Wie Schallemissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen entstehen
Gleich mehrere Komponenten in Luft-Wasser-Wärmepumpen erzeugen Schall. Dazu zählen insbesondere der Ventilator und der Kompressor. Zusätzlich sind auch Luftgeräusche ein Verursacher von Schall. Schließlich werden je nach Leistungsanforderung große Luftvolumina durch die Wärmepumpe bzw. über den Wärmetauscher geführt. Doch auch das Gehäuse an sich und weitere Komponenten können störende Geräusche verursachen. Angaben in Bezug auf die Schallemissionen ihrer Luft-Wasser-Wärmepumpen machen daher alle Hersteller.
Natürlich gibt es bekannte Maßgrößen, in denen sich Schall beurteilen lässt. Aber auch hier steckt der Teufel im Detail. Das beginnt alleine mit der Unterscheidung in den Schalldruck- und den Schallleistungspegel – beide gemessen in dB(A), was Verwechslungen der beiden Bezugsgrößen begünstigt. Zwar gilt sowohl in der TA Lärm als auch auf den Energieeffizienzlabeln von Luft-Wasser-Wärmepumpen laut Ökodesign-Richtlinie der Schallleistungspegel als das Maß der Dinge. Doch oftmals wird auch der Schalldruckpegel ohne weitere Informationen dazu verwendet.
Schalldruck und Schallleistung – gleiche Einheit, anderer Bezug
Der Schalldruck ist die lokal gemessene Größe der Geräuschentwicklung an einem bestimmten Ort. Er ist abhängig von der Entfernung, dem Aufstellort und der Umgebung. In der Regel nimmt der Schalldruck mit der Entfernung von der Schallquelle durch die zunehmende beschallte Fläche und durch schallabsorbierende Flächen ab. Der Schalldruck ist damit ungeeignet, um akustische Eigenschaften eines Gerätes zu beschreiben, da er erst aus dem Wechselspiel von Gerät und Aufstellungsort sowie der Position des Hörenden resultiert.
Die Schallleistung dagegen ist definiert als die von der Schallquelle abgegebene gesamte Leistung des Schalls, unabhängig von der Entfernung, vom Aufstellungsort und der Umgebung. Diese raum- und richtungsunabhängige Leistung ist notwendig zur Erzeugung von Schalldruckwellen und resultiert z. B. aus der Integration der Schalldrücke über eine Hüllfläche um die Geräuschquelle.
In der Praxis wird häufig der Schalldruck eines Gerätes in Kombination mit mehr oder weniger gut spezifizierten Raum- und Aufstellungsbedingungen genannt. Entsprechen diese den späteren realen Nutzungsbedingungen, ist deren Angabe vorteilhaft. In allen anderen Fällen müssen die Schalldruckangaben aufwendig auf die konkreten Bedingungen umgerechnet werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass Schalldrücke unterschiedlicher Geräte, denen ungleiche Bedingungen zugrunde liegen, direkt verglichen werden und daraus wiederum falsche Schlussfolgerungen resultieren. Bei den Herstellern von Wärmepumpen basieren die Angaben der Schalldruckpegel zudem auf unterschiedlichen Berechnungsverfahren. Dazu werden die Angaben teilweise mit, teilweise ohne Reflexion des entstehenden Schalls angegeben.
Vergleichbare Informationen bieten deswegen eigentlich nur die Schallleistungsangaben. Mittels der Schallleistung sind nicht nur die akustischen Eigenschaften eines Produktes zu beschreiben, sie ermöglicht auch eine direkte Gegenüberstellung unterschiedlicher Geräte eines oder verschiedener Hersteller. Somit empfiehlt es sich bei einem Gerätevergleich, zur Kontrolle die Schallleistungen zu betrachten.
Verdichter und Ventilator – von dort kommt der Schall
In erster Linie wird der Schall bei Luft-Wasser-Wärmepumpen durch zwei Komponenten erzeugt – den Verdichter und den Ventilator. Gleichzeitig können beide Bauteile das Gehäuse zu Schwingungen oder Klappergeräuschen „anregen“.
„Hier hilft ein kurzer Blick auf den Aufbau und die Struktur des Gehäuses“, so Sebastian Albert, Leiter Produkt- und Dienstleistungs-Management bei Vaillant. „Handelt es sich um dünnste, einfache Bleche, die lediglich mit wenigen Schrauben befestigt sind, reicht bereits ein prüfender Handgriff, ob sich das Gehäuse leicht in Schwingungen versetzen lässt.“ Insbesondere beim Hochfahren des Kompressors auf die benötigte Leistungsstufe können unerwünschte Schallemissionen entstehen. „Unsere Wärmepumpen fahren deswegen nur sehr langsam über einen Zeitraum von ca. zwei Minuten auf die volle Leistungsstufe“, so Albert.
Zusätzlich müssen in der Gerätekonstruktion die Eigenresonanzen gezielt ausgeschaltet werden. Zur Erläuterung: Bei allen Wärmepumpen entstehen bei individuellen Drehzahlen Frequenzen, bei denen eine Eigenresonanz erzeugt wird, die das Gehäuse schwingen lässt. „Wir prüfen deswegen bereits gezielt in der Entwicklung einer Wärmepumpe, bei welchen Frequenzen diese Eigenresonanzschwingung entsteht, und sorgen softwareseitig dafür, dass sowohl Kompressor als auch Ventilator diese Frequenzen schnell überfahren. Darüber hinaus sind unsere Kundendiensttechniker in der Lage, über die Software gezielt weitere Frequenzen bei unserer Aro-Therm Split auszublenden, die eventuell durch bauliche Gegebenheiten am jeweiligen Objekt kritisch werden könnten“, erläutert Albert dazu.
Pflicht ist es seitens des Herstellers auch, insbesondere den Kompressor quasi zu kapseln, damit möglichst wenig Geräusche nach außen dringen können. Gleichzeitig sollte das Gehäuse des Außengerätes mit Schalldämmmatten ausgekleidet sein.
Die Rohrführung im Außengerät sollte darüber hinaus ebenfalls so einfach aufgebaut sein, dass die Rohre nicht in Schwingungen geraten können. Zusätzlich ist der Einsatz von Schwingungsdämpfern sinnvoll.
COP und Schallemissionen zusammen betrachten
Doch auch die Luftführung spielt eine wichtige Rolle. Möglichst gerade und ohne störende Hindernisse sollte der Luftstrom durch das Gehäuse geführt werden. Weder die Lamellen vor dem Ventilator noch die Lamellen des Wärmetauschers sollten für zusätzliche Luft- oder gar Pfeifgeräusche durch den Luftstrom sorgen. „Man sollte reine Zahlen zu Schallemissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen immer hinterfragen“, empfiehlt Albert weiter. „Beispielsweise über den neutralen Schallrechner des BWP lässt sich schnell herausfinden, wie laut die Geräte tatsächlich sind. Es reicht auch nicht zu sagen, dass ein Gerät leise ist, sondern es sollte schon erläutert werden, warum das so ist. Wir erklären unseren Kunden sehr genau, was wir alles getan haben, um die Schallemissionen zu reduzieren.“
Dabei korrespondieren die Schallemissionen oft mit dem COP. Denn manche Außengeräte mit einem besonders hohen COP erreichen diesen nur aufgrund einer Vernachlässigung des Schallschutzes. Was nutzt ein um 0,1 oder 0,2 höherer COP, wenn er mit Schallemissionen bezahlt wird, die dafür sorgen, dass die Wärmepumpe in zahlreichen Objekten gar nicht eingesetzt werden kann? Vielmehr sollten Effizienz, Lautstärke und Größe des Gerätes gleichzeitig geprüft und ins Verhältnis gesetzt werden.
Schallübertragung im Gebäude minimieren
Und was kann der installierende Fachhandwerker unternehmen, um die Schallemissionen zu minimieren? Eine ganze Menge! Das beginnt mit dem Aufstellungsort und geht über die Montagefläche bis hin zu den Rohrleitungen. Wie sieht es zunächst mit der Schallübertragung und -minimierung im Gebäude aus?
Hier kann sich der Schall durch Körperschallübertragung über den Boden und Wände sowie die umgebende Luft ausbreiten. Um diese Wege zu minimieren, sind Wärmepumpen möglichst gut vom Baukörper zu entkoppeln. Auf Leichtbauböden oder einer Holzdecke sollten Wärmepumpen generell nicht aufgestellt werden. Auch herkömmliche bzw. vorhandene Kesselpodeste sind aufgrund ihrer Resonanzwirkung ungeeignet. Eine gute Schalldämmung wird mithilfe einer Beton-Fundamentplatte mit unterlegter Gummimatte erreicht. Bei schwimmendem Estrich sollten Estrich und Trittschalldämmung um die Wärmepumpe herum ausgespart werden. In extrem schallharten Räumen, die z. B. komplett gefliest sind, kann das Anbringen von schallabsorbierenden Materialien die Schallübertragung verhindern.
Außerhalb des Gebäudes breiten sich die Schallemissionen von Wärmepumpen in erster Linie durch die Atmosphäre aus. Es muss in jedem Fall vermieden werden, dass die Luft unmittelbar zum Nachbargebäude hin ausgeblasen wird. Außengeräte von Luft-Wasser-Wärmepumpen sollten nicht in direkter Nähe zu schallsensiblen Räumen wie Schlaf- oder Wohnzimmern installiert werden.
Wichtig: Schallreflexionen vermeiden
Darüber hinaus ist insbesondere auf Schallreflexionen zu achten. Denn hierdurch kann der Schalldruckpegel spürbar erhöht werden. Das beginnt bereits bei ungünstigen Böden wie Beton-, Pflaster- oder Asphaltflächen. Besonders die Zahl der direkt benachbarten senkrechten Flächen erhöht den Schalldruckpegel gegenüber der Freiaufstellung stark. Der Richtfaktor, der die räumlichen Abstrahlbedingungen an der Schallquelle berücksichtigt, wächst dabei sogar exponentiell – von der Frei- über die Wand- bis hin zur Eckaufstellung. Durch bewachsene Oberflächen wie Rasen oder Buschwerk kann der Schalldruckpegel dagegen deutlich verringert werden. Auch bauliche Hindernisse wie Zäune, Mauern oder Palisaden können die direkte Schallausbreitung verringern.
Vor Ort sollte in jedem Fall eine kurze Überprüfung des vorab ausgewählten Standortes des Außengerätes einer Luft-Wasser-Wärmepumpe durchgeführt werden.
Fazit
Schallemissionen bei Luft-Wasser-Wärmepumpen treten je nach Gerätetechnologie sowohl im als auch außerhalb des Gebäudes auf. Sie in den Griff zu bekommen, ist die Aufgabe sowohl der Hersteller als auch der Fachhandwerker. Anhand weniger, einfacher Parameter können Fachhandwerker prüfen, ob Hersteller genug getan haben, um Schallemissionen so gering wie möglich zu halten. Und anhand einfacher Hinweise zur Aufstellung lassen sich die wichtigsten Probleme bei den Schallemissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen sicher vermeiden.
Dieser Artikel von Martin Schellhorn ist zuerst erschienen in: SBZ 22-2018.
Schallrechner nutzen
Der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) hat einen Schallrechner entwickelt. Er ermöglicht die Beurteilung der Lärmimmissionen von Luft-Wasser-Wärmepumpen mit einer Heizleistung von maximal 35 kW nach TA Lärm im Tagbetrieb zu Zeiten erhöhter Empfindlichkeit und während der Nacht. Mit der Berechnung ist eine Abschätzung der Lärmimmissionen an schutzbedürftigen Räumen (maßgebliche Immissionsorte) auf angrenzenden Grundstücken bzw. die Ermittlung des notwendigen Abstands der Wärmepumpe möglich.
Die Ergebnisse resultieren aus dem überschlägigen Prognoseverfahren der TA Lärm vom 26. August 1998 und können daher im Falle eines Nachbarschaftsstreits kein individuelles Schallgutachten ersetzen.
Der Schallrechner befindet sich auf der Webseite des BWP unter
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