einem definierten Bezugsdruck (Schalldruck bei der menschlichen Gehörschwelle, Wert = 2 * 10-5 Pa, = 2 * 10-4 µbar) logarithmisch dargestellt (db) Schalleistung Die Schalleistung ist eine theoretische Grösse, die nicht messbar ist. Sie wird berechnet und in Watt angegeben. Der Unterschied zwischen Schalldruck und Schalleistung kann am Beispiel eines Trompeters klar gemacht werden: Was wir hören, was vorne an der Trompete herauskommt, sind Schalldruckwellen, die über unser Trommelfell bei uns den Vorgang des Hörens auslösen. Was wir nicht hören: der Trompeter muss, um die Töne zu erzeugen, blasen, also arbeiten und damit eine Leistung erbringen. Diese Leistung ist erforderlich, um (vermindert um den Wirkungsgrad der Trompete) die Schalldruckwellen zu erzeugen: man nennt sie die Schalleistung. Wenn wir uns vom Standort des Trompeters entfernen, wird uns das Instrument immer leiser vorkommen. In einem Echostarken Raum klingt die Trompete anders als in einem Raum, in dem viele Teppiche und Vorhänge sind. Der Schalldruck, den wir hören, ist also entfernungs- und raumabhängig. Unabhängig von unserem Hören, also von Entfernung und Raum, muss der Trompeter immer das gleiche leisten. Die Schalleistung ist also entfernungs- und raumunabhängig. Und darin liegt ihr Nutzen. Sie ist also eine objektive, unbeinflussbare Grösse, die sich vorzüglich als Ausgangspunkt aller schalltechnischen Berechnungen eignet Bewerteter Schallpegel Die Schallpegelangabe bei einzelnen Frequenzen erfolgt in db. Die Angabe eines Gesamtschallpegels (Schallpegel über den gesamten Hörbereich des menschlichen Gehörs) in db dient physikalischen Vergleichen, entspricht aber in völlig unzureichender Weise der Lautstärkeempfindung des menschlichen Ohres. Um die Frequenzabhängigkeit der Empfindung des Ohres bis zu einem messtechnisch und apparativ tragbaren Grade nachzubilden, werden in die Schallpegelmesser sogenannte Filterglieder mit den Bewertungskurven A, B, C und D eingebaut. Für Die in der Lüftungstechnik am häufigsten verwendete A-Skala können die Korrektufaktoren der Tabelle unter Punkt 9.9 auf Seite 9 entnommen werden Geräuschbeurteilung mit Grenzwertkurven (NR-Kurven) Nicht immer ist eine Beurteilung der Geräusche mit der physiologischen Lärmberwertung (siehe Punkt 9.4.5) sinnvoll. So entstehen beispielsweise bei luftgekühlten Kondensatoren und Rückkühlern sogenannte Breitbandgeräusche, welche mit dieser Bewertungsart nur ungenügend analysiert werden können. Hier wird das sogenannte Noise-Rating (NR) werden Oktavanalysen eines Breitbandgeräusches mit Kurven gleicher Lautstärke für Rauschen verglichen. Man sucht dabei zu den Oktavpegeln des zu beurteilenden Geräusches diejenige NR-Kurve, die gerade oberhalb aller Oktavpegel verläuft, und belegt das Ergebnis mit der zugehörigen Kennzahl. Die Oktavband-Schalldruckpegel für konstante NR-Werte sind international genormt Beispiele von Schallquellen Geräuschquelle Schalleistungspegel Schalleistung db Watt Saturn-Rakete Strahltriebwerk Turbojet Propeller-Flugzeug Schmerzgrenze Grosses Orchester 1 10 Autohupe Lautes Radio PKW auf Autobahn Laute Unterhaltung Normale Unterhaltung Büro Leise Unterhaltung Flüstergeräusch Blätterrauschen Clima-Suisse / SSHL Seite 3 von 11

4 9.4.8 Pegeladdition Der Schallpegel besitzt eine logarithmische Funktion. Die Addition mehrer Schallpegel zu einem Summenpegel erfolgt daher nach logarithmischen Gesetzen, deren Ergebnis sich in zwei Merksätzen ausdrücken lässt: - Die Zuwachsrate zweier Schallpegel gleicher Grösse beträgt stets 3 db - Die Zuwachsrate zweier Schallpegel, deren Differenz mehr als 10 db beträgt, ist Null Zur Addition verwendet man zweckmässig das Diagramm auf Seite Aktive Schalldämmung Die niedrigen Frequenzen sind für das menschliche Ohr die lästigsten und mit traditionellen Schalldämpfern sehr schwierig zu behandeln. Die aktive Schalldämpfung ist ein elektroakustisches Verfahren, dass darin besteht, ein Geräusch durch Zusatz eines gegenläufigen Geräusches zu neutralisieren. Der unten abgebildete aktive Schalldämpfer ist ein akustischer Breitband-Dämpfer, der besonders wirksam in den niederen Frequenzen ist und einen viermal eren Durckverlust hat als ein Kulissen- Schalldämpfer. Das System ist patentiert und sowohl in runder als auch in rechteckiger Form erhältlich. Weitere Informationen: Aldes Lüftungstechnik, 3360 Herzogenbuchsee Grenzwerte für die Geräusche von Lüftungs- und Klimaanlagen In der SIA 181 sind Grenzwerte für Geräusche von haustechnischen Anlagen festgelegt. Die aufgeführten Grenzwerte gelten für Dauergeräusche (länger anhaltende Geräusche). Für kurzzeitig auftretende Geräusche gelten um 5 db höhere Werte. Die nachstehende Tabelle enthält einen Auszug mit den wichtigsten Raum-Typen. Detaillierte Informationen sind der SIA 118 zu entnehmen! Raum-Typ Empfindlichkeit Grenzwert db(a) Grenzwert db(a) Mindest-Anforderung Erhöhte Anforderung Tag Nacht Tag Nacht Wohnhaus Schlafzimmer, Wohnzimmer Küche, Bad, WC 25 Geschäftshaus Kleinbüro (bis 3 Personen) Konferenzzimmer Mittleres Büro (4-10 Personen) Grossraumbüro EDV-Maschinenraum Schulhaus Klassenzimmer Singsaal, Musiksaal, Aula Turnhalle Restaurant Hotelzimmer / Gastzimmer Restaurant Küche 25 Clima-Suisse / SSHL Seite 4 von 11

5 9.5 Berechnungs-Ablauf Schalldämpfer-Auslegung Ziel: Durch den Einsatz eines Schalldämpfers soll der über den Lüftungskanal übertragene Schall-Leistungspegel soweit gedämpft werden, dass im Raum selbst nur noch der Auslass als Schallquelle wirkt! RLT-Zentrale Kanalnetz Raum Schall-Quelle Dämpfung durch Kanäle und Rohre sowie Einzelbauteile Anspruch an Raumqualität: möglichst keine Geräusche durch Lüftungsanlage! Daten zur Berechnung: aus Unterlagen des Geräteherstellers oder des Ventilator- Herstellers Eintragen der Schallquelle im Berechnungsblatt Daten zur Berechnung aus Plänen der Anlage Addition aller Dämpfungen der relevanten Bauteile Daten zur Berechnung aus den Vorgaben der Bauherrschaft oder aus Normen und Richtlinien (Gesetze). Umrechnung der Vorgaben aus db(a)- Werten in NR-Kurve, eintragen des geforderten Wertes im Datenblatt Hinweise / Bemerkungen Hinweise / Bemerkungen Hinweise / Bemerkungen In der Praxis hat sich gezeigt, dass die von Ventilatoren erzeugten Geräusche meist im Frequenzbereich der 250-Hz-Oktave ihren Hauptstörpegel, d.h. den dominierenden Anteil am bewerteten Summenpegel besitzen. Deshalb beschränken sich häufig akustische Untersuchungen und Auslegungen von Schalldämpfern auf diesen Bereich! Anleitung zur Schalldämpfer-Auslegung (Step by step) 1. Definition der Anforderungen (in Absprache mit Bauherrschaft, Architektur usw.) 2. Zusammenstellen der Schallquellen (technische Daten aller gewählten Komponenten und Anlageteile) 3. Berechnung der natürlichen Schalldämpfung (Kanalnetz, Einbauten, Querschnittsänderungen, Mündungsreflexion) 4. Differenz zwischen zulässigem Schalldruck und resultierendem Schall im Raum = Einfügungsdämpfung 5. Auslegen des Schalldämpfers mit Dämpfungsangaben des Herstellers 6. Zur Kontrolle: Eintragen der Werte in Datenblatt (NR-Kurven) Clima-Suisse / SSHL Seite 5 von 11

6 9.6 Aufgaben zum Thema Aufgabe 1: Schalleistung / Schalldruck Die Schalleistung ist eine Grösse. Die Schalleistung ist und - unabhängig. Der Schalldruck ist und - abhängig Aufgabe 2: Addition von Schallpegeln In einem Raum werden drei Gitter mit gleicher Luftmenge ausgelegt. Aus ihren Berechnungen entnehmen Sie, dass bei der von Ihnen gewählten Luftmenge pro Gitter ein Geräusch von 43 db(a) resultiert. Wie hoch ist der zu erwartende resultierende Schallpegel (Gitter liegen nahe zusammen)? Schallpegel der drei Gitter zusammen: db(a) Aufgabe 3: Anfoderungen Wo werden die Anforderungen an einen Raum definiert? Wie hoch darf der Schalldruckpegel in einem Schulzimmer ca sein? db (A) Wie hoch darf der Schalldruckpegel in einer Tiefgarage ca sein? db (A) Wie hoch darf der Schalldruckpegel in einem Spital ca sein? db (A) Aufgabe 4: NR-Kurven Eine Schallmessung ergibt folgende Oktavmittenfrequenzen fm (Hz): Hz db Welche NR-Kurve kann dabei eingehalten werden? Aufgabe 5: Bewertung eines Schallpegels Eine Schallmessung ergibt folgende Oktavmittenfrequenzen fm (Hz): Hz db Da das Messgerät nicht mit einem Bewertungsfilter ausgerüstet war, müssen Sie die Werte nach der A-Bewertungskurve korrigieren. Welche db(a)-werte ergeben sich? Hz db (A) Clima-Suisse / SSHL Seite 6 von 11

7 9.7 Uebersicht der Anforderungen an den Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3 Kategorie 4 Anforderung Keine Gering Normal Hoch Räume Schalldruckpegel Zentralen- Standort Dach- oder Kellergeschoss Dach- oder Kellergeschoss Dachgeschoss: Schwimmender Boden Keller: kein schwimmender Boden Dachgeschoss: schwimmender Boden Kellergeschoss: Kein schwimmender Boden notwendig Geräte Ventilatoren, Kältemaschinen, Kompressoren, Pumpen auf Sockel oder direkt auf Boden Sockel, bzw. Boden mit Trittschalldämmung (Kork, Gummielemente) Ventilatoren, Kältemaschinen, Kompressoren, Pumpen auf Sockel Zwischen Sockel und Boden Dämmung (Körperschall) aus Kork, Paragummi Ventilatoren, Kältemaschinen, Kompressoren, Pumpen auf Sockel Zwischen Sockel und Boden Dämmung (Körperschall) aus Kork, Paragummi Ventilatoren, Kältemaschinen, Kompressoren, Pumpen auf Sockel Zwischen Sockel und Boden Dämmung (Körperschall) aus Kork, Paragummi Kanäle Ventilator und Kanälen mit Manschette trennen wie Kat 1, zusätzlich: Kanaldurchführungen von Wänden/Decken vom Bau durch Einlegen einer Dämmung trennen (2-3 cm Kork oder Glasfaserstreifen) wie Kat 2, zusätzlich: Aufhängungen mit Gummiauflager wie Kat 3, zusätzlich: genauste Kontrollen bei Montage und Abnahme aller Anlageteile Leitungen keine besonderen Massnahmen notwendig Anschlüsse auf Geräte mit Kompensatoren wie Kat 2, zusätzlich: Aufhängungen mit Gummiauflager wie Kat 3 Elektro- Anschluss keine besonderen Massnahmen notwendig keine besonderen Massnahmen notwendig Panzerrohre für Kabelzuführungen zu Motoren, zwischen Boden und Sockel flexible Zwischenstücke wie Kat 3 Clima-Suisse / SSHL Seite 7 von 11

8 9.8 Checkliste Schallschutz in Lüftungs- und Klimaanlagen (Zusammenstellung aus Unterlagen Lips) Projekt-Bezeichnung:... Aussteller:... Nr. Beschreibung Relevant Planung (Datum/Visum) Ausführung (Datum/ Visum) 1 Grundlagen 1.1 Schalltechnische Anforderungen belüftete Räume bestimmen Grenzwerte für externe Immissionsstellen Grenzwerte nicht zu belüftende Räume (Störschallpegel) Lärmprognose für externe Immissionsstellen Lärmprognose im Gebäude (intern) Beschaffung der akustischen Unterlagen Abnahme und Kontrollbedingungen festgelegt Bau-Akustiker für das Projekt zuständig Gebäude 2.1 Lage der zu belüftenden Räume prüfen Lage der Aussen- und Fortluftöffnungen Bodenkonstruktion Lüftungszentrale Aussparungen genügend gross für einwandfreie Dämmung Luftaufbereitung (Zentrale) 3.1 Raumakustik Lüftungszentrale (Akustikdecke, spez. Türen) Lagerung der raumlufttechnischen Geräte Lage und Bauart von Kompensatoren (flex-manschetten) Standort von allfälligen Schalldämpfern, Platzverhältnisse Monobloc: Lagerung / Sockel / Leitungszuführungen H+K Standort des Monoblocs in Zentrale Ventilatortyp Lage der verschiedenen Klappen Lage der Leckwasserabläufe Luftverteilung (Kanalnetz) 4.1 Kanalbauart Kanalaufhängesystem Luftverteilung (Berücksichtigung Dämmung Decken/ Wände) Konstruktion der Luftaustrittsöffnungen / -Eintrittsöffnungen Bauart der Aussenluft- und Fortluftöffnungen (Wetterschutzg.) Auslegung ohne plötzliche Querschnittsveränderungen Keine Kanäle durch lärmempfindliche Räume führen Heikle Punkte: spezielle Akustikverkleidungen notwendig Belüftete Räume nicht über Kanalsystem akustisch gekoppelt Allgmeine Punkte 5.1 Einregulierung / Inbetriebsetzung erfolgt Funktionsprüfung Regulierorgane (auch schalltechnisch)... Clima-Suisse / SSHL Seite 8 von 11

9 Die Checkliste wird während der Planung als Hilfs eingesetzt. In der Ausführungsphase wird die Umsetzung der Punkte auf der Anlage überprüft. 9.9 Diagramme und Auslegungshilfen für die Praxis (Zusammenstellung aus Herstellerunterlagen HESCO, d) Pegeladdition und Pegelsubtraktion Pegelzunahme bei mehreren gleichen Schallquellen NR-Grenzkurven (ISO-N-Grenzkurven) A-Bewertung Clima-Suisse / SSHL Seite 9 von 11

10 Clima-Suisse / SSHL Seite 10 von 11

11 9.10 Checkliste 9: Grundlagen Schulstoff Anlagen und Systeme, Teil 2, Kapitel 8 (ab Seite 156) - Recknagel 1.5 Schalltechnische Grundlagen Geräuschminderung (Bestandteile von RLT-Anlagen) - Impulsprogramm - - Diverses Technikumsvorlesung W. Lips : Akustik für den Heizungs-, Lüftungs- und Klimaingenieur * - Richtlinien - Notwendige Unterlagen (für Ausführungsplanung) - vertraglich festgelegte (zu garantierende) Schallwerte (Gebäude und gegen aussen) - genaue Herstellerdaten der Komponenten wie Ventilator, Monobloc, Auslässe usw. - detaillierte Ausführungsunterlagen (Pläne) mit örtlichen Verhältnissen - Berechungsunterlagen / PC-Programme zur Auslegung von Schalldämpfern Vorgehensweise (mögliche Lösung aus der Praxis) 1. Dimensionierung der Anlage, Auslegung der Komponenten nach Pt Vorsehen des notwendigen Platzbedarfes für den Einbau von Schalldämpfern 3. Bau der Anlage ohne Schalldämpfer 4. Versuchsweise Inbetriebnahme der Anlage 5. Durchführung von Schallmessungen an kritischen Punkten 5. Dimensionierung des allenfalls erfoderlichen SD auf Grund der Messungen 6. (nachträglicher) Einbau der Schalldämpfer vor definitiver Inbetriebsetzung 7. Inbetriebsetzung der Anlagen 8. Kontrollmessungen Wichtig: zeitliche Reserven sind notwendig, jedoch wird nach dieser Vorgehensweise der Schalldämpfer optimal ausgelegt (falls überhaupt noch notwendig...) Hinweise und Tips * bei der oben beschriebenen Vorlesungsdokumentation des Technikums Horw handelt es sich um die wohl umfangreichste Dokumentation zum Thema. Das Buch kann direkt beim Autor bezogen werden: Walter Lips, Buchenstrasse 4, 6020 Emmenbrücke, ca 80.- Fr. Clima-Suisse / SSHL Seite 11 von 11