Schallanforderungen an Druckbelüftungsanlagen

Für die Beurteilung der akustischen Auswirkungen ist das Betriebsverhalten von Druckbelüftungsanlagen im Brandfall maßgeblich. Die erforderlichen Druckverhältnisse und Luftvolumenströme definieren die technischen Randbedingungen sowohl für die Rauchfreihaltung als auch für die Schallentwicklung. Lüftungstechnisch gesehen wird in den zu schützenden Bereichen ein definierter Überdruck gegenüber dem Brandgeschoss aufgebaut. Bereits eine Druckdifferenz von etwa 30 Pa genügt in der Praxis meist, um den Raucheintritt in den zu schützenden Bereich wirksam zu verhindern, selbst dann, wenn Türen zwischen Sicherheitstreppenraum, Vorraum und notwendigem Flur offenstehen und temporär eine lufttechnische Verbindung zur verrauchten Nutzungseinheit besteht.

Aus dem Baurecht ergeben sich dabei insbesondere folgende Anforderungen:

Türkräfte: Türen müssen trotz Überdruck mit maximal 100 N Türbetätigungskraft zu öffnen sein. Fluchttüren öffnen in Fluchtrichtung, also entgegen des Überdrucks im zu schützenden Bereich.

Mindest-Luftgeschwindigkeiten an geöffneten Türen:

2,0 m/s an der Tür des Sicherheitstreppenraums zum Brandgeschoss

0,75 m/s an der Tür vom Feuerwehraufzugsvorraum zum Brandgeschoss

Diese Vorgaben stellen sicher, dass der Zuluftstrom den Rauch zuverlässig zurückdrängt und die Rettungswege rauchfrei bleiben.

Bedeutung des Schallschutzes im Rettungsweg

Der von Druckbelüftungsanlagen erzeugte Schalldruckpegel darf definierte Grenzwerte nicht überschreiten. Dafür gibt es zwei wesentliche Gründe:

Kommunikation der Feuerwehr: Hohe Geräuschpegel erschweren die Verständigung zwischen Einsatzkräften, etwa über Funkgeräte oder im direkten Gespräch mit zu rettenden Personen.

Wahrnehmung der Gebäudenutzer: Übermäßiger Lärm kann Stress und Panikreaktionen auslösen, das Risikoempfinden verzerren und Fehlentscheidungen begünstigen.

Die maximal zulässigen Schalldruckpegel sind in der Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB, Anhang 14 – TR TGA, Kapitel 8.4) festgelegt. Demnach darf der durch die Druckbelüftungsanlage im Treppenraum erzeugte Schalldruckpegel ab einem Abstand von 5 m zur Einblasstelle 85 dB(A) nicht überschreiten. Für Feuerwehraufzüge ist ein maximaler Schalldruckpegel von 80 dB(A) zulässig. Gemessen wird an definierten Stellen: in der Fahrkabine in 0,5 m Entfernung vom Mikrofon, in der Feuerwehr-Zugangsebene sowie am Tableau für Notfälle und Prüfungen – dem Bedienpanel, über das Einsatzkräfte den Aufzug im Brandfall steuern.

Grundlagen: Schallleistung und Schalldruck

Für die schalltechnische Bewertung von Druckbelüftungsanlagen ist die Unterscheidung zwischen Schallleistung und Schalldruck von zentraler Bedeutung:

Schallleistung beschreibt die gesamte von einer Schallquelle abgegebene akustische Leistung. Sie ist eine quellenbezogene Größe und unabhängig von Abstand, Raum oder Umgebungseinflüssen.

Schalldruck ist die am Hörort wirksame Größe. Aufgrund des großen Wahrnehmungsbereichs des menschlichen Gehörs wird er logarithmisch als Schalldruckpegel angegeben.

Während die Schallleistung einer Quelle konstant bleibt, nimmt der Schalldruck am Hörort mit zunehmendem Abstand zur Quelle ab. In realen Gebäuden können reflektierende Flächen diese Pegelabnahme jedoch deutlich beeinflussen, sodass der wahrgenommene Schalldruck durch Reflektion höher ausfällt als im freien Schallfeld. Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um 10 dB wird vom menschlichen Gehör etwa als Verdopplung der Lautstärke empfunden.

Ventilatorauswahl als wesentlicher Einflussfaktor

Eine der entscheidenden Stellschrauben zur Begrenzung des Schalldruckpegels ist die Auswahl und Auslegung der Zuluftventilatoren. Baugröße, Drehzahl, Wirkungsgrad sowie strömungstechnische Randbedingungen bestimmen die emittierte Schallleistung maßgeblich.

Um dies zu veranschaulichen, werden im Folgenden die Kennlinien zweier Helios-Axial-Mitteldruckventilatoren („AMD 630“ und „AMD 800“) betrachtet. Daran lässt sich nachvollziehen, wie unterschiedliche Baugrößen und Drehzahlen die Schallleistung bei gleichem Betriebspunkt beeinflussen.

Am Beispiel eines Betriebspunktes von 25.000 m³/h bei einem statischen Druck von rund 400 Pa zeigt sich der Unterschied deutlich (Tabelle o. r. ). Ein größer dimensionierter Ventilator erzeugt bei gleicher Luftleistung deutlich weniger Schallleistung, da seine Drehzahl etwa halb so hoch ist.

Weitere Vorteile größer dimensionierter Ventilatoren mit geringerer Drehzahl sind:

geringerer Leistungsbedarf und damit kleinere Motoren und Frequenzumrichter,

schnellere und präzisere Regelbarkeit bei der Differenzdruckregelung,

deutlich reduzierte Schallemission im Teillastbetrieb, etwa bei geschlossenen Türen und geringem Leckagevolumenstrom im zu schützenden Bereich.

Schallmindernde Maßnahmen im Luftleitungssystem

Zur zusätzlichen Reduktion der Schallübertragung werden zwischen Ventilator und Einströmöffnung Rohrschalldämpfer eingesetzt. Diese mindern insbesondere Ventilator- und Strömungsgeräusche, die durch Umlenkungen, Querschnittsänderungen oder Verwirbelungen entstehen.

Eine wirksame akustische Auslegung berücksichtigt neben einer optimalen Auswahl des Ventilators:

ausreichend dimensionierte Dämpferlängen,

strömungsgünstige Kanalführungen,

die Vermeidung unnötiger Umlenkungen.

Differenzdruckregelung und ihre akustischen Auswirkungen

Auch die Art der Differenzdruckregelung hat erheblichen Einfluss auf die Schalldruckpegel in Sicherheitstreppenräumen und Feuerwehraufzügen, sowie deren Vorräume. Grundsätzlich lassen sich passive und aktive Regelungskonzepte unterscheiden.

Passive Differenzdruckregelung: Bei Anlagen mit barometrischen Klappen – mechanisch selbsttätig arbeitenden Klappen – arbeitet der Ventilator in der Regel dauerhaft mit seiner Nenndrehzahl und maximalen Luftleistung. Der Volumenstrom wird nicht bedarfsgerecht angepasst. Dadurch entsteht unabhängig von Undichtigkeiten oder geöffneten Türen zum Brandgeschoss ein konstant hoher Schalldruckpegel. Dies gilt auch dann, wenn bei geschlossenen Türen nur geringe Luftmengen im Schutzbereich erforderlich sind.

Aktive Differenzdruckregelung: Moderne Druckbelüftungsanlagen erfassen die Druckdifferenz über Sensoren und regeln den Zuluftventilator bedarfsgerecht über Frequenzumrichter. Bei geschlossenen Türen wird lediglich der notwendige Leckagevolumenstrom zur Kompensation unvermeidbarer Undichtigkeiten gefördert. Der Ventilator arbeitet dabei häufig nur mit 20 - 40 %
seiner Nenndrehzahl, wodurch der Schalldruckpegel im Schutzbereich deutlich sinkt.

Unabhängig vom gewählten Regelungskonzept gilt: Alle Systeme müssen die baurechtlichen Anforderungen auch in der ungünstigsten Betriebssituation erfüllen, insbesondere bei geöffneten Türen und hohen erforderlichen Luftvolumenströmen.

Fazit

Schallanforderungen sind ein integraler Bestandteil einer sicheren und funktionsfähigen Druckbelüftungsanlage. Denn geringe Lärmpegel tragen dazu bei, Stress und Panik bei Gebäudenutzern im Brandfall zu reduzieren und die Kommunikationsfähigkeit der Feuerwehr im Einsatzfall sicherzustellen. Durch eine ganzheitliche Planung, bestehend aus korrekt dimensionierten Ventilatoren mit geringer Drehzahl und gezielten schalltechnischen Maßnahmen, lassen sich die baurechtlichen Vorgaben zuverlässig einhalten. Druckbelüftungsanlagen sorgen somit im Ernstfall für rauchfreie und sichere Rettungswege, ohne negativen Einfluss durch den Betrieb der Anlage.