78 FACH.JOURNAL 2005/06

Eine ganzheitliche Planung vor Beginn der Bauphase einer Lüf-

tungsanlage mit strömungs- undschalltechnischer Dimensionierung,erspart Kosten und Probleme nachder Fertigstellung des Systems. Wer-den bei der Ausführung unter Ein-haltung der PlanungsvorgabenSorgfalt, gesunder Menschenver-stand und hochwertige Komponen-ten eingesetzt, können währendder Entstehung und der Nutzungder Anlage Schwierigkeiten weitest-gehend vermieden werden. Bewegte Luft verursacht Geräusche,die sich nicht verhindern lassen.Durch geringe Luftgeschwindigkei-ten und strömungsbegünstigte Bau-teile, z.B. Bögen statt Winkel mitLuftleitschaufeln, der Vermeidungscharfkantiger Abzweige oderQuerschnittssprünge und durch

strömungsoptimierte Schalldämpferlässt sich die Geräuschentstehungzumindest reduzieren. Diese Maß-nahmen wirken sich in der Regelauch positiv auf den Energiever-brauch einer Lüftungsanlage aus.Schallemissionen aus der Lüftungs-anlage können stören und sind des-halb zu begrenzen, so dass in denzu belüftenden Räumen die Behag-lichkeitskriterien eingehalten wer-den. Richtwerte für maximaleSchalldruckpegel in Räumen sind inaktuellen Normen und Richtlinien,z.B. VDI 2081, EN 13779 etc. zu fin-den, Abb.1. Für eine korrekte Schall-dämpferauslegung sollte man dasgesamte Lüftungssystem betrach-ten. Diese Betrachtung kann je nachAnlagengestaltung und -größe sehrumfangreich sein und sollte dahermit Hilfe von Berechnungsprogram-

men durchgeführt werden. Nachfol-gend soll an einem Beispiel dieSchallberechnung durch das Zei-chen- und BerechnungsprogrammCADvent® beschrieben werden.

Betrachtung des RaumsZur Ermittlung eines passendenSchalldämpfers sind die zulässigenSchallwerte im Lüftungssystem rele-vant. Diese errechnen sich aus denzu belüftenden Räumen. Am Bei-spiel eines einzelnen Raumes solldieser Weg aufgezeigt werden.Abb.2 zeigt den kleinen Tagungs-raum eines Gästehauses. Die Eigen-schaften des Raums können Abb.3entnommen werden. Die einge-planten Luftauslässe sollen zur Ver-meidung des Telefonieschalls, derSchallübertragung von Raum zuRaum, mit geräuschdämmendenAnschlusskästen ausgestattet wer-den. Das Diagramm der gewähltenDurchlässe ist in Abb.4 für Zuluftund Abb.5 für Abluft dargestellt.Den Diagrammen kann der Schall-leistungspegel der gewählte Durch-lässe in Abhängigkeit des Volumen-stroms und der Drosselwerte ent-nommen werden. Die Höhe des

Schalldämpferauswahl für LüftungsanlagenSchallberechnung anhand Planungssoftware CADvent

Dipl.- Ing. Jan Behrens, Produktionsmanager für Akustik

Der Einsatz von Schalldämpfern in Lüftungsan-lagen ist in den meisten Fällen unumgänglich,um den schalltechnischen Anforderungen derzu belüftenden Räume gerecht zu werden. DieErmittlung des „richtigen“ Schalldämpfers fürden jeweiligen Einsatzfall beruht jedoch häufigauf Schätzungen und Erfahrungswerten. Nicht

selten stellt sich im Nachhinein heraus, dassder so „berechnete“ Schalldämpfer den Anfor-derungen nicht gerecht wird, überdimensio-niert ist oder sogar selbst zu einer störendenSchallquelle wird. Nachfolgend soll der Weg einer umfassenden Schallberechnung erläu-tert werden.

Abb.1 Richt-werte für max.Schalldruckpegelder RLT-Anlagengem. VDI 2081

Abb.2 Eigenschaften eines Gästehauses

Abb.3EigenschaftenTagungsraum

...ob nur Kühlung, Kühlung oder Hei-

zung, Kühlung und Heizung, Wärme-

pumpe, Mono-, Duo-, Trio-, Quadro-

oder VRF-Split-Systeme, eine- oder

vierzig Inneneinheiten je Außeneinheit,

Anbindung an EIB, Profi bus oder Lon

Works, Befeuchtung oder Entfeuch-

tung, mit Strom oder mit Gas betrie-

ben, Kälteleistung 1,5 kW oder 135 kW,

Heizleistung 3,2 kW oder 150 kW, Ent-

feuchtungsleistung 10 l/Tag oder 900l/

Tag, Dampfl eistung 0,6 kg/h oder 272

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80 FACH.JOURNAL 2005/06

Drosselwerts ist wiederum vomDruckabgleich der Gesamtanlageabhängig. CADvent® berechnetden Abgleich der Anlage, setztautomatisch notwendige Drossel-klappen ein und gibt den Einstell-wert jeder Drossel im System vor.Aus der Abgleichsberechnung erge-ben sich folgende Drosselwerte fürdie Luftdurchlässe:

Zuluft: 133 PaDie Drossel im Anschlusskasten desZuluftdurchlasses kann diesen Wertnicht erbringen. Die notwendigeDrosselung wird auf eine Regulier-klappe (107 Pa) und den Luftdurch-lass (26 Pa) aufgeteilt, Abb.2.

Abluft: 90 PaDer Abluftdurchlass arbeitet mitdieser Anforderung im oberen Be-reich seines Regelfeldes. Es wirdauch hier die notwendige Drosse-lung auf eine Regulierklappe (60 Pa)und den Luftdurchlass (26 Pa) auf-geteilt.Aus den Diagrammen ergibt sich einSchallleistungspegel für den Zuluft-durchlass von 27 dB(A) und für denAbluftdurchlass von 22 dB(A).

In Räumen wird der Schall der Luft-auslässe von den Wänden des Rau-mes zum einen Teil absorbiert undzum anderen Teil reflektiert. EineKenngröße für das akustische Ver-halten eines Raums ist die Nachhall-zeit. Sie wird definiert als diejenigeZeit, in der ein Schalldruckpegelnach beendeter Schallsendung um60 dB abfällt.Mit zunehmendem Abstand zurSchallquelle steigt der Einfluss derRaumeigenschaften auf den Schall(Diffusfeld). Bei kleinem Abstandzur Quelle wirkt die direkte Schall-abstrahlung (Direktfeld), Abb.6.In nachfolgender Formel wird dieserEinfluss in Abhängigkeit der Eigen-schaften des Raums berücksichtigt.So kann der Schalldruckpegel einerQuelle für jeden Punkt im Raum er-rechnet werden:

Lp = Schalldruckpegel im Abstand rLw = Schallleistung der SchallquelleQ = Abstrahlungsfaktor, Abb.7,

für Deckenauslässe i.d.R. Q = 2r = Abstand zur Schallquelle [m]A = äquivalente Schallabsorp-

tionsfläche [m² Sabine]

mit

V = Raumvolumen [m³]T = Nachhallzeit [s]

Für den Punkt A in Abb.8 errechnetsich damit ein Schalldruckpegeldurch den Zuluftdurchlass von 23dB(A) und durch den Abluftdurch-lass von 13 dB(A). Durch die loga-rithmische Summierung beiderSchallquellen ergibt sich ein Schall-druckpegel von

LpA LA = Gesamt-Schalldruckpegelim Punkt A durch die Luftaus-lässeLpA ZU = Schalldruckpegel imPunkt A durch den ZuluftdurchlassLpA AB = Schalldruckpegel im Punkt A durch den Abluftdurchlass

Der zulässige Schalldruckpegel desTagungsraums ist mit 35 dB(A) vor-gegeben und wird durch die Eigen-schallerzeugung der Luftdurchlässenicht überschritten.

Abb.6 Direktfeld - Diffusfeld

Abb.4 Diagramm Zuluftdurchlass Abb.5 Diagramm Abluftdurchlass

Abb.7 Schallabstrahlung Q1 = kugelförmig 4 = viertelkugelförmig2 = halbkugelförmig 8 = achtelkugelförmig

F1

F2

F3

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Betrachtung desLüftungssystemsJeder Luftauslass verhält sich ausSicht des Raumes als „Doppelschall-quelle“ - EigenschallerzeugungLwA LA und Anlagenschall LwA AN.Der Anlagenschall ist der Schall, derdurch das Lüftungssystem erzeugtund auch durch den Luftdurchlassan den Raum übertragen wird. LpA AN = max. Schalldruckpegel,der aus der Lüftungsanlage in denRaum übertragen werden darf. LpA Zul = Zulässiger Schalldruck-pegel im Raum, Abb.3

LpA LA = Gesamt-Schalldruckpe-gel im Punkt A durch die Luftauslässe

Hauptschallquelle des Lüftungs-systems ist meist der Ventilator. Beibekannten Quellen wie dieser wirdin der Regel auch ein Schalldämpfervorgesehen (siehe Betrachtung desLüftungsgerätes). Als schwierigererweisen sich unbekannte Schall-quellen eines Systems, die sich amhäufigsten aus scharfkantigen Ein-bauteilen wie Drosselklappen, Ab-sperrklappen und Volumenstrom-reglern ergeben. Der erlaubteSchallpegel im Lüftungssystem er-schließt sich aus den Vorgaben für

die zu belüftenden Räume. Der Tagungsraum aus dem vorste-henden Beispiel beinhaltet zweiLuftdurchlässe, die einen Schall-druckpegel von 23 dB(A) im Raumerzeugen (F3). Zugelassen sind 35 dB(A). Durch die logarithmischeSubtraktion des erzeugten vom zu-lässigen Schall ergibt sich der max.Schallpegel, der durch den Anlagen-schall in den Raum übertragen wer-den darf.LpA AN ist der maximal zulässigeSchalldruckpegel, der durch dieLüftungsanlage erzeugtund durch die Luftdurch-lässe an den Raum über-tragen werden darf. Jeweniger Schall durch dieLuftdurchlässe erzeugtwird, desto mehr Schalldarf durch die Anlage inden Raum eingebrachtwerden.Im Beispiel ist der er-zeugte Schall durch dieLuftdurchlässe so gering,dass der zulässige Emis-sionswert aus dem Lüf-tungssystem dem zulässigen Schall-druckpegel im Raum entspricht (35dB(A)). Der zul. Anlagenschall aus dem Kanal-system kann über den Zuluft- undden Abluftauslass in Summe in denRaum übertragen werden. Durch

das logarithmische Multiplikations-gesetz, Abb.9, wird LpA AN auf zweiSchallquellen aufgeteilt. Für zweigleich große Quellen gilt somit einDifferenzwert von 3 dB. Das Lüf-tungssystem darf also am Punkt Aaus dem Zuluft- wie auch aus demAbluftdurchlass einen Wert von 32 dB(A) in den Raum übertragen.Wird nun Formel F1 umgestellt zuLw, kann so der zulässige Schall-leistungspegel am Auslass berech-net werden:

Lw AN = max. Schallleistungspegel,der aus der Lüftungsanlage an je-dem Durchlass in den Raum übertra-gen werden darfLpA LA = Gesamt-Schalldruckpegelim Punkt A durch die Luftauslässe

Für die weitere Betrachtung derSchallwerte wird nun der Einfach-heit halber ausschließlich der Zu-luftstrang behandelt. Für die Abluft

verhält es sich äquivalent.Für die Schalldämpferauslegung istdie Bewertung der Schallwerte imOktavband unumgänglich. Da keinSchallspektrum für die zulässigenWerte vorliegt, erfolgt die Auftei-lung in Anlehnung an die NR-Kur-

Abb.8 symbolische Schnittdarstellung Tagungsraum

Abb.10 NR-Kurven Oktav-Mittenfrequenz [Hz]

Abb.11 Schallspektrum NR 28

V

F4

F5

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ven, Abb.10. Diese sind internatio-nal als Grenzkurven anerkannt undwerden auch in der VDI 2081 als Ge-räuschbewertungskurven-Verfah-ren zugelassen.

Als Faustformel gilt

Schallpegel 100 - 130 dB(A) ~ NR-Kurve + 5

Schallpegel 30 - 100 dB(A) ~ NR-Kurve + 8Schallpegel <30 dB(A)~ NR-Kurve + 10

Für den zulässigen Schallleistungs-pegel aus der Berechnung F 5 von36 dB(A) ergibt sich somit eine NR-Grenzkurve von NR 28. Aus Abb.10 kann das zulässigeSchallleistungsspektrum abgelesenwerden, das aus der Anlage amLuftauslass an den Raum übertra-gen werden darf, Abb.11.Betrachtet man nun den Strangver-

lauf rückwärts, kann der zulässigeSchallpegel an jeder Stelle im System bestimmt werden. Abb.12stellt den Strangverlauf vom Lüf-tungsgerät bis zum Luftdurchlassdar. In Abb.13 wird der rückwärtsbetrachtete Verlauf vom Luftauslassim Tagungsraum bis zum Anschlussdes Luftkanals dargestellt. Hierzeigt sich, dass der zulässige Schall-pegel im System mit wachsendemAbstand zum Raum immer größerwird, abhängig von den Dämp-fungseigenschaften der eingesetz-ten Produkte. Stellt man nun die Eigenschallerzeugung der Kompo-nenten dem zulässigen Schall entgegen, zeigt sich, ob eine Not-wendigkeit von Schalldämpferninnerhalb der Anlage besteht. Aus Abb.13 wird erkennbar, dass dieSchallerzeugung durch die Regulier-klappe im Frequenzband 250 Hz um5 dB höher ist als der zulässigeSchall an dieser Stelle. Es ist daher

ein Schalldämpfer zwischen Klappeund Raum notwendig, der diesenWert abdämpfen kann. Dieses Bei-spiel zeigt nicht den Einfluss dieserRegulierklappe auf andere Räume.Dies wird hingegen vom Berech-nungsprogramm berücksichtigt.CADvent® errechnet den Schallver-lauf in alle Richtungen, wodurch sofort ersichtlich wird, ob Schall-dämpfer im System aufgrund von zuhohen Eigenschallwerten notwen-dig werden. Abb.14 gibt eine Über-sicht unterschiedlicher Schalldämp-fer der Dimension DN 250 aus. DreiSchalldämpfer mit unterschied-lichen Eigenschaften können fürden vorliegenden Fall empfohlenwerden, um die Schallanforderungdurch die Drosselklappe zu dämp-fen (roter Kreis). Die Vor- und Nachteile der unter-schiedlichen Bauarten werden hiernicht behandelt. In CADvent® lassen sich die ge-

wünschten Schalldämpfernun manuell einfügen oderper Knopfdruck der passen-de und kostengünstigsteSchalldämpfer aus dem Her-stellersortiment auswählen.

Betrachtung desLüftungsgerätesNach der schalltechnischenAbgleichung des Lüftungs-systems (siehe Themenbe-reich „Betrachtung des Lüf-tungssystems“), wird nachdem gleichen Berechnungs-verfahren der zulässigeSchallwert hinter dem Lüf-tungsgerät berechnet. Gerä-tehersteller geben die Schall-

Abb.123D-Darstellung Lüftungssystem mit CADvent®

Abb.13 Berechnung der zulässigen und erzeugten Schallwerte

Abb.9 Multiplikation von Schallquellen

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werte an den Anschlussstutzen an.Für die Zuluft müssen somit dieSchallwerte am Druckstutzen denzulässigen Werten an dieser Stellegegenübergestellt werden.

Abb.15 stellt einen Auszug aus demBerechnungsprogramm CADvent®

dar. Die erste Komponente nachdem Ventilator ist ein Übergangs-stück von 800x500 auf 400x400 mm.

Die vierte Zahlenreihe hinter dieserKomponente zeigt die Differenzzwischen zulässigem und vorherr-schendem Schall respektive die not-wendigen Dämpfungswerte desSchalldämpfers an. An Position 7wurde ein Kanalstück mit der Länge1633 mm eingeplant, wo ein ausdem Herstellersortiment ausge-wählter Schalldämpfer in den Kanaleingesetzt werden soll. Das schalltechnische Protokoll,Abb.16, mit installiertem Schall-dämpfer verdeutlicht anhand derNullwerte in der vierten Zahlenrei-he (Differenz Istwert - Sollwert),dass die Dämpfungsanforderungenin allen Frequenzen erfüllt wurden.Die Wahl des geeigneten rechtecki-gen Kulissenschalldämpfers erleich-tert das Auswahlprogramm DIMsi-lencer, das über eine Schnittstellemit CADvent® verbunden ist undden Schalldämpfer automatisch indie Zeichnung einfügt. Ausschlag-gebend hierfür sind erstens die Er-

Abb.14 Übersicht verschiedener Schalldämpfer der Dimension 250

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bringung der notwendigen Schall-dämpfung in allen Frequenzberei-chen, zweitens ein geringer Druck-verlust und drittens die Vermeidungder Schallerhöhung durch Eigen-schallerzeugung. Abb.15/Abb.16Reihe 4 stellt die erforderlicheDämpfung im Oktavband dar. Hierbei fallen besonders die Wertein den Frequenzen 125 Hz mit 12 dBund 250 Hz mit 14 dB auf. Auf denersten Blick bestätigt das Protokolldie marktübliche Behauptung, dassdie Betrachtung der Frequenz 250 Hzals Referenzfrequenz vollkommenausreichend sei. Vergleicht man allerdings die notwendige Dämpfung mit denDämpfungswerten von Kulissen-schalldämpfern, sind die höherenAnforderungen an 125 Hz erkenn-

bar. Dies bestätigt die Gegen-überstellung verschiedener Schall-dämpfertypen, Abb.17. Wäre dieBerechnung ausschließlich bei 250Hz durchgeführt worden, würdeder Schalldämpfer in der ersten Po-sition der Auswahlliste aus Abb.17der Vorgabe 14 dB genügen. EinSchalldämpfer, der auch bei 125 Hzdie Kriterien von 12 dB erfüllt (3.bzw. 6. Position), entspricht einerAnforderung bei 250 Hz von ca. 25dB Dämpfung. Dieser ist hochwerti-ger gefertigt und mit einer größe-ren Kulissenzahl bestückt, wodurchder Anschaffungspreis, als auch derDruckverlust, höher eingeplant wer-den muss. Eine Vernachlässigunghiervon hat eine Fehlplanung beiden akustischen Werten und derPreisermittlung zur Folge.

Zusammenfassung

Die Berechnung von Lüftungsanla-gen mit Hilfe von ganzheitlichenProgrammen ist effektiv, zeitspa-rend und umfassend. Dieser Artikelzeigt, dass eine komplett akustischeAnlagenberechnung sehr umfang-reich sein kann und ohne Unterstüt-zung von Computerprogrammennicht in dieser Form durchführbarist. Er verdeutlicht aber auch dieNotwendigkeit dieser Berechnungfür eine korrekt dimensionierte undakustisch abgeglichene Lüftungsan-lage.Die vorgestellte CAD/CAE-LösungCADvent® ist kostengünstig undvereint das Zeichnen und Berechnenvon Lüftungsanlagen in einemWerkzeug. Sie dient sowohl Planernals auch Anlagenbauern als Grund-lage für eine korrekte und schnellePlanung bzw. Bewertung von Lüf-tungsanlagen.

AutorDipl.-Ing. Jan Behrens Produktionsmanager für AkustikLindab, Bargteheidewww.lindab.de

Abb.17 Auswahl von Kulissenschalldämpfern durch DIMsilencer

Abb.15 Schalldaten-Protokoll aus CADvent® ohne SD Abb.16 Schalldaten-Protokoll aus CADvent® mit SD