Akustik in der Haustechnik

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1 Akustik in der Haustechnik Grundlagen und Praxis Walter Lips, dipl. Ing. FH, dipl. Akustiker SGA, Luzern

2 Vielfalt von haustechnischen Lärmquellen in einem Wohnhaus!

3 Inhaltsübersicht 1 Anforderungen (SIA 181 und LSV) 2 Heizungsanlagen 3 Lüftungs- und Klimaanlagen 4 Kälteanlagen 5 Schalldämpfer 6 Zusammenfassung

4 1. Anforderungen hausintern: SIA-Norm 181, Schallschutz im Hochbau, Ausgabe 2006 Anforderungsstufen Mindestanforderungen Die Mindestanforderungen sind in allen Fällen einzuhalten. Sie gewährleisten einen Schallschutz, der lediglich erhebliche Störungen zwischen Nutzungsbereichen zu verhindern vermag. Erhöhte Anforderungen Erhöhte Anforderungen bieten einen Schallschutz, bei dem sich ein Grossteil der Menschen im Gebäude behaglich fühlt. Bei Doppel- und Reihen-Einfamilienhäusern sowie bei neu gebautem Stockwerkeigentum gelten die erhöhten Anforderungen.

5 Lärmempfindlichkeit nach SIA-Norm 181 Lärmempfindlichkeit Gering mittel Beschreibung der immissionsseitigen Raumart und Raumnutzung (Empfangsraum) Räume für vorwiegend manuelle Tätigkeit, Räume, welche von vielen Personen oder nur kurzzeitig benutzt werden Räume für Wohnen, Schlafen und für geistige Arbeiten hoch Beispiele: Wohn-, Schlafzimmer, Studio, Schulzimmer, Musikübungsraum, Wohnküche, Büroraum, Hotelzimmer, Spitalzimmer ohne spezielle Ruheraumfunktion Räume für Benützer mit besonders hohem Ruhebedürfnis

6 Einteilung der emissionsseitigen Geräusche (Senderaum) Einzelgeräusche Dauergeräusche Funktionsgeräusche Waschtisch, Spülbecken, Badewannen füllen bzw. auslaufen lassen; Klosett spülen inkl. Auslösen des Spülvorgangs; Betriebsgeräusche von Wasser- und Abwasserinstallationen, An- Um- und Abstellen von Ventilen und sonstigen Armaturen; Aufzugsanlagen; Geräusche automatisch betätigter Garagentore, Türschliesser oder Storenanlagen; Schaltgeräusche elektrischer Anlagen Benutzungsgeräusche Dusche und Badewanne nutzen; Klosettsitz (Deckel, Brille) fallen lassen; Pfannen und Geschirr auf Arbeitsfläche abstellen; Schrankauszüge und Schranktüren betätigen; Garagentore, Drehflügel-Eingangstüren, Schiebetüren und -fenster, Storen, Cheminéeklappen, -gitter, -türen und Backofenklappen manuell betätigen Funktionsgeräusche Betrieb von Lüftungs- und Klimaanlage, Geschirrspüler, Waschmaschine, Tumbler, Kühlanlage, Ventilator, Heizung, Kompressor, Wärmepumpe, Whirlpool, Dachentwässerung Benutzungsgeräusche Geräusche gewerblicher Einrichtungen mit manueller Betätigung

7 Grenzwerte haustechnischer Anlagen und fester Einrichtungen im Gebäude Mindestanforderungen an den Schutz gegen die Geräusche haustechnischer Anlagen und fester Einrichtungen im Gebäude (L r,h in db) Emissionsseitige Geräuschart Senderaum Lärmempfindlichkeit Einzelgeräusche Funktionsgeräusche Benutzungsgeräusche Anforderungswerte L H Dauergeräusche Funktions- oder Benutzungsgeräusche Gering 38 db(a) 43 db(a) 33 db(a) Mittel 33 db(a) 38 db(a) 28 db(a) hoch 28 db(a) 33 db(a) 25 db(a)

8 2. Anforderungen extern: Lärmschutzverordnung (LSV), 1986 Empfindlichkeitsstufen a. Empfindlichkeitsstufe I in Zonen mit einem erhöhten Lärmschutzbedürfnis, namentlich in Erholungszonen b. Empfindlichkeitsstufe II in Zonen, in denen keine störenden Betriebe zugelassen sind, namentlich in Wohnzonen sowie Zonen für öffentliche Bauten und Anlagen c. Empfindlichkeitsstufe III in Zonen, in denen mässig störende Betriebe zugelassen sind, namentlich in Wohnund Gewerbezonen (Mischzonen) sowie Landwirtschaftszonen d. Empfindlichkeitsstufe IV in Zonen, in denen stark störende Betriebe zugelassen sind, namentlich in Industriezonen

9 Belastungsgrenzwerte In den Anhängen der LSV sind die folgenden Belastungsgrenzwerte (und Verfahren zu deren Bestimmung) zusammengestellt: Anhang 3: Belastungsgrenzwerte für Strassenverkehrslärm Anhang 4: Belastungsgrenzwerte für Eisenbahnlärm Anhang 5: Belastungsgrenzwerte für Lärm von Regionalflughäfen u. Flugfeldern Anhang 6: Belastungsgrenzwerte für Industrie- und Gewerbelärm Anhang 7: Belastungsgrenzwerte für den Lärm von Schiessanlagen Anhang 8: Belastungsgrenzwerte für den Lärm von Militärflugplätzen Anhang 9: Belastungsgrenzwerte für den Lärm militärischer Waffen-, Schiess- und Übungsplätze

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15 Resultat: Teilbeurteilungspegel für Geräusche von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen für die Empfindlichkeitsstufe II. Hörbarkeit des Tongehalts (Tonhaltigkeit) Nicht hörbar K2 = 0 db Schwach hörbar K2 = 2 db Deutlich hörbar K2 = 4 db Stark hörbar K2 = 6 db Planungswert L r,i [db(a)] Immissionsgrenzwert L r,i [db(a)] Tag Nacht Tag Nacht

16 Zum Schluss: Addition von Schallpegeln Vereinfachte Methode mit ganzen Zahlen: Differenz beider Einzelpegel [db] Der Gesamtpegel übertrifft den höheren Pegel um db db db > 9 0 db Oder genauer mit dem Taschenrechner: L 1... L n = zu addierende Schallpegel in db

17 Dämmung und Dämpfung Gute Luftschalldämmung einer schweren Wand

18 Dämmung und Dämpfung Schalldämpfer zur Dämpfung des Luftschalldurchgangs

19 Dämmung und Dämpfung Dämpfung Dämmung Schematische Darstellung der Dämmung und Dämpfung bei einem Pkw

20 2. Heizungsanlagen

21 Art der Wärmeerzeugung und mögliche Lärmprobleme

22 Ausbreitung von Geräuschen am Beispiel einer Öl-Zentralheizung 1 Luftschall 2 Körperschall 3 Flüssigkeitsschall

23 Richtwerte für die Schallemissionen von Öl- oder Gas- Zentralheizungen: Schallleistungspegel L WA

24 Aktuell: Wärmepumpen-Testzentrum Buchs (WPZ)

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26 Schallleistungspegel bei Luft-Wasser-Wärmepumpen

27 Beispiel aus der Praxis: Weishaupt

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29 Schallschutzmassnahmen am Wärmepumpen Wichtigste und einflussreichsten Lärmbekämpfungsmassnahme:: Auswahl einer möglichst lärmarmen Wärmepumpe! Denn: Jedes db, das eine Wärmepumpe weniger erzeugt, kann bei baulichen Massnahmen eingespart werden. Überlegung: Wie viel bauliche Massnahmen (z.b. Schalldämpfer, Erhöhung der Luftschalldämmung der Decke oder Wände usw.) kann man z.b. für die Mehrkosten der Wärmepumpe von CHF realisieren?

30 Abgasrohr-Schalldämpfer für 180 bis 300 mm 1 Baulänge 760 mm; 2 Baulänge 940 mm; 3 Baulänge 1120 mm

31 Abgasrohr-Schalldämpfer als Aktiv-Schalldämpfer 1 80 bis 160 mm, Baulänge 580 mm bis 300 mm, Baulänge 760 mm

32 Problem bei Wohnhaus an Hanglage: Einstrahlung von Strassenverkehrs- und Fluglärm über das Cheminée-Kamin

33 3. Lüftungs- und Klimaanlagen

34 Berechnungsphilosophie 1. Berechnung der Schallleistungspegel der einzelnen Anlagenelemente, sofern möglich. 2. Berechnung der Reduktion der Schallleistungspegel der einzelnen Anlagenelemente, sofern möglich. 3. Zusammenführung der Berechnungsergebnisse und Bestimmung des voraussichtlichen Raumschallpegels.

35 Radialventilatoren

36 Axialventilatoren

37 Eigenart aller Ventilatoren: der Drehklang Der Drehklang besteht aus Einzeltönen, dem Schaufelgrundton und seinen ganzzahligen Vielfachen, den sog. Obertönen. Meistens wird der Drehklang als Brummen wahrgenommen. Je höher die Schaufelzahl ist, desto weniger macht sich der Drehklang bemerkbar. Die Drehklangfrequenz f D beträgt: f D n z 60 Hz z = Schaufelzahl n = Drehzahl des Ventilators in min -1

38 Schallleistungspegel L W4 für Ventilatoren im Wirkungsgradoptimum für die Baugruppe RR (Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln)

39 Relatives Oktav-Schallleistungspegel für Ventilatoren der Baugruppe RR (Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln)

40 Herstellerunterlagen Beispiel eines Datenblattes für Axialventilatoren [Troxvent] Mit Hilfe des Volumenstroms sowie der Gesamtdruckdifferenz und der erforderlichen Schaufelstellung kann der Schallleistungspegel ermittelt werden. Mit einer Tabelle, in der die relativen Frequenzspektren zusammengestellt sind, können zudem die Oktavband-Schallleistungspegel berechnet werden.

41 Montagehinweise für Ventilatoren

42 Montagehinweise für Ventilatoren

43 Strömungsgeräusche in geraden Kanälen Schallleistungspegel L W und L WA des Strömungsgeräusches in geraden Luftleitungen, bezogen auf eine Querschnittsfläche von 1 m 2. Abweichende Querschnitte können mit dem Faktor 10 Ig S [m 2 ] umgerechnet werden.

44 Strömungsgeräusche in Abzweigungen und Umlenkungen Das Schallleistungsspektrum L Wokt des Strömungsgeräusches, das durch einen von der Hauptströmungsrichtung rechtwinklig abzweigenden Kanal mit rundem Querschnitt erzeugt wird, folgt der Gesetzmässigkeit L W * = normierter Schallleistungspegel in db f = Breite des Frequenzbandes in Hz d a = Durchmesser des Abzweigkanals in m v a = Strömungsgeschwindigkeit im Abzweigkanal in m/s K = Korrekturwert für den Abrundungsradius

45 Die dimensionslose Strouhalzahl beträgt: f m = Mittenfrequenz der betrachteten Bandbreite f in Hz (meist Oktav-, beim Einsatz von EDV-Programmen auch Terzband) v a = Strömungsgeschwindigkeit im Abzweigkanal in m/s

46 Normierter Schallleistungspegel L W * Hinweise: Die Kurve mit dem Verhältnis v h /v a = 1 gilt ausschliesslich für Krümmer. Werte ausserhalb des Diagrammbereichs dürfen nicht extrapoliert werden. Die entsprechenden Oktavband-Schallleistungspegel sind somit nicht bestimmbar und werden vernachlässigt.

47 Mittenfrequenzen f m und Breite der Frequenzbänder f Die Breite des Frequenzbandes stellt die Differenz zwischen der tiefsten und höchsten Frequenz des entsprechenden Oktavbandes dar und ist in verschiedenen Normen festgelegt.

48 Berechnung eines Rohrbogens: Beispiel

49 Strömungsgeräusche beim Aussenlufteintritt und Fortluftaustritt Der Schallleistungspegel L W beträgt: v = Anströmgeschwindigkeit des Gitters in m/s = Widerstandsbeiwert, wird angegeben (xi) S eff = effektive Gitterfläche in m 2 K = gitterabhängige Konstante, wird angegeben

50 Jalousieklappe mit pneumatischem Antrieb [Trox]

51 Verschiedene Bauarten von Wand- Luftdurchlässen (Auswahl)

52 Verschiedene Bauarten von Decken-Luftdurchlässen (Auswahl)

53 Strömungsgeräusche von Luftdurchlässen Schallleistungspegel L w : = Widerstandsbeiwert des Gitters v = Anströmgeschwindigkeit in m/s S eff = Anströmfläche des Durchlasses in m 2

54 Richtwerte für den Widerstandsbeiwert des Gitters

55 Günstige und ungünstige Kanalkonstruktionen

56 Bauart eines Kanal- Kompensators 1 Blechkanal 2 gebördelter Stutzen 3 Kompensator 4 Montagering 5 Schraubenverbindung

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59 Bauarten von dämmenden Kanalaufhängungen 1Gummi 2Kanalaufhängung 3Kanal

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61 Brandschutzklappe [Trox]

62 Richtlinien für den Bau des Kanalsystems Luftgeschwindigkeiten in den Kanälen möglichst tief Luftkanäle nicht starr mit Wänden und Decken verbinden (Mauerdurchbrüche!) Kanäle elastisch aufhängen Luftkanäle sollen dicht sein. Bei Hochdruckanlagen können störende Pfeifgeräusche entstehen. Zur Entdröhnung von Blechkanälen können diese mit einem Antidröhnbelag versehen werden. Dieser soll etwa 30 % der Flächenmasse des Bleches schwer sein (z.b. Bei einem 1 mm starken Kanal ca. 2,5 kg/m 2 ). Dies gilt auch für Blechverkleidungen von Apparaten.

63 Luftgeschwindigkeit Im Gegensatz zu strömungstechnischen Überlegungen sind in kleinen Kanälen eher hohe Geschwindigkeiten zulässig als in grossen Kanälen. Als charakteristisches Ablösungsgeräusch in grossen Kanälen macht sich ein deutlich hörbares tieffrequentes «Rumpeln» bemerkbar. Planungszielwerte für die Luftgeschwindigkeit Niederdruckanlagen: 3 6 m/s Hochdruckanlagen: 8 15 m/s und mehr

64 Planung des Standortes einer Luftaufbereitungsanlage innerhalb eines Gebäudes Zum Teil stark divergierende Forderungen: Kostengünstig sind möglichst kurze Lüftungskanäle Die Lüftungszentrale im Keller oder im Dachaufbau Die zu belüftenden Räume sollen möglichst ruhig sein Die Wärmeerzeugung soll in Zentralennähe liegen Die Lüftungszentrale muss einfach zugänglich sein Aussenluft- und Fortluftöffnungen sollen möglichst in Zentralennähe liegen, hingegen keine störenden Emissionen oder Immissionen verursachen Diese Auflistung könnte beliebig verlängert werden und illustriert die Planungskonflikte deutlich

65 Pegelsenkung L W gerader Blechkanäle

66 Runde Umlenkungen (Bögen, Rohrkrümmer) Pegelsenkung L W von 90 -Umlenkungen mit Kreisquerschnitt und Krümmungsradius r < 2d Für Bögen, die deutlich von 90 abweichen, sind keine allgemein brauchbaren Berechnungsunterlagen vorhanden.

67 Pegelsenkung bei Verzweigungen

68 Pegelsenkung durch Diffusoren

69 Mündungsreflexion Pegelsenkung infolge Reflexion am offenen Kanalende für verschiedene Lagen des Zuluftauslasses im Raum: 1 im Raum Q = 1 ( = 4 ) 2 Mitte Wand Q = 2 ( = 2 ) 3 in Raumkante Q = 4 ( = 1 ) 4 in Ecke Q = 8 ( = 0,5 )

70 Die Mündungsreflexion kann aber auch berechnet werden: c f m = Schallgeschwindigkeit in m/s = Oktavmittenfrequenz in Hz = Raumwinkelmass Fleissarbeit! S eff = Fläche des Zuluftauslasses in m 2 m = Grössenverhältnis des Zuluftauslasses: m = Länge L / Höhe H in m

71 Schallpegelverteilung im Raum Q = Richtfaktor A = äquivalente Schallabsorptionsfläche in m 2 d = Abstand zwischen Auslassöffnung und Raumpunkt in m Für den Ausdruck L w L (Schallleistungspegel Schalldruckpegel) verwendet man häufig auch den Begriff Raumdämpfungsmass Grafische Darstellung dieser Gleichung.

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73 Schallnebenwegübertragungen von Klimakanälen, die durch eine Backsteinwand von 24 cm Dicke führen

74 Minergie: Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung

75 Und berücksichtigen Sie den folgenden Umstand: Bewohner oder Eigentümer von Minergie- Bauten sind allgemein sensible Menschen. Sie geben Geld aus, um umweltbewusst zu wohnen. Wenn nun solche Investitionen zu belästigenden Lärmimmissionen führen, hat der Planer ein grosses Problem!

76 Zusammenführung der Berechnungsergebnisse und Bestimmung des voraussichtlichen Raumschallpegels Beispiel: Einfache Belüftung eines Umformerraumes

77 1. Schritt: Berechnung der Strömungsgeräusche

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79 2. Schritt: Berechnung der Pegelsenkungen

80 3. Schritt: Berechnung des Schallpegels im Raum

81 4. Kälteanlagen

82 Typisches Schema der Kältemittelleitungen bei einer Anlage für direkte Luftkühlung: Gar nicht so einfach!

83 Einstufiger offener Turboverdichter Schraubenverdichter

84 Bauarten von luftgekühlten Verflüssigern

85 Rechteckiger Kühlturm mit Axialventilator und seinen einzelnen Komponenten Hauptlärmquelle: Axialventilator (2)

86 Lärmprobleme bei Verdichtern und Verflüssigern XXX von grosser Bedeutung XX von Bedeutung X von geringer Bedeutung - bedeutungslos

87 Schematische Darstellung der Kühlturmbauarten

88 Rohrleitungen: Planungsgrundsätze Rohrleitungen von Kälteanlagen sind grösseren Schwingungsbelastungen ausgesetzt als beispielsweise Rohrleitungen von Heizungs- oder Sanitäranlagen. Die vom Verdichter erzeugten Druckschwankungen werden auf die Rohrleitungen übertragen, und zwar zu einem erheblichen Teil durch das Kältemittel selbst. Grösstes Problem für die Lärmbekämpfung: teilweise hohe Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohrleitungen:

89 Kompensatoren und Schwingungsdämmelemente an einer Kältemaschine 1 Kolbenverdichter 2 Kondensator 3 Metallkompensatoren (Hochdruck) 4 Gummikompensatoren (Niederdruck) 5 Schwingungsdämmelemente 6 Gummi 7 flexible elektrische Leitungen

90 Pulsationsdämpfer «Pulse-tone» für direkten Rohreinbau. Die mit Stickstoffgefüllte Blase (1) komprimiert und entspannt sich je nach Grösse des Pumpenstosses. Die Pulsationen werden geglättet und beruhigen druckseitig das ganze System. Die im Flüssigkeitsanschluss (4) montierte Prallplatte (3) garantiert die Umleitung der Flüssigkeit in den Dämpfer. Die untere Absicherung der Blase erfolgt wie bei allen Speichern nach diesem Prinzip durch ein Ölventil (2) oder durch einen in der Blase einvulkanisierten Metallteller.

91 5. Schalldämpfer

92 Schalldämpfer: Ideales Vorgehen für die Planung 1. Akustische Dimensionierung der Anlage, Festlegung des Platzbedarfs für den Schalldämpfer 2. Bau der Anlage ohne Schalldämpfer 3. Versuchsweise Inbetriebnahme der Anlage, Lärmmessungen an den kritischen Punkten (Raumverhältnisse beachten!): Oktavbandanalysen und Nachhallzeiten 4. Dimensionierung des allenfalls erforderlichen Schalldämpfers auf Grund der Messergebnisse 5. Einbau des Schalldämpfers (falls notwendig) 6. Inbetriebnahme der Anlage, Kontrollmessungen

93 Beispiele für die Bauart von Absorptionsschalldämpfern

94 Relaxationsschalldämpfer

95 Reflexionsschalldämpfer für den Fahrzeugbau

96 Antischall oder Aktiv-Schalldämpfer Prinzip der Überlagerung von Lärm und Antischall in einer Rohrleitung

97 Resultierendes Schallfeld nach der Überlagerung von Lärm und Antischall. Die Lärmschallwelle wird durch den Antischall-Lautsprecher fast vollständig reflektiert, während nach dem Lautsprecher eine Auslöschung erfolgt.