IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 10/2000, Seite 70 ff.

Heizungstechnik

Geräuschminderung an Heizungsanlagen

Dipl.-Ing. Klaus Krähling*

Geräusche oder Schallemissionen, die Menschen stören, belästigen oder sogar in ihrer Gesundheit beeinträchtigen, werden als Lärm bezeichnet. Heizungsanlagen verursachen Geräusche unterschiedlicher Art und Intensität. Bei der überwiegenden Zahl der ausgeführten Heizungsanlagen ist die Geräuschentwicklung gering und damit unproblematisch. Wenn jedoch Beanstandungen über zu hohe Geräuschemissionen auftreten, sind diese häufig nur mit hohem Aufwand und entsprechenden Kosten zu beseitigen. Maßnahmen zur Geräuschminderung haben daher eine hohe Bedeutung bei der Planung und Ausführung von Gebäuden und Heizungsanlagen.

Schalltechnische Begriffe

Beim Schall im physikalischen Sinne handelt es sich um Schwingungen bzw. Wellen, deren Frequenzen im hörbaren Bereich liegen. Als Frequenz wird die Anzahl der Schwingungen bzw. der Schallwellen pro Sekunde bezeichnet. Die Einheit hierfür ist Hertz (Hz). Vom Menschen können Frequenzen im Bereich von ca. 16 Hz (tiefe Töne) bis ca. 16.000 Hz (hohe Töne) wahrgenommen werden. Die Schallwellen werden vom Erreger über feste Körper (Körperschall), Flüssigkeiten (Flüssigkeitsschall) oder die Luft (Luftschall) übertragen. Bedeutend beim Betrieb von Heizungsanlagen sind Körperschall und Luftschall.

Bild 1 zeigt die Übertragungswege von Luft- und Körperschall. Der von Heizungsanlagen ausgehende Luftschall - zum Beispiel das Geräusch des Brennergebläses - kann vom Menschen unmittelbar wahrgenommen werden. Körperschall hingegen - zum Beispiel Schwingungen, die vom Heizkessel über das Fundament und Wände in andere Räume übertragen werden - muss zunächst wieder in Luftschall umgewandelt werden, um hörbar zu sein. Bei dem häufig verwendeten Begriff "Geräusch" handelt es sich um Schall, der sich aus vielen Tönen beliebiger Frequenzen zusammensetzt.

Bild 1: Übertragungswege von Luft- und Körperschall.

Angabe von Schallwerten

Bei diesem Thema ist in der Praxis große Unsicherheit vorhanden. Das Thema "Schall" ist aufgrund der physikalischen Zusammenhänge und der sich daraus ergebenden Begriffsvielfalt schon sehr komplex. Hinzu kommt das individuelle Lautstärkeempfinden der Menschen sowie die unterschiedliche Sensibilität für störende Geräusche.

Wenn in Herstellerunterlagen zum Thema Schall Werte wie Schallpegel, Geräuschpegel oder Schallemission in der Einheit dB(A) genannt werden, trägt dies sicherlich nicht dazu bei, Schallfragen zu versachlichen. Die wesentlichen Kennwerte für Schall sind der Schalldruck und die Schallleistung.

Schalldruck und Schalldruckpegel

Bei dem auch für die Heizungstechnik relevanten Luftschall handelt es sich um Druckwellen mit Drücken im Mikrobar-Bereich. 1 Mikrobar (bar) ist ein Millionstel bar.

Die Bandbreite der vom menschlichen Ohr wahrnehmbaren Schalldrücke liegt zwischen 2 x 10^-4bar - der Hörschwelle - und 2 x 10²bar - der Schmerzgrenze. Um nicht mit diesen sehr kleinen Zahlenwerten, die sich darüber hinaus auch über einen sehr weiten Bereich erstrecken, arbeiten zu müssen, wird stattdessen mit einer logarithmischen Skalierung - dem Schalldruckpegel - gearbeitet. Schalldruckpegel werden in der Einheit dB (Dezibel) angegeben.

Bewerteter Schalldruckpegel

Das menschliche Ohr nimmt Töne verschiedener Frequenzen bei gleichen Schalldruckpegeln unterschiedlich laut wahr. Tiefe und ganz hohe Töne werden leiser empfunden als mittlere Töne. Dieser Tatsache wird bei der Betrachtung von Schallwerten durch ein Bewertungsverfahren entsprochen.

Auf Basis von Versuchen wurden "Kurven gleichen Lautstärkeempfindens" ermittelt und entsprechende Korrekturgrößen festgelegt. Das heißt, dass die gemessenen Schalldruckpegel in der Einheit dB um festgelegte Zahlenwerte korrigiert werden. Gebräuchlich ist die A-Bewertung. Die nach diesem Verfahren bewerteten Schalldruckpegel werden dann in der Einheit dB(A) angegeben. In Bild 2 ist das Verfahren der A-Bewertung dargestellt.

Der Schalldruckpegel wird üblicherweise nicht bei jeder Frequenz, sondern als Gesamt-Schalldruckpegel in dB(A) angegeben.

Häufig werden Schalldruckpegel zum Beispiel als Maß für die Geräusche eines Gebläsebrenners genannt. Selbst bei gleichen Messpunkten - zum Beispiel 1 m vor dem Brenner - können unterschiedliche Heizräume jedoch zu verschiedenen Schalldruckpegeln führen. Kompakte und schallharte Aufstellräume lassen andere Schalldruckpegel erwarten als große Aufstellräume mit ggf. noch schallabsorbierenden Flächen. Die nach diesem Verfahren gemessenen Schalldruckpegel liefern aber brauchbare Anhaltswerte um zu beurteilen, ob in den schutzbedürftigen Räumen die zulässigen Schallwerte überschritten werden.

Bild 2: A-Bewertung zur Ermittlung der Kurven gleichen Lautstärkeempfindens.

Schallleistung und Schallleistungspegel

Die Schallleistung ist die als Luftschall abgegebene Leistung in der Einheit Watt. Sie ist damit die Größe, mit der eine Schallquelle physikalisch exakt ohne "Störfaktoren" wie Reflektionen oder Absorptionen gekennzeichnet wird. Analog der Vorgehensweise beim Schalldruckpegel wird auch bei der Schallleistung ein Schallleistungspegel in der Einheit dB angegeben. Die Angabe von Schallleistungspegeln wird nahezu ausschließlich für Akustikberechnungen benötigt. In der Heizungstechnik hat dieser Wert bisher noch keine Bedeutung. Dem Thema Schall wird jedoch auch in der Heizungstechnik zunehmende Aufmerksamkeit gewidmet, z.B. durch die Angabe von Schallwerten.

Um Schallwerte tatsächlich miteinander vergleichen zu können, ist allein die Angabe des Schallleistungspegels geeignet. Ein Messverfahren für Wärmeerzeuger wird zur Zeit erarbeitet. Erst wenn ein einheitliches Messverfahren vorliegt, können Schallwerte angegeben und miteinander verglichen werden - vergleichbar z.B. dem Norm-Nutzungsgrad bei Heizkesseln.

Aber: Auch die Angabe eines nach Norm gemessenen Schallleistungspegels sagt noch lange nichts darüber aus, ob die Geräusche einer Heizungsanlage als Lärm empfunden werden. Zu vielfältig sind die möglichen Schallübertragungswege einerseits, und andererseits die in den meisten Fällen wirksam werdenden Dämpfungseigenschaften von Wänden und Decken.

Anforderungen

Die einzuhaltenden Schalldruckpegel sind in verschiedenen Vorschriften definiert. So dürfen nach DIN 4109 die von einer Heizungsanlage verursachten Geräusche in schutzbedürftigen Räumen folgende Werte für den zulässigen A-bewerteten Schalldruckpegel nicht überschreiten:

Wohn- und Schlafräume: < 30 dB(A)
Unterrichts- und Arbeitsräume: < 35 dB(A)

Die zulässigen A-bewerteten Schalldruckpegel für die Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft legt die TALärm (Technische Anleitung Lärm) fest. Gemessen werden die Werte außen in 0,5 m vor dem geöffneten Fenster von schutzbedürftigen Räumen.

Hinweise zur Vermeidung von Geräuschemissionen

Dass die beim Betrieb von Heizungsanlagen entstehenden Geräusche in den meisten Fällen zu keinen Problemen führen, dafür sorgen neben der modernen Gerätetechnik im Wesentlichen die Dämpfungseigenschaften von Wänden und Decken sowie die fachgerechte Planung und Ausführung von Gebäuden und Heizungsanlagen.

Die nachstehend genannten Hinweise gelten für Feuerstätten in Heizungsanlagen. Weitere Hinweise hierzu sind in dem vom Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie* herausgegebenen Informationsblatt Nr. 10 enthalten.

Bild 3: Zulässige Schalldruckpegel gemäß DIN 4109 und TALärm.

Planung der Gebäude

Schallschutz beginnt bereits bei der Gebäudeplanung. Empfohlen wird, dass der Aufstellraum und die Abgasanlage möglichst nicht an schutzbedürftige Räume angrenzen und bei hohen Schallschutzanforderungen baulich nicht mit diesen verbunden sein sollen. Lüftungsöffnungen und Mündungen von Abgasanlagen müssen so angeordnet sein, dass auf fremde oder zum Gebäude gehörende schutzbedürftige Räume keine unzumutbaren Geräusche einwirken. Können diese Anforderungen nicht eingehalten werden, so ist mit zusätzlichen Schallschutzmaßnahmen zu rechnen.

Eine wirksame Schallminderung wird mit einer großen Masse von Wänden und Decken erreicht. Wichtig ist, dass gemauerte Wände mindestens einseitig vollflächig verputzt werden.

Körperschalldämmung

Körperschalldämmende Unterbauten am Wärmeerzeuger sind eine preiswerte und wirksame Maßnahme. Hierfür werden schallabsorbierende Stellfüße zum Einschrauben in den Grundrahmen des Kessels sowie schallabsorbierende Unterlagen angeboten. Für Heizkessel größerer Leistung werden üblicherweise Längsdämmbügel aus Edelstahl-Federelementen eingesetzt. Bei der Auslegung derartiger Unterbauten ist das gesamte Betriebsgewicht der Kesselanlage sowie beim Einsatz von Längsdämmbügeln die Beschaffenheit der Auflagefläche zu berücksichtigen.

Zur akustischen Entkopplung der Feuerstätte vom Gebäude stehen entsprechende Kompensatoren zur Verfügung. Werden Abstützungen oder Aufhängungen eingesetzt, sind diese ebenfalls schalltechnisch vom Bauwerk zu entkoppeln.

Bild 4: Viessmann Vitodens 200 mit MatriX-Kompaktbrenner. Großflächige Verbrennung, modulierende Betriebsweise mit drehzahlgeregeltem Gebläse und schallgedämpftes Luftgehäuse sorgen für niedrige Schallemissionen.

Maßnahmen zur Luftschalldämpfung

Der beim Betrieb von Feuerstätten entstehende Luftschall wird im Wesentlichen durch das Brennergebläse und die Flammengeräusche verursacht. Dementsprechend breiten sich die Geräusche über den Aufstellraum und den Abgasweg aus. Heizkessel, Brenner und Abgasanlage sind bei modernen Anlagen so aufeinander abgestimmt, dass in der Regel keine Probleme durch Luftschall zu erwarten sind. Daneben sorgen die nachstehend genannten Maßnahmen bei Planung und Ausführung der Anlagen für einen geräuscharmen Betrieb.

Zur Luftschalldämmung im Abgasweg bieten sich folgende Möglichkeiten:

Abgas ist ein strömendes Medium, deshalb gelten auch hier die Regeln, die zum Beispiel bei der Wasserinstallation beachtet werden. So ist z.B. der Abgasweg strömungsgünstig auszuführen. Die Zahl der Umlenkungen sollte minimiert, sprunghafte Reduzierungen des Querschnitts vermieden werden.

Falls Aufsätze an der Mündung der Abgasanlage erforderlich sind, ist zu beachten, dass Schallreflexionen nicht zu störenden Geräuschen in schutzbedürftigen Räumen oder der Umgebung führen.

Abgasschalldämpfer sind in der Regel nur bei erhöhten Schallschutzanforderungen erforderlich. Aufgrund der Komplexität der Entstehung und Ausbreitung von Flammengeräuschen, dem Zusammenwirken von Brenner, Heizkessel und Abgasanlage sowie der Betriebsweise (Abgasanlage in Über- oder Unterdruck) ist nur sehr schwer vorhersehbar, ob ein Abgasschalldämpfer erforderlich ist. Die im Verbindungsstück gemessenen Schalldruckpegel, zu deren Messung zur Zeit noch kein normiertes Verfahren vorliegt, liefern nur sehr grobe Anhaltswerte. Zur Beurteilung der Geräuschemissionen in der Nachbarschaft sollten deshalb die an der Mündung der Abgasanlage gemessenen Schallleistungspegel herangezogen werden. Falls Abgasschalldämpfer erforderlich werden könnten, sollte dies bereits bei der Planung berücksichtigt werden. Wichtig hierbei ist, dass hinter dem Kessel ausreichend Platz für den Abgasschalldämpfer vorgesehen wird. Der abgasseitige Widerstand der Abgasschalldämpfer wird für die Berechnung nach DIN 4705 benötigt. Werkstoff und Ausführung des Abgasschalldämpfers werden durch die Kesselbauart bestimmt. Brennwertkessel erfordern korrosionssichere Abgasschalldämpfer.

Die Verbrennungsgeräusche können durch Resonanzerscheinungen verstärkt werden, da die Abgassäule im Heizkessel zusammen mit der in der Abgasanlage ein schwingungsfähiges System darstellt. Wenn störende Geräusche durch Resonanzen entstehen, ist es erforderlich, das System Brenner-Heizkessel-Abgasanlage zu "verstimmen". Die wesentlichen Maßnahmen hierzu sind Veränderungen der Brennereinstellung oder zum Beispiel Maßnahmen an Mischeinrichtungen oder Gebläsen der Brenner. Weitere hilfreiche Maßnahmen können der Einsatz von Drosseln zur Erhöhung des Widerstandes, die Verlängerung der Abgasanlage sowie der Einsatz von Abgasschalldämpfern, ggf. nach einer vorher durchgeführten Schallmessung, sein. Die Praxis zeigt, dass die geeignetste Maßnahme für solche Fälle oft nur auf empirischem Wege gefunden werden kann. Je nach dem, welche Maßnahme durchgeführt wurde, ist eine Neuberechnung nach DIN 4705 und ggf. die Abstimmung mit dem Bezirksschornsteinfegermeister erforderlich.

Bild 5: Abgasschalldämpfer aus Edelstahl. (Werkbild SUR)

Luftschalldämpfung im Aufstellraum

Moderne Brenner verfügen vielfach über schalldämpfende Hauben bzw. schallgedämpfte Luftansauggehäuse. Bei erhöhten Schallschutzanforderungen können zusätzlich Schalldämpfhauben eingesetzt werden. Diese Maßnahme ist auch problemlos nachträglich durchführbar. Schalldämpfhauben werden für verschiedene Schallminderungen angeboten und üblicherweise entsprechend den Anlagenbedingungen (Heizkesseltyp, Brennstoffzuführung, bauliche Gegebenheiten) ausgelegt und gebaut. Wichtig für eine wirksame Schalldämpfung ist, dass der Brenner voll umschlossen ist und "Schallnebenwege" vermieden werden.

Bei größeren Anlagen kann es erforderlich sein, die Ansaugluft in einem schallgedämpften Kanal heranzuführen, um störende Geräusche außerhalb des Gebäudes zu vermeiden.

Zusammenfassung

Optimal aufeinander abgestimmte Komponenten moderner Heizungsanlagen bieten beste Voraussetzungen für einen geräuscharmen Betrieb. Ob es dennoch zu störenden Schallemissionen kommt, lässt sich nur schwer vorhersagen. Auch die immer wieder genannten Schalldruckpegel für Brenner- und Abgasgeräusche liefern hierfür nur grobe Anhaltswerte. Werden bei der Planung und Ausführung von Gebäuden und Heizungsanlagen schallmindernde Maßnahmen beachtet, so können erfahrungsgemäß in den meisten Fällen Geräuschprobleme vermieden werden. Das Einplanen von ggf. erforderlichen Abgasschalldämpfern und Brennerschalldämpfhauben - besonders bei größeren Anlagen - vereinfacht den nachträglichen Einbau und minimiert damit die Kosten.

Literatur

Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie: Informationsblatt Nr. 10 "Hinweise zur Verminderung von Geräuschemissionen durch Feuerstätten in Heizungsanlagen", Nov. 1997
VdZ-ZIV: "Merkblatt Abstimmung - Abgasanlage", 4. Auflage, März 1997
Recknagel, Sprenger, Schramek: "Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik", 69. Auflage, 1999
Mantz, Willi: "0 + 0 = 3?", IKZ-HAUSTECHNIK Heft 20, 21, 23 und 24, 1999
Beiblatt 2 zu DIN 4109: "Schallschutz im Hochbau"
VDI 2715: "Lärmminderung an Warm- und Heißwasser-Heizungsanlagen"

* Dipl.-Ing. Klaus Krähling, Produktleiter Mittel- und Großkessel, Viessmann Werke GmbH, Allendorf

* Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V., Frankfurter Straße 720 - 726, 51145 Köln,
Tel.: 02203 / 935930, Fax: 02203 / 9359322

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