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Anregungsquellen bei Wärmepumpen
Bei der Analyse der möglichen Schallwege ist immer zuerst von der Lärmursache, also der Anregungsquelle auszugehen. Hier lassen sich Schallschutzmaßnahmen am wirksamsten und mit dem geringsten Aufwand umsetzen und sind daher gegenüber allen sekundären Schallschutzmaßnahmen zu bevorzugen. Im Falle der Wärmepumpe sind die Anregungsquellen der Kompressor sowie Ventilatoren und evtl. Pumpen. Über die schalltechnische Optimierung von Ventilatoren sei an dieser Stelle auf die umfangreiche Literatur zu diesem Thema verwiesen, eine sehr gute Zusammenstellung gibt die VDI 3731, Blatt 2
[VDI 3731] . In diesem Beitrag soll dagegen auf die Schallquelle “Wärmepumpe”, also Kompressor und den angeschlossenen Kältemittelkreis eingegangen werden.
Zunächst ist festzuhalten, dass die Emissionswerte von Wärmepumpen eine Streuung aufweisen, welche bei der Planung zu berücksichtigen ist, damit der Schallschutz auch dann ausreicht, wenn z. B. ein besonders lautes Gerät (z. B. durch Produktionsstreuung) eingebaut wurde. Aus diesem Grund wurde nach VDI 3731 (Blatt1) der Begriff Emissionskennzeichnungswert Lc definiert, welcher die Grenze anzeigt, unter der der Emissionswert (A-Schallleistungspegel LWA) von etwa 93,5 % aller Maschinen derselben Serie liegen muss, wenn mit 95%iger Aussagesicherheit die neuen Maschinen diese Bedingung erfüllen. Neben dieser gerätespezifischen Streuung der Einzelexemplare sorgt natürlich die Art der Aufstellung und Montage des Gerätes für eine weitere Streuung. In der nachfolgenden Abbildung sind die Messwerte LAeq von zehn Kompaktgeräten bei geöffneter Türe der Einhausung dargestellt (Projekt: Pantucekgasse, Wien; Messung: Fa. HumanTec).
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| Abbildung 1: Streuung der Messwerte LAeq von Kompaktgeräten im eingebauten Zustand (Türe der Einhausung geöffnet); Quelle: Projekt Pantucecgasse, Wien; Messung: Fa. HumanTec |
Analysiert man die Schallquelle Kompressor, so erkennt man ein typisches relativ tieffrequentes Geräusch, das sogenannte Pulsationsgeräusch (Drehklang) welches durch periodisch beschleunigte und verzögerte Geschwindigkeiten beim Ansaug- und Ausstoßvorgang verursacht wird. Die Grundfrequenz ergibt sich aus Drehzahl der Kompressorwelle multipliziert mit der Zahl der Arbeitshübe pro Umdrehung. Zusätzlich werden die Obertöne bei ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz abgegeben.
Bei diesen Pulsationen regt das Kältemittel Leitungen und Verdampfer etc. zum Schwingen an. Diese können z. B. durch Pulsationsdämpfer vermindert werden. Bauartbedingt verursachen Scroll-Kompressoren geringere Pulsationen als Hubkolben.
Zu diesen Pulsationen kommen noch zusätzlich durch Unwuchterregung erzeugte Geräusche hinzu. Diese können durch möglichst gute Auswuchtung und Verwendung von Ausgleichswellen auf ein Minimum reduziert werden.
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| Abbildung 2: Pulsierende Strömung (Beispiel: Auspufflärm eines Automotors) und Kavitations- geräusch (Beispiel: Zischen eines Wasserhahns bei geringer Öffnung); Quelle: [Graf 2002] |
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Neben den genannten tieffrequenten Geräuschen treten auch Strömungsgeräusche des Kältemittels auf. Diese Strömung ist im Allgemeinen turbulent, d. h. es treten zusätzlich zur Hauptströmung noch Wirbelströmungen auf, welche auch quer zur Hauptströmung Druckpulsationen verursachen und damit zu Schwingungserregung an der Wandung führen können. Bei hoher Geschwindigkeit des Kältemittels (insbes. beim Expansionsventil) kann auch Kavitation mit entsprechender Geräuschbildung auftreten. Bei allen Strömungsvorgängen ist die Strömungsgeschwindigkeit für die Schallleistung die wichtigste Einflussgröße und sollte bei der schalltechnischen Optimierung der Wärmepumpen berücksichtigt werden.
Bei der schalltechnischen Beurteilung von Wärmepumpen spielt nicht nur das Dauergeräusch während des Betriebs eine Rolle. Insbesondere bei den Ein- und Abschaltvorgängen treten kurzzeitig erhöhte Emissionen auf.
Beim Umschalten zwischen Normal- und Abtaubetrieb können pulsartige Geräusche entstehen, solche Zisch- und Pfeifgeräusche entstehen infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten in den Kältemittelleitungen.
Wie bei Ventilatoren können auch bei Verdichtern Geräusche durch elektrische Komponenten entstehen. Es entsteht ein Brummen durch den sogenannten Magnetostriktionseffekt. Es handelt sich dabei um eine Verformung des Eisens im Takt des Wechselstroms. Diese Verformung tritt bei jeder Halbwelle auf, bei einer Netzfrequenz von 50 Hz tritt daher ein Brummton von 100 Hz auf. Abhilfemaßnahmen sind auch hier die Kapselung und Körperschallisolation der betreffenden Bauteile, welche nachfolgend erläutert werden.
Siehe auch
Folgende Abschnitte:
Literatur
[VDI 3731] VDI 3731 Blatt 2: Emissionskennwerte technischer Schallquellen, Ventilatoren, VDI-Handbuch Lärmminderung, Dezember 1982.
[Graf 2002] H.R. Graf: Zogg-M Lärmreduktion bei Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen, Grundlagen und Maßnahmen, Abschlussbericht zum Forschungsprogramm Umgebungs- u. Abwärme, Wärme-Kraft-Kopplung (UAW), i.A. Bundesamt für Energie, CH, 2002.