Strömungsgeräusch in Luftkanälen

Was ist Strömungsgeräusch in einer Lüftungsanlage — und wovon hängt es ab?

Strömungsgeräusch ist das Geräusch, das die strömende Luft selbst erzeugt, wenn sie an einer Kante, einer Umlenkung oder einer Verengung verwirbelt. Seine Quelle liegt auf dem Weg und nicht in der Maschine: im Kanal, an der Klappe, am Schalldämpfer und im letzten Meter am Luftdurchlass. Die bestimmende Größe ist die Luftgeschwindigkeit, und sie geht mit einer hohen Potenz ein.

Du kennst das vom Autofenster: Bei Tempo 50 hörst Du kaum etwas, bei Tempo 100 rauscht es laut — obwohl sich am Fenster nichts geändert hat. Nur die Luft ist schneller. In einer Lüftung passiert dasselbe: Dieses Rauschen macht die Luft selbst, wenn sie sich durch eine zu enge Öffnung zwängen muss, und eben nicht das Gerät im Keller. Und weil die letzte Öffnung meistens direkt über Deinem Sofa sitzt, hilft dagegen kein noch so leises Gerät und kein Schalldämpfer davor. Es hilft nur Platz: mehr Querschnitt, damit dieselbe Luftmenge langsamer hindurchkommt. Diesen Platz musst Du im Bauplan vorsehen, solange die Wände noch nicht stehen.

Ausführliche Erklärung

Luft, die glatt und gleichmäßig strömt, ist still. Geräusch entsteht erst, wo die Strömung gestört wird: an einer scharfen Kante, hinter einem Einbau, an einer Umlenkung, in einer Verengung. Dort löst sich die Strömung ab, es bilden sich Wirbel, und diese Wirbel erzeugen im umgebenden Medium Druckschwankungen — also Schall. Das Ergebnis ist ein breitbandiges Rauschen ohne ausgeprägten Ton, das mit engeren Spalten und höherer Geschwindigkeit in den oberen Frequenzbereich wandert.

Wichtig für die Planung ist der Ort dieser Entstehung. Anders als das Geräusch des Ventilators wird Strömungsgeräusch entlang des ganzen Wegs neu erzeugt, an jedem Bauteil, das im Weg steht:

Bögen und Abzweige lenken die Strömung um; die Luft an der Innenseite der Kurve löst sich ab.
Klappen und Volumenstromregler stehen mit Blatt, Achse und Rahmen quer im Querschnitt. Das gilt auch für die Brandschutzklappe, die nicht aus akustischen Gründen dort sitzt, aber trotzdem rauscht.
Der Schalldämpfer verengt den freien Querschnitt zwischen seinen Kulissen. Er ist damit ein Bauteil, das Schall wegnimmt und zugleich selbst Schall erzeugt.
Der Luftdurchlass im Raum ist die letzte und heikelste Stelle: Sein freier Querschnitt ist der kleinste im ganzen Weg, und er sitzt als einziges Bauteil direkt beim Zuhörer.

Daraus folgt eine Eigenschaft, die in der Praxis am meisten Ärger macht: Geräusch, das an der letzten Stelle entsteht, lässt sich mit keinem Bauteil davor mehr bekämpfen. Ein längerer Schalldämpfer im Keller wirkt gegen alles, was aus Richtung Keller kommt — gegen das Rauschen des Gitters über dem Sofa wirkt er nicht.

Die Geschwindigkeit entscheidet, nicht die Luftmenge

Der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Geräusch ist steil. Für Luftdurchlässe und Kanalbauteile rechnet man mit einer abgestrahlten Schallleistung, die etwa mit der sechsten Potenz der Geschwindigkeit steigt; je nach Bauteil und Frequenzbereich werden Exponenten zwischen rund fünf und sieben genannt. In Dezibel ausgedrückt heißt das: Der Pegel ändert sich um etwa 60 · log₁₀ des Geschwindigkeitsverhältnisses.

Drei Zahlen machen die Folgen greifbar:

Halbe Geschwindigkeit — rund 18 dB leiser.
Ein Viertel weniger Geschwindigkeit — rund 7 dB leiser.
Zehn Prozent mehr Geschwindigkeit — rund 2,5 dB lauter.

Achtzehn Dezibel sind mehr, als sich am fertigen Raum mit irgendeiner nachträglichen Maßnahme herausholen lässt, und sie kosten kein einziges Bauteil. Sie kosten Platz: Dieselbe Luftmenge braucht bei halber Geschwindigkeit den doppelten freien Querschnitt. Ob ein Kanal mit 300 oder mit 500 Millimetern durch Wand und Decke passt, entscheidet der Bauplan, und der ist mit dem Rohbau fertig. Genau deshalb ist der Ruhepegel einer Lüftung eine Frage der frühen Planung und keine Frage der Bauteilauswahl.

Der zweite Hebel neben der Geschwindigkeit ist die Anströmung. Ein Bauteil, das gleichmäßig angeströmt wird, ist deutlich leiser als dasselbe Bauteil unmittelbar hinter einem Bogen, weil die Strömung dort schon verwirbelt und ungleich über den Querschnitt verteilt ankommt. Ein gerades Kanalstück vor dem Luftdurchlass kostet nichts außer Länge und gehört zu den wirksamsten Maßnahmen überhaupt.

Und es zählt nur der freie Querschnitt. Ein Gitter mit 50 Prozent offener Fläche hat bei gleicher Baugröße die doppelte Geschwindigkeit im Spalt, ein akustisch wirksamer Bespannstoff davor verengt weiter. Die Baugröße auf dem Datenblatt ist deshalb nicht die Größe, mit der Du rechnest.

Woran man es im Datenblatt erkennt

Für Luftdurchlässe, Volumenstromregler und Drosselklappen wird der erzeugte Schallleistungspegel im Hallraum gemessen; das Verfahren dafür ist DIN EN ISO 5135. Angegeben wird das Ergebnis über dem Volumenstrom und über der Frequenz, meist in Oktavbändern, oft zusammen mit dem Druckverlust desselben Betriebspunkts. Für Kanalschalldämpfer bestimmt DIN EN ISO 7235 dieselbe Größe zusammen mit der Einfügungsdämpfung und dem Druckverlust — drei Angaben am selben Bauteil, von denen die Datenblätter regelmäßig nur die erste zeigen.

Ein Bauteil ohne Angabe zum eigenen Strömungsgeräusch bei der geplanten Luftmenge ist für einen leisen Raum nicht beurteilbar. Daran hängt ein Effekt, mit dem niemand rechnet: Ein knapp gewählter Schalldämpfer kann den Raum lauter machen als gar keiner. Was er an Fremdschall wegnimmt, erzeugt er im engeren Querschnitt selbst neu.

Druckverlust und Geräusch stammen aus derselben Ursache, sind aber nicht dieselbe Größe. Beide entstehen dort, wo Strömungsenergie in Wirbel umgesetzt wird — nur wird der weitaus größte Teil davon zu Wärme und ein verschwindend kleiner Teil zu Schall. Ein Bauteil mit hohem Druckverlust ist deshalb ein Verdachtsfall, aber kein Beweis; die Geräuschangabe ersetzt der Druckverlust nicht.

Häufiges Missverständnis

„Wir nehmen ein leises Lüftungsgerät, dann ist der Raum leise." Der Satz verwechselt zwei Geräuschquellen, die an verschiedenen Orten sitzen und verschiedene Gegenmittel brauchen. Das Gerätegeräusch entsteht im Ventilator und lässt sich auf seinem Weg bekämpfen — mit Abstand, mit einem Schalldämpfer, mit einem eigenen Technikraum. Das Strömungsgeräusch entsteht danach, und der letzte Teil davon entsteht im Raum selbst. Eine Anlage mit einem sehr leisen Gerät und zu knappen Querschnitten ist ein lauter Raum.

Umgekehrt hört man ebenso oft: „Dann bauen wir eben einen längeren Schalldämpfer ein." Ein Schalldämpfer wirkt gegen Schall, der ihn durchläuft. Gegen das Rauschen, das hinter ihm entsteht, ist er wirkungslos, und weil sein freier Querschnitt kleiner ist als der des Kanals, erhöht er die Geschwindigkeit an genau dieser Stelle. Ein Schalldämpfer, der ohne Querschnittsaufweitung eingesetzt wird, ist deshalb ein Bauteil mit zwei Vorzeichen.

Am hartnäckigsten hält sich der Satz „Weniger Luft ist leiser." Er stimmt in einer bestehenden Anlage, weil dort mit der Menge auch die Geschwindigkeit sinkt. Es ist trotzdem der falsche Weg, denn die Luftmenge folgt aus der Zahl der Personen und der Abwärme der Technik. Wer sie herunterdreht, tauscht Ruhe gegen schlechte Luft — und im Kinoraum fällt beides am selben Abend auf.

Nicht zu verwechseln mit

Gerätegeräusch des Ventilators: entsteht in der Maschine und läuft über den Kanal in den Raum. Dagegen wirkt ein Schalldämpfer, und dagegen wirkt Abstand — siehe Lüftung und Kühlung im Kinoraum.
Telefonieschall: Fremdschall aus einem anderen Raum über dasselbe Kanalnetz. Er kommt von woanders her, Strömungsgeräusch entsteht vor Ort — siehe Telefonieschall.
Körperschall: die Schwingung des Geräts über Rohrbefestigung und Baukörper. Dagegen hilft nur eine elastische Verbindung, siehe Körperschall.
Einfügungsdämpfung: die Wirkung eines Bauteils gegen durchlaufenden Schall. Am Schalldämpfer stehen beide Größen auf demselben Datenblatt und meinen Gegenteiliges — was er wegnimmt und was er selbst erzeugt.
Grundgeräuschpegel: was im fertigen Raum zu hören ist, wenn nichts läuft. Strömungsgeräusch ist einer der Beiträge dazu, der Grundgeräuschpegel das Ergebnis; angegeben wird das Ziel als Bewertungskurve.

In der Planung

Ein Heimkino im Untergeschoss soll auf einen sehr niedrigen Ruhepegel kommen. Die Lüftung ist gesetzt, die Luftmenge folgt aus acht Plätzen und der Abwärme von Projektor und Endstufen.

Die erste Frage ist eine Konzeptfrage und keine Bauteilfrage: Welchen Ruhepegel soll der Raum erreichen, und welcher Anteil davon darf aus der Lüftung kommen? Erst wenn diese Zahl steht, ist entscheidbar, ob ein Anschluss an die Zentralanlage genügt oder ob der Kinoraum ein eigenes Gerät bekommt.

Danach das Verfahren, und hier liegt die eigentliche Weichenstellung: Die zulässige Geschwindigkeit wird aus dem Ruhepegel abgeleitet, und aus Luftmenge und Geschwindigkeit folgt der Querschnitt. Diese Reihenfolge ist die einzige, die funktioniert. Wer umgekehrt vorgeht — erst den Querschnitt aus dem übrigen Platz, dann die Geschwindigkeit als Ergebnis — hat den Ruhepegel bereits verloren, bevor das erste Bauteil ausgesucht ist. Zum Querschnitt gehören die geraden Anströmstrecken vor den Luftdurchlässen und die Aufweitung am Schalldämpfer; beides ist Platz im Grundriss und nicht im Leistungsverzeichnis.

Die Bauteilauswahl kommt zuletzt und ist dann schnell erledigt: Für den vorgesehenen Volumenstrom müssen Schallleistungspegel über der Frequenz und Druckverlust vorliegen, für den Luftdurchlass ebenso wie für Klappe, Volumenstromregler und Schalldämpfer. Die Geschwindigkeit wird an jeder Engstelle einzeln nachgerechnet, mit dem freien und nicht dem nominellen Querschnitt. Welches Luftführungsprinzip im Raum selbst die niedrigsten Austrittsgeschwindigkeiten zulässt, klärt Quelllüftung und Mischlüftung; die Auslegungsgrundlagen für Luftmenge und Querschnitt stehen bei der Lüftung im Kinoraum.

Verknüpfte Inhalte

Wie viel Luft ein Kinoraum braucht und welche Querschnitte daraus folgen, steht auf der Seite zu Lüftung und Kühlung im Kinoraum. Welches Luftführungsprinzip die niedrigsten Austrittsgeschwindigkeiten zulässt, klärt Quelllüftung und Mischlüftung; warum derselbe Kanal auch Schall aus anderen Räumen überträgt, steht bei Telefonieschall. Wo der Kanal ein brandschutztechnisch klassifiziertes Bauteil durchdringt, kommt mit der Brandschutzklappe eine Engstelle dazu, die nicht verhandelbar ist. Welcher Ruhepegel überhaupt anzustreben ist, beschreibt der Grundgeräuschpegel, angegeben als Bewertungskurve. Wo die lauten Geräte am besten stehen, behandelt der Technikraum.

Quellen

Die Geräuscherzeugung in raumlufttechnischen Anlagen und die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Strömungsgeräuschs behandelt VDI 2081. Der Schallleistungspegel von Luftdurchlässen, Volumenstromreglern und Drosselklappen wird nach DIN EN ISO 5135 im Hallraum bestimmt; für Kanalschalldämpfer legt DIN EN ISO 7235 Einfügungsdämpfung, Strömungsgeräusch und Druckverlust am selben Bauteil fest. Die Beschreibung der Schallentstehung an umströmten Kanten ist Standardwissen der technischen Akustik und hier ohne geprüfte Fundstelle wiedergegeben.