Fachbeitrag zum Thema Schall von Luft-Wasser-Wärmepumpen

(16.8.2024) Wärmepumpen nach dem derzeitigen Stand der Technik unterschreiten im Nachtbetrieb ab 3 m Abstand die Grenze von 35 dB(A) Schalldruckpegel, welche zwischen 22:00 und 06:00 Uhr für reine Wohngebiete gilt. Tom Krawietz, Teamleiter Entwicklung Wärmepumpen und Luca Büchel, Entwicklungsingenieur bei Wolf in Mainburg, erläutern die Grundlagen des Themas Schall. 

Schall - Grundlagen

Versetzt eine Schallquelle die sie umgebende Luft in Schwingungen wird eine Druckwelle erzeugt, die sich wellenförmig ausbreitet. Versetzt diese Druckwelle das Trommelfell des Ohres in Schwingung beginnt der Prozess des Hörens. 

Verschiedene Faktoren können die Ausbreitung von Schall verstärken wie auch abschwächen:

• Abschirmen durch massive Hindernisse wie Mauern etc.
• Reflektionen durch schallharte Oberflächen wie Mauerwerk oder Glas 
• Schallabsorption durch weiche Oberflächen wie Rindenmulch oder frischer Schnee 
• Wind kann Schall verstärken wie auch abschwächen

Ein sehr ruhiges Zimmer oder leichter Wind verursachen 30 dB(A), Flüstern oder eine ruhige Wohnstraße nachts 40 dB(A) und Regen oder ein Kühlschrank erzeugen 50 dB(A). 

Schalldruck

Schalldruck bzw. Schallwechseldruck bezeichnet die mechanische Überlagerung des Luftdrucks durch den Schall. Diese Druckdifferenz ist messbar. Da der Schalldruck mit zunehmendem Abstand von der Schallquelle abnimmt, wird ein Geräusch mit zunehmendem Abstand von dieser als leiser empfunden. Je stärker der Luftdruck durch die Schallquelle verändert wird, desto lauter wird ein Geräusch empfunden. Die Drucklage der Welle bestimmt die Lautstärke. Leise = wenig Druck, laut = hoher Druck. Die übliche Schalldruckeinheit ist Pascal (Pa), meist wird dieser jedoch als Schalldruckpegel in Dezibel (dB) angegeben. Der Wert 0 dB entspricht in etwa der Hörschwelle des Menschen.

Schalldruckpegel L_P

Schallmessungen geben den Schalldruckpegel (L_P) wieder. Eine, aus den absoluten Druckwerten abgeleitete, logarithmische Größe. Für die „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm” (TA Lärm) ist der Schalldruckpegel die maßgebliche messtechnische Größe, welche am Ort der Schalleinstrahlung gemessen wird.

Verdoppelt sich die Entfernung zu einer Geräuschquelle, sinkt die dort wahrnehmbare Lautstärke um 6 dB(A). Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um 3 dB wird bei einem gleichen Abstand zur Schallquelle erreicht, wenn die erste Schallquelle durch eine zweite, genauso laute, „verdoppelt” wird.

Einsatz von A-Filtern

Um die Empfindlichkeit des Ohres auszugleichen, wird seitens der Akustik ein sogenannter A-Filter eingesetzt. Dieser verstärkt oder schwächt Schallsignale in dem Bereich, in dem das menschliche Ohr empfindlicher oder unempfindlicher ist. Der A-Filter schwächt z.B. Bässe und Höhen ab. Bei Verwendung des Filters im Messverfahren erfolgt die Angabe der Schallwerte in dB(A).

Ermittlung des Schallleistungspegels L_W

Die gesamte, durch eine Schallquelle in alle Richtungen ausgesandte Luftdruckänderung wird als Schallleistung bzw. als Schallleistungspegel bezeichnet. Diese Größe bezieht sich auf den Schall aussendenden Gegenstand. Der Wert ist unabhängig von Abstand und Richtung und bezieht sich ausschließlich auf eine spezifische Schallquelle. Da die abgestrahlte gesamte Schallleistung messtechnisch nicht direkt erfasst werden kann, wird der Schallleistungspegel (L_W) im Schalllabor aus vielen Einzelmesswerten des Schalldruckpegels (L_P) errechnet:

L'_p(ST) bezeichnet den zeitlich gemittelten Schalldruckpegel aller Messpunkte. S_i ist der Anteil an der Messfläche des Schallkörpers und S die gesamte Messfläche.

N_M bezeichnet die Anzahl der Messpunkte.

Mit der Formel wird anschließend der zeitlich gemittelte Messflächen-Schalldruckpegel L_p errechnet, indem die Störfaktoren von Fremdgeräuschen K₁ und die Einflüsse der Messumgebung K₂ subtrahiert werden.

Der Schallleistungspegel lässt sich nachfolgend berechnen. S bezeichnet die gesamte Messfläche und S₀ entspricht 1 m².

Herstellerangaben: Schallleistungspegel

Für die Außeneinheiten von Wärmepumpen wird von Herstellern stets der Schallleistungspegel angegeben. Dieser Wert wird unter Laborbedingungen gemäß EN 12102-1 und der Ökodesign-Richtlinie (EN 14825) ermittelt. Mit Hilfe dieser Werte können unterschiedliche Schallquellen miteinander verglichen werden. Er wird auch zur Schallprognose vor Ort genutzt.

Auswirkungen auf den Schalldruckpegel vor Ort

Das Außengerät einer Wärmepumpe sollte mit einem Mindestabstand von 3 m zum Nachbarn aufgestellt werden. Aufstellorte in Nischen oder zwischen zwei Mauern, unter Vordächern oder in Ecken wirken sich jedoch ungünstig auf den Schalldruckpegel aus. Insbesondere an senkrechten Flächen kann der Schall reflektieren. Wenn die Außeneinheit unter einem Vordach bis zu 5 m Höhe aufgestellt wird, entstehen durch Schallreflexion zusätzlich zu den normalen Betriebsgeräuschen 9 dB(A). Dauerhafte Vegetation wie Büsche oder Rasen senkt den Schalldruckpegel.

Schallrechner von Wolf

Der Wolf Schallrechner basiert auf dem „Leitfaden für die Verbesserung des Schutzes gegen Lärm bei stationären Geräten” von der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz (LAI). Auch ungünstige Aufstellbedingungen können damit für den Tag- wie auch den Nachtbetrieb bewertet werden. 

Der Wolf Schallrechner dient der Ermittlung des notwendigen Abstands der Außeneinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Nachbarn bzw. des optimalen Aufstellortes.

TA Lärm-Prognoseverfahren

Die Ergebnisse ergeben sich aus dem überschlägigen Prognoseverfahren der TA Lärm. Liegt der errechnete Wert für die betrachtete Betriebszeit (Tag/Nacht) 6 dB unter dem jeweils gültigen Grenzwert für ein definiertes Gebiet, ist eine Aufstellung nach TA Lärm problemlos möglich. Ist die Differenz geringer, sollte ein alternativer Standort für die Anlage gesucht oder ein schalltechnisches Gutachten in Auftrag gegeben werden.

Normgerechtes Prüfen der Wolf-Wärmepumpen

Alle Wärmepumpen von Wolf werden zunächst im werkseigenen Innovationszentrum schalltechnisch geprüft. Das Wolf Schalllabor ist nach ISO 3744 für Schallleistungsmessungen der Genauigkeitsklasse 2 zertifiziert. Der Schallleistungspegel der Geräte wird nach dieser Norm (ISO 3744) im Hüllflächenverfahren mit mindestens 9 Mikrofonen ermittelt.

Vor Serieneinführung werden alle Schallwerte z.B. im Prüflabor von TÜV SÜD und damit von unabhängiger Seite verifiziert. Dort kommt ein alternatives Messverfahren zum Einsatz, das auch Messungen in Klimakammern bei unterschiedlichen Betriebszuständen und Temperaturen ermöglicht. Dabei wird der Schallleistungspegel nach DIN EN ISO 9614-2:1996-12 durch Abtasten von 5 Hüllflächen um die Wärmepumpe mit einer speziellen Schallintensitätssonde ermittelt.

Reduzieren der Schallemissionen bei der Wolf CHA

Ventilator und Verdichter einer Luft-Wasser-Wärmepumpe sind die Hauptschallquellen im Außenbereich. 

Die konstruktive Entkopplung vom Gehäuse verhindert die Übertragung von Schwingungen als Körperschall. Spezielle Schwingungsdämpfer ermöglichen eine doppelte Schallentkopplung des Verdichters einer Wolf CHA vom Gehäuse. Zusätzlich ist der Verdichter mit Akustik-Vlies ummantelt. Das Gehäuse der Wolf CHA ist innen mit Dämmschaumstoff ausgekleidet. Nebst ruhig gelagertem Motor sollen Schallemissionen durch das Ausführen der Ventilatorblätter im geräuschoptimierten Eulenflügeldesign mit gezackten Hinterkanten reduziert werden. 

Weitere Informationen können per E-Mail an Wolf GmbH angefordert werden.