Hluková záťaž tepelných čerpadiel a znižovanie hluku

V posledných rokoch sa na trhu pre obyvateľstvo s cieľom kompenzovať rast cien energií a hospodárnejšieho využívania energie stále častejšie inštalujú tepelné čerpadlá, klimatizácie. Tie však - na rozdiel od plynových kotlov - majú aj hlučné vonkajšie jednotky bez ohľadu na ich konštrukciu. Najmodernejšie typy sú síce už oveľa tichšie ako bežné stroje, avšak časom a pri extrémnych vonkajších teplotách možno počítať s tým, že vonkajšia jednotka môže rušiť susedov. Pre zníženie rušenia existuje viacero technických možností.

Typy tepelných čerpadiel

Tepelné čerpadlá sú energeticky úsporné systémy pozostávajúce zo zariadení technického zariadenia budov, ktoré prenášajú teplo z jedného miesta na druhé, a tak poskytujú vykurovacie a chladiace riešenia v aplikáciách pre obyvateľstvo aj priemysel a obchod. Teplo získavajú zo vzduchu, zeme alebo vody, alebo doň vracajú. Ich široké uplatnenie možno vysvetliť tým, že sú schopné znížiť emisie skleníkových plynov a poskytujú nižšiu spotrebu energie v porovnaní s inými technológiami, čo môže predstavovať udržateľnejšiu a nákladovo efektívnejšiu alternatívu k tradičným spôsobom vykurovania a chladenia. Hluk vznikajúci počas prevádzky tepelných čerpadiel závisí od viacerých faktorov. Najprv je vhodné stručne prejsť ich konštrukciu a princíp fungovania. V súčasnosti rozlišujeme štyri typy tepelných čerpadiel:

1. Tepelné čerpadlá vzduch-voda
2. Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch (fan-coil)
3. Tepelné čerpadlá voda-voda
4. Geotermálne a sondové tepelné čerpadlá
5. Plynové absorpčné tepelné čerpadlá (typicky nie pre obyvateľstvo)

Tepelné čerpadlá vzduch-voda sú najrozšírenejším typom kvôli jednoduchej inštalácii a malej priestorovej náročnosti. Teplo odoberajú z vonkajšieho vzduchu a privádzajú do interiéru, ich sprostredkujúcim médiom je voda. Pri tradičných tepelných čerpadlách vzduch-voda platí, že čím je nižšia vonkajšia teplota, tým väčšia energia je potrebná na odber tepla, preto sa pri týchto zariadeniach často aplikuje aj doplnkové kúrenie. Spravidla je u týchto typov najnižší súhrn investičných a prevádzkových nákladov, najmä pri rodinných domoch. Možno ich použiť samostatne alebo spolu s existujúcim vykurovacím systémom (hybrid) na chladenie, kúrenie aj prípravu teplej úžitkovej vody. Sú to zariadenia, ktoré spôsobujú najviac sťažností na hluk. Medzi tepelnými čerpadlami vzduch-voda rozlišujeme tri základné konštrukčné typy:

• Monoblok (kompaktný): vonkajšia a vnútorná jednotka v jednom, spravidla v exteriéri
• Delený systém (split): pozostáva z vonkajšej a vnútornej hydraulickej blokovej jednotky.

Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch odoberajú teplo z vonkajšieho vzduchu a privádzajú ho vzduchu nachádzajúcemu sa na inom mieste. Tepelnými čerpadlami vzduch-vzduch sú klimatizačné zariadenia schopné vykurovať aj chladiť.

Tepelné čerpadlá voda-voda odoberajú teplo z podzemnej vody. Sú k nim potrebné dve studne: jedna na čerpanie vody a jedna na vrátenie; možno ich použiť na chladenie aj kúrenie. Kvôli vŕtaniu studne sú náklady na uvedenie do prevádzky vyššie. Geotermálne tepelné čerpadlá využívajú teplo zeme. Majú dva typy:

• Pri tepelnom čerpadle s plošným kolektorom sa do hĺbky približne 1,5 m vodorovne kladú rúrky — Slnko priamo zahrieva túto vrstvu zeme.
• Pri sondovom tepelnom čerpadle sa zvislo vŕta v závislosti od geologických daností daného miesta do hĺbky 60 – 150 m. Počet sond určuje potreba tepla.

Zdroje hluku

Najvýznamnejší hlukový vplyv majú vzduchové tepelné čerpadlá. Tie pozostávajú zo štyroch hlavných prvkov:

• z kompresora,
• z kondenzátora,
• z expanzného ventilu a
• z výparníka.

Z nich väčší hluk spôsobuje prevádzka kompresora a ventilátora patriaceho ku kondenzátoru a výparníku (pohyb vzduchu), popri ktorom možno spomenúť aj hlukový vplyv vykurovacieho čerpadla. Hluk ventilátora závisí od rôznych faktorov: typu a otáčok ventilátora, prúdenia vzduchu a tlakového rozdielu. Prúdenie vzduchu ovplyvňuje výmenník tepla: vzduch pri prechode cezeň vyvoláva aerodynamický hluk. Intenzita hluku sa mení v závislosti od stvárnenia výmenníka tepla a rýchlosti prúdenia vzduchu. Zdrojom vzniknutého hluku je vysoká hodnota pohybovaného množstva vzduchu. Hluky však môžu pochádzať aj z toho, že počas chladiaceho cyklu sa voda vo vzduchu zamrzne vo výmenníku tepla — pre správnu prevádzku tepelného čerpadla preto treba kompresor istý čas prevádzkovať v opačnom smere na rozpustenie ľadu.

Hlukový vplyv geotermálnych a voda-voda tepelných čerpadiel je výrazne menší, pretože teplo neodoberajú zo vzduchu, takže nemajú ventilátor. Zároveň však aj v tomto prípade je na chladiaco-vykurovací cyklus, resp. zabezpečenie obehu chladiva vo výmenníkoch tepla potrebný kompresor, ktorý je tiež zdrojom hluku. Hluk tvoria vnútorné aj vonkajšie časti tepelných čerpadiel. Hladina akustického tlaku väčšiny moderných vonkajších jednotiek tepelných čerpadiel je priemerne okolo 60 dB, čo zodpovedá normálnej ľudskej reči, ale hluk vzniká v iných výškach tónu. Niektoré modely môžu dosahovať aj nižšiu hladinu hluku a úroveň hluku závisí aj od spôsobu a stupňa prevádzky. Hladina akustického tlaku vnútorných jednotiek je spravidla 18 – 30 dB. Hladinu akustického tlaku výrobcovia spravidla uvádzajú buď pre rôzne prevádzkové režimy, alebo pre prípad prevádzky s úplnou kapacitou ako hladinu akustického tlaku (L_p) a s váhovaním A, v decibeloch (dBA). Príležitostne uvádzajú aj hladinu akustického výkonu, čo je iný typ veličiny: hladina akustického výkonu (L_w) sa vzťahuje na daný zdroj zvuku, kým hladina akustického tlaku (L_p) sa mení s umiestnením zdroja zvuku, podmienkami prostredia aj vzdialenosťou od zdroja zvuku. Hodnoty hladiny akustického tlaku podľa katalógu preto treba brať do úvahy spolu s týmito okolnosťami, teda pri konkrétnej inštalácii môžu vzniknúť hodnoty odlišné od katalógových údajov. Krivka váhovania A v jednočíselnom ukazovateli ekvivalentnej hladiny akustického tlaku potláča, podhodnocuje nízkofrekvenčné zložky, takže pri bzučaní môžu nízke číselné hodnoty poskytovať príliš optimistický obraz (v typickom rozsahu tónovej prevádzky kompresorov asi o 20 dB).

Tepelné čerpadlá pre obyvateľstvo sú typicky hlasnejšie v zime a pri príprave teplej úžitkovej vody, vtedy je najväčšia potreba tepla. V chlade môže prechodnú hlukovú sťažnosť spôsobiť aj niekoľkominútová funkcia odmrazovania, ktorá sa navyše môže opakovať aj viackrát za hodinu, vtedy spravidla rušivý účinok spôsobuje kompresor (bzučanie v rozsahu 80 – 120 Hz).

Hlukové požiadavky

Hraničné hodnoty hlukovej a vibračnej záťaže zariadení technického zariadenia budov predpisuje nariadenie vlády, v čase písania tohto článku spoločné nariadenie 27/2008. (XII. 3.) KvVM-EüM. Logikou nariadenia je, že pred hlukom treba chrániť určité budovy, na ich fasáde, kde majú obyvatelia právo na ticho, na odpočinok pri otvorenom okne. Hraničné hodnoty sú zodpovedajúco v noci prísnejšie. Požiadavky zohľadňujú aj to, v akom prostredí sa nachádza zariadenie, ktoré chceme chrániť, napr. vo veľkomestskom prostredí, ktoré je už pôvodne hlučnejšie, sú prahy vyššie. Na dané miesto sa môžu vzťahovať aj iné požiadavky, tie treba vždy individuálne skúmať. Podstatné je aj to, že obyvateľov môže hluk oprávnene rušiť aj vtedy, keď sa zákonné požiadavky prípadne plnia. V takýchto prípadoch je obzvlášť dôležité riešiť problém individuálnym technickým riešením, pretože vtedy sťažovateľ spravidla nemá v rukách právny prostriedok.

Podstatným hľadiskom je, že nariadenie vlády 284/2007. (X. 29.) Korm. rendelet o niektorých pravidlách ochrany pred environmentálnym hlukom a vibráciami sa v súčasnom právnom prostredí nevzťahuje na zariadenia technického zariadenia budov pre osobné účely, teda tepelné čerpadlá pre obyvateľstvo sa nepovažujú za prevádzkové zdroje hluku, avšak nariadenie TÉKA predpisuje, že „vonkajšia jednotka strojných zariadení sa musí umiestniť tak, aby vyžarovanie hluku a vibrácií z prevádzky zodpovedalo hraničným hodnotám stanoveným pre prevádzkové zariadenia podľa ministerského nariadenia o stanovení hraničných hodnôt environmentálnej hlukovej a vibračnej záťaže", a tu nie je obmedzenie na zariadenia pre obyvateľstvo, teda vo všetkých investíciách a zariadeniach pre obyvateľstvo, na zriadenie ktorých sa vzťahuje TÉKA, treba uplatniť požiadavky pre prevádzkové zdroje hluku. Ak v byte prípadne pôsobí aj kancelária alebo iná výrobno-poskytovacia činnosť, potom ho v každom prípade možno považovať za prevádzkový zdroj hluku. Okrem toho aj samospráva môže miestnym predpisom o ochrane pred hlukom predpísať hraničné hodnoty hluku, ale to sa deje len v málo obciach a ani nie jednotne. Z toho dôvodu sa v mnohých prípadoch právne riešenia cez notárov pre nedostatok právomoci zamietajú a súdy aj napriek výsledkom súdneho znaleckého merania hluku často vynášajú rozmanité rozhodnutia. V praxi preto je popri právnych riešeniach — pokiaľ je na to ešte príležitosť — vhodné zvážiť aj technické riešenia.

Vhodnými technickými riešeniami možno rušivý účinok veľmi často účinne znížiť aj dodatočne.

Návrhy na zníženie hluku

Pri znižovaní hladiny hluku spôsobeného tepelným čerpadlom pomôže, ak tepelné čerpadlo má tieto funkcie:

• ventilátor s premenlivými otáčkami
• funkcia mäkkého spúšťania a zastavenia
• nočný/tichý prevádzkový režim
• zvukovo izolovaný kompresor.

Pri inštalácii najrozšírenejších tepelných čerpadiel vzduch-vzduch alebo vzduch-voda treba určiť najvhodnejšie miesto vonkajšej jednotky a jej umiestnenie tak, aby hluk systému najmenej rušil vlastné aj susedské smery. Časté je, že stroj spôsobuje problém s hlukom napríklad preto, že škodlivé odrazy zosilňujú a vedú jeho zvuk na miesto, ktoré treba chrániť. No mimoriadne časté sú aj problémy s vedením kontaktného zvuku.

Tónový, bzučivý zvuk kompresora často spôsobuje rušenie aj pri úrovni pod hraničnou hodnotou.

Umiestnenie, premiestnenie stroja

Podľa najlepšej praxe treba vonkajšiu jednotku umiestniť ďaleko od okien miestností citlivých na hluk (aj na susedskom aj na vlastnom pozemku), ktoré treba chrániť, a vo všeobecnosti aj od susedných budov, pri dodržiavaní predpísaných minimálnych ochranných vzdialeností, najmä v zástavbe s bočnými hranicami. Vonkajšiu jednotku treba umiestniť na pevný základ, napríklad na betónový základ s vibračne izolujúcou podložkou — v záujme zníženia hluku — a tu sú spravidla najefektívnejšie individuálne dimenzované riešenia izolácie vibrácií. Izolácia vibrácií izoluje stroj a pomáha pri znižovaní šírenia kontaktného zvuku, čo chráni blízku, typicky vlastnú nehnuteľnosť.

Zároveň pevné povrchy terénu v prostredí inštalácie, napr. asfalt, betón, chodníky z rôznych materiálov a najmä susedné zvislé povrchy zvyšujú hladinu akustického tlaku hluku kvôli odrazom. Napríklad vonkajšie jednotky inštalované do rohov ohraničených tuhými stenami zvyšujú hlukovú záťaž o 3 – 6 dB. V takýchto situáciách môže pomôcť aj vybavenie rohov vonkajším zvukovo pohlcujúcim obkladom. Naproti tomu trávnaté a kríčkové oblasti hladinu akustického tlaku mierne znižujú (len v malej miere), a rovnako stavebné alebo dizajnové prvky, ktoré sa z hľadiska šírenia zvuku považujú za terénne prekážky, napríklad rôzne ploty, tienenia, prekážajú šíreniu hluku a jeho vstupu do vlastných alebo susedných obytných domov, k fasádam. Tieto riešenia však nie sú predovšetkým vhodné na zvukovú izoláciu, ale napríklad pri rastlinnom prekrytí možno postaviť aj vizuálne prijateľnú, no predsa účinnú protihlukovú stenu.

Vonkajšiu jednotku sa odporúča umiestniť tak, aby ventilátor nefúkal proti prevládajúcemu smeru vetra ani smerom k susedovi. Prvotným riešením znižovania hluku môže byť premiestnenie stroja, skúmanie nového umiestnenia, ktoré možno predpovedať výpočtami, počítačovým modelovaním.

Článok pokračuje — bude reč ešte o týchto