Produktlexikon

Abgasklappen vermindern Wärmeverlust und erhöhen die Betriebssicherheit der Feuerstätte

Die Anwendungen Motorische Abgasklappe Thermische Abgasklappe
Atmosphärische Gasfeuerstätte   +     +
Standkessel und Wandgerät     +     +
Kessel mit Gebläsebrenner     +
Festbrennstofffeuerstätte     +
Biomassekessel     +
Kachelofen, Kaminofen, Kaminfeuer     +
Einzelofen, Gasofen    +
Gaskochherde mit Schornsteinbetrieb    +
Verbrennungsluftleitung für Feuerstätten    +
Feuerstätten an Luft-Abgas-System    +

Einführung

Das Grünbuch der Europäischen Union schätzt, dass ca. 20 % der Bevölkerung unter Schallproblemen leiden, die Schlafstörungen, Belästigung und Gesundheitsstörungen verursachen. Unter den vielen Lärmquellen, wie z. B. Verkehr, Flugzeuge, Baustellen, sind Geräuschquellen im Haus nicht sehr häufig, dafür umso aufdringlicher. Ein Verursacher von Lärm kann dabei die Heizung sein. Wie Schall auf uns wirkt, und ab wann Schall als störend empfunden wird, haben wir für Sie hier zusammengefasst.

Was ist Schall?

Schall kann als Druckschwankung definiert werden, die für das menschliche Ohr wahrnehmbar ist. Wie bei einem Stein, der in das Wasser geworfen wird, entstehen hier in der Luft Wellenbewegungen, die sich von der Schallquelle ausbreiten. Schall breitet sich in der Luft mit ca. 1.200 km/h aus. Der vom menschlichen Ohr wahrnehmbare Bereich hängt von der Frequenz und dem Schalldruckpegel ab. Das normale Gehör eines gesunden jungen Menschen kann eine Frequenz von 20 Hz bis 20.000 Hz (20 kHz) und einen Schalldruckpegel ab 0 dB bis zur Schmerzschwelle von 130 dB und darüber wahrnehmen.

Der Schall und das Gehör

Gegenüber dem statischen Luftdruck sind die hörbaren Schalldruckschwankungen sehr gering und liegen im Bereich von ca. 20 µPa, was der Hörschwelle beim normal Hörenden entspricht, bis 100 Pa, was als schmerzhaft empfunden wird.

Das Verhältnis aus diesen beiden Extremwerten beträgt mehr als eine Million zu eins. Das Ohr hört aber nicht in physikalischer Exaktheit, sondern empfindet einen zehnmal höheren Schalldruck ungefähr doppelt so laut. Deshalb werden Schalldrücke logarithmisch wiedergegeben.

Dieses logarithmische Verhältnis wird dann Dezibel (Abkürzung dB) bezeichnet. Die Abbildung zeigt deutlich den Vorteil dieser Anwendung: Die Skala beginnt bei 0 dB(A) an der Grenze des Hörbaren und endet bei 130 dB (A) an der Schmerzgrenze.

Unser Gehör ist außerdem bei sehr niedrigen und hohen Frequenzen weniger empfindlich. Um dies zu berücksichtigen, können bei der Schallmessung Bewertungsfilter angewendet werden. Die zur Zeit gebräuchlichste Frequenzbewertung ist die A-Bewertung, wobei die Ergebnisse häufig als dB(A) bezeichnet werden, was etwa der Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs entspricht.

Ausbreitung von Schall

Wie laut ist eine Heizung? Viele unterschiedliche Faktoren beeinflussen den Schalldruckpegel. Um dies zu erklären, müssen wir die Schallabstrahlung von der Quelle betrachten, die Schallausbreitung in der Luft und das Auftreffen der Schallwellen an Wänden und Decken.

Die wichtigsten Faktoren sind:

  • Schallquellentyp: Heizungen und Schornsteine sind Schallpunktquellen. Bei ihnen breitet sich die Schallenergie kugelförmig aus, so dass der Schalldruckpegel an allen Punkten mit demselben Abstand zur Schallquelle gleich groß ist.
  • Abstand von der Schallquelle: Sprich: der Abstand von der Heizung bzw. Schornstein, aus dem der Schall austritt. Bei Punktquellen verringert sich der Schalldruckpegel pro Abstandsverdoppelung um 6 dB.
  • Hindernisse wie Wände oder Gebäude: Wenn Schallwellen auf eine Oberfläche treffen, wird ein Teil ihrer akustischen Energie reflektiert, ein Teil geht hindurch und ein Teil wird absorbiert. Bei geringer Absorption und Transmission (trifft generell auf Gebäude zu) wird die Schallenergie größtenteils reflektiert und die Oberfläche als akustisch hart bezeichnet. Der Schalldruckpegel in der Nähe der Fläche stammt demnach von direkt abgestrahltem Schall sowie ein- oder mehrfach reflektiertem Schall.

Ausbreitung von Abgasgeräuschen bei Heizungen

Es ist grundsätzlich zu unterscheiden zwischen dem Geräusch im Aufstellraum (siehe nachfolgende Darstellung) und den Geräuschen, die über die Abgasanlage transportiert werden. Diese beiden Schallpegel haben unterschiedliche Ausbreitungskriterien und dürfen auf keinen Fall miteinander verwechselt werden. So kann z. B. neben dem Heizkessel im Aufstellraum ein Schallpegel von 60 dB (A) gemessen werden, aber in der Abgasanlage liegen die Werte mit vielleicht 90 dB (A) um einiges höher.

Mit anderen Worten bedeutet ein ruhiger Aufstellraum noch nicht, dass die Geräusche im Abgasweg ebenfalls erträglich sind.

Grenzwerte für Schall

Die Beurteilung der Geräusche von Heizungsanlagen in der Nachbarschaft erfolgt nach der TA Lärm.

Dort sind u. a. Immissionsrichtwerte für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden (0,5 m vor dem geöffneten Fenster von schutzbedürftigen Räumen) angegeben.

Sie sind je nach Nutzungsart des Baugebietes unterschiedlich hoch.

Tabelle – Immissionsrichtwerte nach TA Lärm für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden (A-bewertet)

In Industriegebieten tags 70 dB(A)
nachts 70 dB(A)
In Gewerbegebieten tags 65 dB(A)
nachts 50 dB(A)
In Kerngebieten, Dorfgebieten und Mischgebieten tags 60 dB(A)
nachts 45 dB(A)
In allgemeinen Wohngebieten und Kleinsiedlungsgebieten tags 55 dB(A)
nachts 40 dB(A)
In reinen Wohngebieten tags 50 dB(A)
nachts 35 dB(A)
In Kurgebieten, für Krankenhäuser und Pflegeanstalten tags 45 dB(A)
nachts 35 dB(A)

Die Norm DIN 4109 regelt den zulässigen A-bewerteten Schalldruckpegel in schutzbedürftigen Räumen fremder Wohnbereiche.

Tabelle – Zulässige A-bewertete Schalldruckpegel von Heizungsanlagen in der Nacht in schutzbedürftigen Räumen

Wohn- und Schlafräume Unterrichts- und Arbeitsräume tags 35 dB(A)
nachts 25 dB(A)

Gründe für Abgasschalldämpfer

Beim Betrieb einer Feuerstätte entstehen Luft- und Körperschall. Diese werden vom Aufstellraum über Boden, Decken und Wände in die Nachbarräume und über die Abgasanlage sowie Schächte auch in andere Räume und ins Freie übertragen.

Die Folge können Geräuschbelästigungen in angrenzenden Wohnungen und sogar beim Nachbarn durch Abgasgeräusche aus der Mündung der Abgasanlage sein. Deshalb ist bereits in der Planungsphase eine Zusammenarbeit zwischen dem Architekten, dem Bauherren und dem Planer/Fachingenieur sowie dem Ersteller der Heizungsanlage zu empfehlen.

Bei modernen Heizungsanlagen überwiegen tiefe Frequenzen, wobei einige Besonderheiten der Schallausbreitung bzw. -übertragung zwischen Wärmeerzeuger und Mündung zu beachten sind. Sie können dazu führen, dass einzelne schmalbandige Geräusche (Töne) deutlich hervortreten und auch in größerer Entfernung im Gebäude oder dessen Umgebung besonders stören. Mit einem Abgasschalldämpfer im Verbindungsstück wird die Übertragung dieser Geräusche in die Abgasanlage und damit auf das Bauwerk und ins Freie wirkungsvoll vermindert.

Was ist Feinstaub?

Feinstaub besteht aus winzigen Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als einem hundertstel Millimeter, was etwa einem Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares oder der Größe PM10 entspricht, das sind weniger als 10 Mikrometer (µm). Rußpartikel sind mit PM2,5 noch kleiner, diese werden, u.a., bei der Verbrennung von Holz freigesetzt. Feinstaub schädigt die Atemwege und verursacht Herz-Lungen-Erkrankungen. Die Partikel mit der geringen Größe von PM2,5 dringen tief in die Lunge ein und können diese nachhaltig schädigen. Das Umweltbundesamt informiert auf einer eigenen Webseite zu Feinstaubemissionen der Größe PM2,5. In stark Feinstaub belasteten Regionen scheint zudem ein höheres Risiko einer Covid-19-Erkrankung zu bestehen und schwere Verläufe sind wahrscheinlicher.

Überschreitung der Grenzwerte

Die Europäische Union hat für die Luftreinhaltung in der EU, u.a., für die kleineren PM2,5-Feinstäube Grenzwerte festgesetzt und hierfür ein Beurteilungs- und Kontrollsystem erstellt.

Gesetzliche Regelungen zur Minderung von Emissionen

Eine Richtlinie der EU über Luftqualität und saubere Luft für Europa wurde mit der Bundes-Immissionsschutz-Verordnung in deutsches Recht umgesetzt.

Warum Schalldämpfer?

Damit Sie und Ihre Kunden sich wohlfühlen!

Der Geräuschpegel nimmt durch immer mehr Menschen auf gleichem Raum kontinuierlich zu. Für eine Umwelt, in der sich Menschen wohlfühlen, setzen sich die Hersteller von Haushaltsgeräten und Wärmeerzeugern mit immer leiser werdenden Geräten ein. Diese Geräte werden durch die Schalldämpfer in ihrem Geräuschausstoß gedämpft.

In Verbindung mit immer dichteren Gebäudehüllen und Doppelglasfenstern können die Geräusche auch in Großstädten auf ein angenehmnes Niveau gesenkt werden.

Damit die modernen Heizkesselanlagen diese Ruhe nicht stören, setzen viele OEM-Partner direkt auf Kutzner + Weber Produkte. Wir lösen aber auch nachträglich Ihre situative Lärmbelästigung. Mit unseren Produkten können auch Sie die Umweltauflagen nach der TA-Lärm DIN 4109 und VDI-Richtlinie 2715 erfüllen.

Ursachen der Geräuschentstehung und deren Beeinflussung – Brenner- und Verbrennungsgeräusche

Die im folgenden Abschnitt beschriebenen Geräuschursachen sind im Prinzip bei Öl- und Gasfeuerungen annähernd gleich.

a) Gebläsegeräusche:
Strömungsgeräusche haben bei Gebläsebrennern in der Regel einen wesentlichen Anteil an den Heizungsgeräuschen. Zusätzliche Geräusche können durch Drosseleinrichtungen und durch Unwucht, Lager- oder Schaufelschäden von Motor oder Gebläse auftreten.

b) Anfahrgeräusche:
Beim Anfahren der Heizungsanlage können z. B. durch ungünstige Abstimmung zwischen Brenner und Kessel gegenüber dem Dauerbetrieb um bis zu 10 dB höhere A-bewertete Schalldruckpegel der Verbrennungsgeräusche auftreten, die auf die plötzlich einsetzende Volumenexpansion des Brenn- und Abgases zurückzuführen sind.

c) Verbrennungsgeräusche:

  • Aerodynamische Geräusche, die durch turbulente Strömungsvorgänge bei der Vermischung von Brennluft und Brennstoff entstehen. Der Geräuschanteil weist über einen breiten Frequenzbereich weitgehend gleiche Schalldruckpegel auf.
  • Flammengeräusche als Folge der bei der Verbrennungsreaktion auftretenden kleinen explosionsartigen Volumenänderungen, bei denen vorwiegend tiefe Frequenzen pegelbestimmend sind.
  • Flammenerregte Hohlraumschwingungen, die durch Rückwirkung der Druckschwankungen im System Kessel/Abgasführung auf die Flamme erzeugt werden und durch tieffrequente Töne gekennzeichnet sind.

d) Körperschall:

Der Körperschall entsteht durch mechanische Schwingungen der Wärmeerzeugungsanlage und wird in festen Körpern, also Fundamenten, Wänden, Fußböden sowie in den Wandungen der Abgasanlage weitergeleitet. Er wird durch Abstrahlung von den Begrenzungsflächen in Luftschall umgewandelt und dadurch hörbar.

Bei Blockheizkraftwerken liegt die Lautstärke bei ca. 50 — 60 dB(A), was ungefähr so laut wie eine Waschmaschine ist. Eine Entkopplung per Gummimatten zum Boden und Gummileitungen zu den Rohren führt zu weniger Geräuschen. Problematischer ist jedoch nicht das BHKW selbst, sondern das Abgasrohr, in dem eine Druckvibration erzeugt wird. Die zu entkoppeln ist sehr schwierig.

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme, die vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben wird bzw. Nutzwärme in ein Nahwärmenetz einspeist.

Übliche BHKW-Module haben elektrische Leistungen zwischen fünf Kilowatt und fünf Megawatt. Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, d. h. Diesel- oder Gasmotoren, aber auch Gasturbinen verwendet werden.

Unter 15 kW werden sie auch Klein-Blockheizkraftwerke genannt und dienen zur Versorgung von einzelnen Gebäuden. Die beim Betrieb der Motoren erzeugten Abgasgeräusche sind durch herkömmliche Absorptionsschalldämpfer oftmals nicht ausreichend zu reduzieren.

Dies ist dadurch begründet, dass tieffrequente (brummende) Geräusche maßgebend sind. Häufig sind die größten Schallpegel bei 63 oder 80 Hz zu finden.

Für eine Schallreduzierung bei Öl- oder Gasgebläsekesseln bieten sich folgende Schalldämpfer an:

Die Tiefton-Schalldämpfer

  • Speziell auf die störenden Frequenzen ausgelegte Schalldämpfer
  • Optimale Schalldämpfung bereits ab 50 Hz
  • Dämpft einzelne Frequenzen bis zu 30 dB
  • Reduzierung des Summenpegels um bis zu 25 dB(A) möglich
  • In Kombination mit Passiv-Schalldämpfern breitbandige Dämpfung
  • Besonders geeignet für Heizkessel, Blockheizkraftwerke und Verbrennungsmotoren

Die Passiv-Schalldämpfer

  • Beste Dämpfung bei hohen Frequenzen zwischen 1000 und 2000 Hz
  • Kaum Dämpfung bei tiefen Frequenzen (80 bis 250 Hz)
  • Stetiger Anstieg der Dämpfleistung hin zu hohen Frequenzen

Passiv-Schalldämpfer NW 50 mm

  • geeignet für die Brennstoffe Öl und Gas
  • geeignet für Brennwertbetriebsweise

Passiv-Schalldämpfer NW 80 mm

  • geeignet für den Einbau in Kunststoffleitungen DN 80 mm
  • mit Lippendichtung

Auch bei modernen Öl- und Gasheizkesseln, die gebläseunterstützt arbeiten, können Geräusche durch Übertragungen über das Abgassystem im Gebäude oder in der Nachbarschaft als störend empfunden werden.

Gerade bei tiefen Frequenzen im Bereich von 125 bis 500 Hz sind die Schallpegel dabei am höchsten.
Ein besonderes Augenmerk bei der Entwicklung von Heizkesseln wird immer häufiger darauf gelegt, dass die Geräte wenig Platz im Aufstellraum benötigen.

In diesen kleinen Geräten dann noch einen Abgasschalldämpfer zu integrieren, der tiefe Frequenzen reduziert, ist mit folgendem Schalldämpfer zu realisieren.

Realisierbar mit folgendem Schalldämpfer:

Die Schlitzabsorber

  • Abmessungen und Geometrie auf Kundenanforderungen
  • Schalldämpfung auf engstem Raum
  • Besonders geeignet für den Einbau in Heizkesseln
  • Große Gestaltungsfähigkeit in Form und Abmessung
  • Sehr robuste Bauweise
  • Bewährt im Serienbetrieb

Kutzner + Weber hat in den letzten Jahren eine Vielzahl von Schallmessungen von den zuständigen Schallmesspartnern bekommen oder selbst durchgeführt.

Mit dem nachfolgenden Diagramm wird eine tendenzielle Aussage über den Geräuschpegel von Öl- oder Gasgebläsekesseln an der Schornsteinmündung bzw. dem Austritt einer Abgasanlage gemacht.

Dazu konnten mehr als 300 Schallmessungen ausgewertet und den verschiedenen Kesselleistungen zugeordnet werden.

Einzelne Anlagen können aber durchaus lauter sein. Das tieffrequente Brummen von Öl- und Gasgebläsebrenner findet meist zwischen 125 bis 500 Hz statt.

Bitte beachten:

Die in dem Diagramm abgebildeten Kurven können lediglich als Anhaltswerte dienen. Die Schalldruckpegel einer Abgasanlage hängen von den verschiedensten Faktoren ab.

So beeinflussen u. a. die Brenner- und Heizkesselbauart, die eingesetzten Materialien, die Durchmesser und die Höhe der Abgasanlage und nicht zuletzt die Anzahl der vorhandenen Umlenkungen den vorhandenen Schallpegel.

Der sicherste Weg ist die gezielte Auslegung von Abgasschalldämpfern nach der Inbetriebnahme des Heizkessels.

Sollte dies nicht möglich sein, so sollte zumindest genügend Platz für den nachträglichen Einbau von Schalldämpfern von vorneherein eingeplant werden!

Ebenfalls muss die VDI-Richtlinie 2715 beachtet werden!

Beim Betrieb einer Feuerstätte entstehen Luft- und Körperschall. Diese werden auch ins Freie übertragen und können dort gemessen werden.

Tabelle – Frequenzanalysen von Abgasgeräuschen in Abhängigkeit von der Kesselleistung

Für eine Schallreduzierung bei Öl- oder Gasgebläsekesseln bieten sich folgende Schalldämpfer an:

Die Tiefton-Schalldämpfer

  • Speziell auf die störenden Frequenzen ausgelegte Schalldämpfer
  • Optimale Schalldämpfung bereits ab 50 Hz
  • Dämpft einzelne Frequenzen bis zu 30 dB
  • Reduzierung des Summenpegels um bis zu 25 dB(A) möglich
  • In Kombination mit Passiv-Schalldämpfern breitbandige Dämpfung
  • Besonders geeignet für Heizkessel, Blockheizkraftwerke und Verbrennungsmotoren

Die Aktiv+ Schalldämpfer

  • Montage auf engstem Raum
  • Dämpft tiefe Frequenzen ab 125 Hz
  • Halbiert den Lärm nahezu um die Hälfte
  • Einfügungsdämpfung nach DIN EN ISO 7235 vorhanden und kann angefordert werden

Die Passiv-Schalldämpfer

  • Beste Dämpfung bei hohen Frequenzen zwischen 1000 und 2000 Hz
  • Kaum Dämpfung bei tiefen Frequenzen (80 bis 250 Hz)
  • Stetiger Anstieg der Dämpfleistung hin zu hohen Frequenzen

Zugbegrenzer verbessern den Wirkungsgrad von Feuerstätten

Modellauswahl aufgrund unserer Erfahrungen

Die Leistungsfähigkeit einer Abgasanlage unterliegt natürlichen Schwankungen, bedingt durch Witterungseinflüsse und Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten. Zugbegrenzer, in der DIN 4795 auch als Nebenluftvorrichtungen bezeichnet, sind mechanische oder motorische Bauteile, die in einem Abgassystem gleichmäßige Unterdruckbedingungen herstellen.

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten werden Abgasanlagen für eine angenommene Außentemperatur von 15 °C ausgelegt (nach EN 13384). In der Heizperiode, in der die Anlagen hauptsächlich betrieben werden, kann durch das Temperaturgefälle ein zu hoher Unterdruck im System auftreten. Dies facht die Verbrennung auf unwirtschaftliche Weise an, wodurch sich der Wirkungsgrad verschlechtert und der Energieverbrauch steigt. Zugbegrenzer begrenzen den Unterdruck auf den für die Feuerstätte optimalen Wert.

Sobald der Zug im Schornstein den optimalen Wert überschreitet, öffnet sich die Klappe des Zugbegrenzers und begrenzt den Unterdruck über die zusätzlich zugeführte Luftmenge auf den für die Feuerstätte optimalen Wert. Ist der voreingestellte Wert erreicht, schließt die Klappe wieder. Dieser ebenso einfache wie effektive Vorgang sorgt für eine gleichmäßige Verbrennung und messbare Energieeinsparung.

Zugbegrenzer steigern den Wirkungsgrad von Einzelfeuerstätten um 20 % und verlängern die Brenndauer um 40 %

Übersicht zur Auswahl von Zugbegrenzern

Zugbegrenzer wirken sich in jeder Hinsicht positiv auf den Kaminzug (Unterdruck in der Abgasstrecke) und die Verbrennungswerte aus. Das Ergebnis einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) bestätigt deutlich weniger Emissionen, einen besseren Wirkungsgrad sowie in der Folge geringere Betriebskosten.

Die Effizienz der Geräte wurde im Rahmen einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) nachgewiesen. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: eine fast 40 % längere Brenndauer bei gleicher Brennstoffmenge, eine Reduzierung des Schornsteinzuges um fast 75 % und eine um fast 20 % erhöhte Verbrennungseffizienz verbunden mit einer entsprechenden Kostenersparnis und reduziertem Schadstoffausstoß.

Durch die Einsparung bei den Brennstoffkosten amortisiert sich das Gerät, je nach Nutzung der Feuerstätte, in kurzer Zeit. Kutzner + Weber Zugbegrenzer sind normkonform nach DIN 4795.

Die Zugbegrenzer von Kutzner + Weber können sowohl im Innen- wie auch Außenbereich montiert werden

Gründe für Nebenluftvorrichtungen

Moderne Feuerstätten stellen besonders hohe Anforderungen an die Abgasanlage. Eine normgerechte Nebenluftvorrichtung bietet die Möglichkeit, den Schornstein unabhängig von der Betriebsweise an die Feuerstätte anzupassen.

Sie optimieren die Energiebilanz und den Emissionsausstoß Ihrer Heizanlage.

Der Einbau einer Nebenluftvorrichtung bewirkt:

  • Ausgleich von witterungsbedingten Unterdruckerhöhungen
  • Senkung des Taupunkts und somit späterer Kondensatausfall