Eurovent-Empfehlung: Luftschleieranlagen – Akustik und Berechnungen

• Einführung in die Schallmessung
• Von einem Luftschleier abgestrahlter Schall
• Anpassung an das menschliche Ohr
• Filter A
• Mehrere Schallquellen
• Schallleistungspegel und Schalldruckpegel vor Ort
• Richtungsfaktor Q
• Äquivalente Absorptionsfläche des Raumes
• Berechnung des Schalldruckpegels
• Zu messende Produktwerte

Die Eurovent-Empfehlung 16/3 – 2023 („Air curtain unit: Acoustic performance and calculations – First Edition“) bietet Herstellern Leitlinien für die Messung und Angabe des von Luftschleiern abgestrahlten Schalls. Nach einer Einführung in die Akustik konzentriert sich das Dokument auf den von einem Luftschleier abgestrahlten Schall und bietet eine Vorlage mit allen Daten, die von den Herstellern gemessen und angegeben werden sollten. cci Wissensportal stellt seinen Mitgliedern eine deutsche Übersetzung des englischsprachigen Originals zur Verfügung.

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Einführung in die Schallmessung

Die lange Einwirkung intensiven Lärms von mehr als 80 dB(A) auf das menschliche Ohr kann zu teilweisem oder vollständigem Verlust des Gehörs führen. Neben der Gefahr, infolge lärmgeschädigter Hörnerven nicht mehr hören zu können, wirkt sich Lärm auch auf das menschliche Nervensystem und sogar auf die inneren Organe des Menschen aus. Besonders schwerwiegend sind die Auswirkungen bei intensiver impulsartiger und unregelmäßiger Beschallung. Um den Lärmpegel zu messen und die Gesundheit der Menschen zu schützen, gibt es die Akustik. Die wichtigsten physikalischen zur Bestimmung des Lärmpegels sind Schalldruck, Schallleistung und Frequenz.

Schalldruck
Der Schalldruck ist die Druckwelle, mit der sich der Schall in einem Medium bewegt, zum Beispiel in der Luft. Das menschliche Ohr interpretiert diese Druckwellen als Schall. Sie werden in Pascal (Pa) gemessen. Der schwächste Schalldruck, den das Ohr wahrnehmen kann, beträgt 0,00002 Pa (p0), was der Hörschwelle entspricht. Der stärkste Schalldruck, den das Ohr schadlos ertragen kann, beträgt 20 Pa und wird als obere Hörschwelle bezeichnet.
Der große Druckunterschied zwischen der unteren und oberen Hörschwelle macht die Zahlen schwer handhabbar. Daher wird eine logarithmische Skala verwendet, die auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen Schalldruckpegel (p) und dem Schalldruck an der Hörschwelle basiert. Diese Skala verwendet die Maßeinheit Dezibel (dB), wobei die Hörschwelle bei 0 dB und die obere Hörschwelle bei 120 dB liegt.
Mit der folgenden Formel kann der Schalldruck von Pascal in Dezibel umgerechnet werden:

Mit einem Mikrofon kann der Schalldruck gemessen werden. Er nimmt mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle ab und wird durch die Eigenschaften des Raums und den Standort der Schallquelle beeinflusst.

Schallleistung
Die Schallleistung ist die Energie pro Zeiteinheit (Watt), die eine Schallquelle abgibt. Sie wird nicht gemessen, sondern aus dem Schalldruck berechnet. Für die Schallleistung gibt es, ähnlich der Skala für den Schalldruck, eine logarithmische Skala. Sie ist nicht von der Position der Schallquelle oder den Schalleigenschaften des Raums abhängig und lässt sich daher leicht zwischen verschiedenen Objekten vergleichen.

Frequenz
Die Frequenz (f) ist ein Maß für die periodischen Schwingungen der Schallquelle. Sie wird als die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde gemessen, wobei eine Schwingung pro Sekunde 1 Hertz (Hz) entspricht. Je mehr Schwingungen pro Sekunde, das heißt, je höher die Frequenz, desto höher der Ton. Im Bereich von 16 bis 20.000 Hz werden diese Schwingungen als Ton bezeichnet. Unter 16 Hz werden sie als Infraschall und über 20.000 Hz als Ultraschall bezeichnet. Die Frequenzen werden in acht Gruppen unterteilt, die als Oktavbänder bezeichnet werden: 63, 125, 250, 500, 1.000, 2.000, 4.000 und 8.000 Hz. Ist die Frequenz bekannt, lässt sich daraus die Länge der Schallwelle λ berechnen:

wobei c die Schallgeschwindigkeit (m/s) ist. Bei 1 bar Druck und 20 °C liegt die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei 343,2 m/s (1235,5 km/h).

Richtungsdiagramm
Normalerweise strahlen Schallquellen den Schall nicht in gleicher Weise in alle Richtungen ab. Daher ist es in der Regel notwendig, den Schalldruck an mehreren Punkten zu messen und diese Messungen zur Berechnung der Schallleistung zu verwenden:

wobei W₀=10^-12 W

Von einem Luftschleier abgestrahlter Schall

Schallquellen können sehr unterschiedlicher Art sein. Ihre Hauptarten sind mechanische, aerodynamische, hydrodynamische und elektrische Geräusche. Mechanische Geräusche treten normalerweise in Produktionsanlagen oder an Orten auf, an denen viele Maschinen stehen, also nicht durch einen Luftschleier. Aerodynamischer Schall wird in der Regel in Breitbandschall und diskreten Schall unterteilt. Breitbandschall steht im Zusammenhang mit der Turbulenz in der Nähe der Festkörpergrenzen (Wirbelschall, Grenzschichtschall) und der Ablösung einer Strömung. Diskreter Schall steht im Zusammenhang mit der Heterogenität der Strömung und der Interaktion der verschiedenen Elemente im Strömungsweg. Der diskrete Schall hat in der Regel einen größeren Anteil an der Schallleistung. Bei Luftschleiern hängen die diskreten Schallfrequenzen von der Drehzahl (n) des Ventilators und der Art des Ventilators ab. Elektrischen Geräusche sind auf das magnetische Geräusch von Elektromotoren, das Geräusch elektrischer Komponenten des Steuerungssystems und Ähnliches zurückzuführen.

Anpassung an das menschliche Ohr

Aufgrund der unterschiedlichen Empfindlichkeit des Ohrs bei verschiedenen Frequenzen kann derselbe Schallpegel bei niedrigen und hohen Frequenzen als zwei verschiedene Schallpegel wahrgenommen werden. In der Regel nehmen wir Geräusche bei höheren Frequenzen leichter wahr als bei niedrigeren Frequenzen. Aus diesem Grund gibt es im menschlichen Ohr einen Filter zur Bewertung des Lärms.

Filter A

Die Empfindlichkeit des Ohrs variiert auch in Abhängigkeit von der Stärke des Schalls. Es wurden mehrere so genannte Gewichtungsfilter eingeführt, um die unterschiedliche Empfindlichkeit des Ohrs über das Oktavband hinweg auszugleichen.

Ein Bewertungsfilter A wird für Schalldruckpegel unter 55 dB verwendet. Filter B wird für Pegel zwischen 55 und 85 dB verwendet und Filter C wird für Pegel über 85 dB verwendet. Der Filter A, der üblicherweise in Verbindung mit Luftschleiern verwendet wird, hat nachfolgend dargestellte dämpfende Wirkung auf die Oktavbänder:

Der resultierende Wert wird in dB(A) gemessen. Neben diesen Filtern gibt es noch andere Möglichkeiten, die Empfindlichkeit des Ohrs für unterschiedliche Schallpegel zu kompensieren. Ein Diagramm mit NR-Kurven (Noise Rating) zeigt Schalldruck und Frequenz pro Oktavband. Punkte auf derselben NR-Kurve werden als gleich laut empfunden. Beispielsweise werden 43 dB bei 4.000 Hz werden als genauso laut empfunden wie 65 dB bei 125 Hz.

Mehrere Schallquellen

In einem Luftschleier gibt es aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Ventilatoren verschiedene Schallquellen. Ferner ist zu berücksichtigen, dass Luftschleier nicht nur oben, sondern auch links und rechts eines Eingangs installiert werden können. Um den Gesamtschallpegel im betreffenden Raum zu ermitteln, müssen alle Schallquellen logarithmisch addiert werden.

Schallleistungspegel und Schalldruckpegel vor Ort

Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Schallleistungspegel einer Schallquelle und dem Schalldruckpegel vor Ort. Wenn eine Schallquelle einen bestimmten Schallleistungspegel abgibt, wirken sich die folgenden Faktoren auf den Schalldruckpegel aus:

• die Position der Schallquelle im Raum, einschließlich des Richtungsfaktors
• der Abstand von der Schallquelle
• die schallabsorbierenden Eigenschaften des Raums, die als äquivalente Absorptionsfläche des Raums bezeichnet werden

Richtungsfaktor Q

Der Richtungsfaktor gibt die Verteilung des Schalls um die Schallquelle an. Die kugelförmige Verteilung in alle Richtungen wird mit Q = 1 gemessen. Die Verteilung von einem in der Mitte einer Wand positionierten Diffusor ist halbkugelförmig und wird mit Q = 2 gemessen.

• Q = 1: in der Mitte des Raumes
• Q = 2: an Wand oder Decke
• Q = 4: zwischen Wand oder Decke
• Q = 8: in einer Ecke

Dabei wird die Entfernung von der Schallquelle als r in Metern angegeben

Äquivalente Absorptionsfläche des Raumes

Die Fähigkeit eines Materials, Schall zu absorbieren, wird als Absorptionsfaktor a angegeben. Der Absorptionsfaktor kann einen Wert zwischen 0 und 1 haben, wobei der Wert 0 einer vollständig reflektierenden Oberfläche und der Wert 1 einer vollständig absorbierenden Oberfläche entspricht. Der Absorptionsfaktor hängt von den Eigenschaften des Materials und den verfügbaren Tabellen ab, in denen die Werte für verschiedene Materialien angegeben sind.
Die äquivalente Absorptionsfläche eines Raums wird in Quadratmeter (m²) gemessen und ergibt sich aus der Addition aller verschiedenen Oberflächen des Raums, multipliziert mit ihren jeweiligen Absorptionsfaktoren. In vielen Fällen kann es einfacher sein, den Mittelwert für die Schallabsorption in verschiedenen Raumtypen zusammen mit einer Schätzung der äquivalenten Absorptionsfläche zu verwenden (siehe Abbildung 2).
Liegen keine Werte für die Absorptionsfaktoren aller Oberflächen vor und reicht ein Näherungswert für den Gesamtabsorptionsfaktor des Raums aus, kann eine Schätzung nach dem folgenden Diagramm vorgenommen werden. Das Diagramm gilt für Räume mit normalen Proportionen, zum Beispiel 1:1 oder 5:2. Verwenden Sie das Diagramm wie folgt, um die äquivalente Absorptionsfläche zu schätzen: Berechnen Sie das Volumen des Raums und lesen Sie die äquivalente Absorptionsfläche mit dem richtigen mittleren Absorptionsfaktor ab, der durch die Art des Raumes bestimmt wird.

Berechnung des Schalldruckpegels

wobei:

• LpA = Schalldruckpegel (dB)
• LwA= Schallleistungspegel (dB)
• Q = Richtungsfaktor
• r = Abstand von der Schallquelle (m)
• A_eqv = Äquivalente Absorptionsfläche (m²)

Zu messende Produktwerte

Hersteller von Luftschleiern sollten die folgenden Daten messen und zur Verfügung stellen (die Zahlen sind als Beispiele angegeben):

Die angegebenen Werte sollten sich auf ein Messverfahren beziehen, das in einer europäischen oder internationalen Normen definiert ist, zum Beispiel die ISO 27327 Teil 2 „Ventilatoren – Luftschleieranlagen: Labormessmethoden zur Prüfung der Schallleistung“ (2014). Die nach ISO 27327 Teil 2 ermittelten Daten können unter anderem für folgende Zwecke verwendet werden:

Das Dokument „Eurovent 16/3 – 2023“ wurde im Mai 2023 vom europäischen LüKK-Verband Eurovent herausgegeben. Es ist das Ergebnis gemeinsamer Arbeit der Mitglieder der Produktgruppe „Luftschleier und Heizlüfter“ (PG-CUR, Air Curtains and Fan Heaters), die nach Angaben des Verbands nahezu alle Hersteller entsprechender Produkte auf dem EMEA-Markt vertritt.

Das englischsprachige Originaldokument steht unter „Anhänge“ zum Download bereit.

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