Wärmepumpen: Schallschutz sicherstellen und der TA Lärm gerecht werden
Eine Wärmepumpe nutzt erneuerbare Energiequellen wie Umgebungswärme oder Erdwärme, um Gebäude zu heizen und Warmwasser zu erzeugen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizungssystemen wie Öl- oder Gasheizungen sind Wärmepumpen sehr energieeffizient und können dabei helfen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren und somit den CO2-Ausstoß zu senken.
Durch den verstärkten Einsatz von Wärmepumpen können Gebäude also klimafreundlicher und nachhaltiger beheizt werden. Dies ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer umweltfreundlichen Energieversorgung und trägt zur Erreichung der Klimaschutzziele bei.
Mit den Bestrebungen der Bundesregierung, die Wärmewende voranzutreiben, wurden im Jahr 2022 knapp 240.000 Heizungswärmepumpen zugebaut, was einem Wachstum gegenüber dem Vorjahr von über 50 % entspricht. Auch in Zukunft ist von stark steigenden Absatzzahlen auszugehen.
Erdgekoppelte Wärmepumpen weisen in der Regel einen höheren Installationsbedarf auf, der insbesondere durch die Verlegung der Kollektoren bzw. Sonden im Außenbereich zu begründen ist. Vor allem im dichten Häuserbestand ist der Einsatz dieser Wärmepumpen deshalb oft schwer zu realisieren. Luft-Wasser-Wärmepumpen zeichnen sich vor allem durch einen geringeren Installations- und Platzaufwand aus und werden nicht zuletzt deshalb vorzugsweise eingebaut.
Aufgrund der bevorzugten Installation werden nachfolgend vorrangig Luft-Wasser-Wärmepumpen betrachtet.
Schallemissionen von Wärmepumpen
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe beruht auf dem umgekehrten Prinzip eines Kühlschranks. Wärmepumpen entziehen der Umgebung außerhalb des Gebäudes Wärmeenergie, um diese anschließend dem Innenraum zuzuführen.
Eine Wärmepumpe besteht aus vier Hauptkomponenten:
- dem Verdampfer,
- dem Kompressor,
- dem Kondensator und dem Expansionsventil.
Der Verdampfer enthält ein Kältemittel, das bei niedriger Temperatur verdampft und Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Der Kompressor verdichtet das Kältemittel und erhöht dabei den Druck und die Temperatur. Das heiße Kältemittel fließt dann in den Kondensator, wo es Wärme abgibt und wieder zu einem flüssigen Zustand kondensiert. Schließlich fließt das flüssige Kältemittel durch das Expansionsventil, welches den Druck reduziert und das Kältemittel auf niedrige Temperatur abkühlt, bevor es wieder in den Verdampfer zurückfließt und der Prozess von neuem beginnt.
Aufbau einer Wärmepumpe
Die zuvor aufgeführten Komponenten können entweder in einer Einheit untergebracht werden (Monoblock) oder aufgeteilt in Außen- und Inneneinheit (Split-Wärmepumpe). Die Monoblock-Wärmepumpe kann sowohl innen als auch außen aufgestellt werden, bei der Split-Wärmepumpe besteht die Außeneinheit aus Verdampfer und Kompressor, die Inneneinheit aus Kondensator und Expansionsventil.
Hauptschallquellen von Luft-Wasser-Wärmepumpen sind der Verdichter sowie der Ventilator, der die Umgebungsluft ansaugt. Schallquellen von untergeordneter Bedeutung, die aber in Einzelfällen nicht zu vernachlässigen sind, stellen z.B. Strömungsgeräusche in Luftkanälen oder schwingende Verkleidungsbleche dar.
Viele kleine Lärmquellen in Wärmepumpen kratzen an den Richtwerten der TA Lärm
Gemäß unterschiedlicher Herstellerangaben liegen die Schallleistungspegel von Luft-Wasser-Wärmepumpen mit einer Leistung von bis ca. 12 kW im Normalbetrieb durchschnittlich zwischen 40 dB(A) und 60 dB(A). In der Regel weisen die Außeneinheiten von Split-Wärmepumpen geringere Schallleistungspegel als die Monoblock-Bauweisen auf.
Bei Monoblock-Wärmepumpen innerhalb von Gebäuden sind die zuvor genannten Schallleistungspegel durch die Gebäudehülle weitgehend abgeschirmt und bewirken meist keine relevanten Schallimmissionen in der Nachbarschaft. Bei Außenaufstellungen kann dies nicht pauschal angenommen werden und insbesondere in überwiegend ruhigen Wohngegenden können maßgebliche Schallimmissionen in der Nachbarschaft entstehen.
Aufgrund der Geräuschcharakteristik von Wärmepumpen sind schalltechnische Besonderheiten zu berücksichtigen. Nachfolgend werden einige Beispiele aufgeführt:
Ventilator
Durch das Vorbeilaufen der Ventilatorschaufeln an Aufhängungen und Schutzgittern entstehen Strömungs- und Druckschwankungen, die Druckimpulse hervorrufen können und tonhaltige Geräusche verursachen. Diese können sich in Abhängigkeit der Drehzahl ändern.
Verdichter
Der Betrieb des Verdichters mit Wechselstrom kann sich durch Einzeltöne mit der Netzfrequenz (50 Hz) und ganzzahlige Vielfache darstellen.
Richtcharakteristik
Eine Wärmepumpe stellt keine omnidirektionale Schallquelle dar und kann in bestimmte Richtungen mehr Schall abstrahlen als in andere. Dies trifft insbesondere auf die Strömungsgeräusche des Ventilators zu.
Reflexionen
Schallreflexionen an z.B. weitgehend schallharten Gebäudefassaden oder Bodenflächen können den Betriebsgeräuschpegel punktuell erhöhen.
Besondere Betriebszustände
Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt in Kombination mit hoher Luftfeuchtigkeit kann am Verdampfer einer Wärmepumpe Eisbildung entstehen. Dies führt zur Reduktion des Luft-Strömungsquerschnitts des Verdampfers und somit zu einem Leistungsverlust. Dieser wird bis zum Einsetzen des Enteisungszyklus durch eine Erhöhung der Ventilatordrehzahl kompensiert, was vorübergehend zu höheren Schallemissionen führt.Körperschall
Neben Luftschall kann eine Wärmepumpe ebenfalls Körperschall in Form von mechanischen Schwingungen an umgebende Strukturen abgeben. Dieser kann an einer anderen Position als dem Standort des Gerätes wieder als Luftschall abgestrahlt werden.
Wärmepumpen richtig einplanen: So halten Sie die Lärm-Grenzwerte ein
Wärmepumpen sind grundsätzlich nicht genehmigungsbedürftige Anlagen im Sinne des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) und somit gemäß §22 Nr. 1 so zu errichten und zu betreiben, dass schädliche Umwelteinwirkungen, u.a. durch Lärm, verhindert werden.
Die Immissionsrichtwerte der TA Lärm (Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum BImSchG) sind dennoch auch für nicht genehmigungspflichtige Anlagen verbindlich. Auch wenn der Betrieb einer einzelnen Wärmepumpe in der Regel selten zu Richtwertüberschreitungen in der Nachbarschaft führt, können bei gleichzeitigen Betrieb mehrerer Wärmepumpen in unmittelbarer Nachbarschaft sowie z.B. eine bestehende Geräuschbelastung durch einen ansässigen Gewerbebetrieb durchaus Richtwertüberschreitungen entstehen. Mit dem massiv geplanten Zubau an Wärmepumpen in Kombination mit der Wohnraum-Verdichtung ist zukünftig mit steigenden Umwelteinwirkungen, v.a. im Bereich Lärm, auszugehen.
Schallminderung bei neuen Wärmepumpen
Die Expertinnen und Experten von Wölfel empfehlen, bereits in der Planungsphase der Installation einer Wärmepumpe, v.a. in dicht besiedelten Gebieten mit einer hohen bestehenden Geräuschbelastung, eine schalltechnische Betrachtung im Rahmen einer Schallimmissionsprognose durchzuführen.
Eine Schallberechnung im Vorfeld erhöht die Planungssicherheit und kann im Nachgang aufwendige und kostenintensive Schallminderungsmaßnahmen vermeiden.
Nachträgliche schallmindernde Maßnahmen bei bereits installierten Wärmepumpen
Bereits installierte Wärmpumpen können trotz sorgfältiger Planung schalltechnische Probleme verursachen. Aufgrund der betriebsbedingten schalltechnischen Besonderheiten von Wärmepumpen können zum Beispiel maßgebliche Einzeltöne emittiert werden, die nicht nur in der Nachbarschaft zu Belästigungen führen können, sondern z.T. auch im eigenen Haus. Auch hier können unsere Expertinnen und Experten von Wölfel durch messtechnische Untersuchungen, Lärmgutachten und die Entwicklung schallmindernder Maßnahmen unterstützen, um so für einen bestmöglichen Schallschutz zu sorgen.