Durch elastische Lagerung einer Körperschallquelle entsteht ein schwingungsfähiges System, dessen Resonanzfrequenzen deutlich tiefer als die Erregerfrequenzen sein sollen. Dabei ist zu beachten, dass die weich-elastische Befestigung eine Bewegung in alle Richtungen erlauben soll, denn in den meisten Fällen erfolgt die Anregung nicht nur einachsig, insgesamt sind 6 Freiheitsgrade (Translation, Kipp- und Torsionsbewegungen) möglich.

Abbildung 1: Mehrachsige Körperschallisolation über schwingungsfähige Lagerung

Die Körperschallleitung über die Kältemittelleitungen sollte möglichst gering gehalten werden. Durch mehrfache Bögen in der Leitung wird diese elastischer, die Halterungen sollten immer mit Gummieinlagen entkoppelt werden. Um die Körperschalleinleitung über die Kältemittelleitung zu minimieren, eignen sich ringförmige Sperrmassen, welche um die Kältemittelleitung gelegt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass diese von der Schallquelle (Kompressor) aus gesehen immer vor der Befestigung angeordnet wird, um die Körperschallleitung wirksam zu unterbrechen.

Abbildung 2: Einsatz von ringförmigen Sperrmassen zur Unterbrechung der Körperschallausbreitung über die Kältemittelleitungen

Als Kapselung werden Maßnahmen zur Reduktion der Schallabstrahlung bezeichnet. In Bezug auf Passivhaus-Kompaktgeräte kann unter Kapselung sowohl das schalltechnische Einschließen der Wärmepumpe als auch eine komplette Einhausung des gesamten Gerätes oder auch ein entsprechender Aufstellraum als Kapselung verstanden werden (siehe hierzu auch [Suva 2001] ).

Die Kapselwand sollte die Luftschallquelle möglichst luftdicht einschließen. Etwaige Durchführungen für Rohrleitungen sind daher entsprechend abzudichten (siehe z. B. die Durchführung der Kondensatleitung für das Kompaktgerät).

Abbildung 3: Luftdichte Durchführung der Kondensatleitung durch die Kapselung des Kompaktgerätes

Für eine optimale Luftschalldämmung R sollte die Kapselung ein möglichst hohes Flächengewicht und eine möglichst geringe Biegesteifigkeit¹⁾ aufweisen sowie über eine Auskleidung mit möglichst hohem Absorptionsgrad α verfügen. Diese drei Elemente, welche in der Prinzipzeichnung (siehe Abbildung 4) dargestellt sind, zeichnen eine hochwirksame Kapselung aus. Als zusätzliche Voraussetzung ist ein gewisser Mindestabstand h der Schallquelle von der Kapselwand einzuhalten, um Resonanzeffekte zu vermeiden.

Abbildung 4: Hochwirksame Kapselwand: Luftdichtheit, hohes Flächengewicht, geringe Biegesteifigkeit, Auskleidung mit hohem Absorptionsgrad, Mindestabstand der Schallquelle zur Vermeidung von Resonanz

Den prinzipiellen Aufbau einer solchen Kapselwand gibt Abbildung 5 wieder. Von außen nach innen gliedert sich die Wand in eine biegeweiche Schale (z. B. Stahlblech), eine Entdröhnung (z. B. Schwerfolie) sowie ein schallabsorbierendes Material. Dieses wird z. B. durch eine Folie und ein Lochblech abgedeckt, welche nur einen mechanischen Schutz darstellen aber keine akustische Funktion haben.

Abbildung 5: Aufbau einer Kapselwand; links: aufwändig, rechts: einfach

Bleche (z. B. Gehäuseverkleidungen) weisen eine geringe Eigendämpfung auf. Eine hochwirksame Entdröhnung besteht aus einer viskoelastischen Zwischenschicht (Gummi oder Klebstoff) und einer Deckschicht mit geringer Dehnung.

Bei Biegeschwingungen wird die Schwingungsenergie in der Zwischenschicht absorbiert (Schubspannungen). Am wirksamsten ist Entdröhnung dort wo die Biegung am größten ist, d. h. die Entdröhnung muss auch nicht unbedingt vollflächig aufgebracht werden. Als Entdröhnung eignet sich z. B. Schwerfolie oder Bitumenplatten, wie sie auch im Automobilbau in Karosserien eingesetzt werden.

Abbildung 6: Entdröhnung eines schwingenden Bleches (Rückwand eines Kompaktgerätes)

Zusammenfassend können folgende Verbesserungs- und Optimierungsmöglichkeiten die Schallemission der Wärmepumpe reduzieren:

Am wirksamsten ist der Einsatz lärmarmer Kompressoren, dies sollte als Entwicklungsziel für zukünftige Geräte erste Priorität haben. Darüber hinaus kann durch Körperschallisolation und Kapselung sehr hohe Wirkung erreicht werden. Weitere Optimierung der Wärmepumpe erfolgt über die Senkung des Druckverlustes über den Verdampfer, weil dadurch Strömungsgeräusche reduziert werden können, Schwingungsentkoppelung aller Kältemittelleitungen werden vorausgesetzt.

Hinsichtlich Dimensionierung und Regelung sind möglichst lange Betriebszeiten anzustreben, um häufige Ein-/Ausschaltvorgänge mit entsprechenden Geräuschen zu vermeiden. Eine vollständige Abschaltung in den Nachtstunden ist bei Passivhaus-Kompaktgeräten im Kernwinter nicht möglich, weil hier die volle Betriebszeit notwendig ist, um die Wärme für Heizung und Warmwasser möglichst weitgehend über die Wärmepumpe bereitstellen zu können. Im Teillastbetrieb kann diese Strategie aber aus schalltechnischer Sicht vorteilhaft sein.

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Anregungsquellen bei Wärmepumpen

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Analyse der Schallwege

Schalldämpferauslegung

[Suva 2001] Lips, W.: Lärmbekämpfung durch Kapselungen, Suva 2001, Bestellnummer: 66026, www.suva.ch.