Schallsimulation: Weniger Lärm im Kraftwerk

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Das Team der Abteilung Akustik von Siemens Power and Gas beschäftigt sich mit Schall, Erschütterungs- und Arbeitsschutz. Seine Aufgabe ist es unter anderem, für einen möglichst niedrigen Geräuschpegel zu sorgen. So simuliert die Abteilung beispielsweise, wie sich der Schall in einem Kraftwerk ausbreitet – um potentielle Lärmquellen bereits vor dem Bau zu identifizieren und zu verändern.

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Das Team der Abteilung Akustik von Siemens Power and Gas beschäftigt sich mit Schall, Erschütterungs- und Arbeitsschutz. Seine Aufgabe ist es unter anderem, für einen möglichst niedrigen Geräuschpegel zu sorgen. So simuliert die Abteilung beispielsweise, wie sich der Schall in einem Kraftwerk ausbreitet – um potentielle Lärmquellen bereits vor dem Bau zu identifizieren und zu verändern.

Das Rascheln von Blättern im leichten Wind – eigentlich ein schönes Geräusch, eines, das man nicht als Lärm empfindet. Wenn jedoch ein Kraftwerk denselben Schallpegel, etwa 35 Dezibel, erzeugt, empfindet der Mensch das anders. In der Siemens-Division Power and Gas arbeitet ein eigenes Akustikerteam daran, diesen „Lärm“ eines Kraftwerks möglichst gering zu halten.

Das Ziel der Experten: Die Schallquellen einer Anlage bereits vor dem Bau so lange zu modifizieren, bis sie nur noch ein Minimum an Geräuschen emittieren. Erst dann wird gebaut. Das durch Simulation gewonnene Wissen über schallreduzierende Maßnahmen hat seit der Gründung der Abteilung im Jahr 1987 schon mehrere Kraftwerke zu „Flüsterern“ gemacht.

Schallwellen als Wolken 

Die Arbeit von Holger Ennes und seinem Team in Erlangen passiert also zunächst am Bildschirm. Neben dem Geräuschpegel in Kraftwerken reduzieren die Experten auch denjenigen in Stromübertragungsstationen. Auf ihren Computern erscheint ein dreidimensionales Modell des Geländes, auf dem die Stromübertragungsstation errichtet werden soll. Dann wird die Station virtuell modelliert und untersucht. Kein einfaches Unterfangen: Eine Anlage dieser Art kann bis zu vier Fußballfelder groß sein. Der Schall erscheint in der raumakustischen Simulation der Konverterhallen als farbiges, wolkenähnliches Gebilde, das veranschaulicht, in welchem Maß der Lärm innerhalb einer Halle entwickelt. Zunächst wird die Schallverteilung innerhalb der Stationshalle betrachtet. Dabei werden verschiedenste Parameter berücksichtigt. Für die weitere akustische Simulation ist es wichtig zu wissen: Wo steht die Station – Berg oder Tal, in einem Ort oder mitten im Grünen? Wie ist sie aufgebaut? Wie groß ist die Halle? In einem ersten Schritt wird der Geräuschpegel in der Halle mit Hilfe der Raumakustik-Software und anhand von Daten aus Vergleichsmessungen ermittelt. 

Der Lärm soll den Raum möglichst gar nicht verlassen

Wenn das Akustikteam errechnet hat, wie hoch der Lärmpegel innerhalb der Stromübertragungsstation sein wird, simuliert es die Schallausbreitung außerhalb der Station: „Hier ein Baum, dort ein Strauch, ein Weg, ein Haus, eine Straße und eine Brücke – jedes Umgebungsdetail findet sich in der virtuellen Simulation wieder. Dabei berücksichtigen wir auch Variablen wie beispielsweise geometrische Ausbreitung, Windcharaktere, Luftabsorption, Bodenabsorption, Temperatur und Hindernisse“, erläutert Ennes die 3D-Darstellung auf seinem Bildschirm.

Die berechneten Daten der Schallausbreitung werden dann mit den gesetzlich vorgegeben Schallgrenzwerten und den Anforderungen des Kunden abgeglichen. Liegt der errechnete Wert darüber oder lässt sich die Geräuschkulisse noch weiter als vom Kunden ursprünglich gewünscht minimieren, machen Ennes und sein Team Vorschläge, welche Änderungen an der Konstruktion der Anlage zur Schallreduktion führen würden. Mal sind es dickere oder dünnere Außenwände, mal „Einhausungen“ für Komponenten im Freien, beispielsweise Schallhauben für Transformatoren oder Pumpen, oder auch Schallschutzwände.

Begeistert erklärt Ennes: „Nicht nur Schallschutz in Kraftwerken und Stromübertragungsstationen an Land beschäftigen unser Akustikteam aus Erlangen, sondern auch Schallschutz bei Offshore-Stationen in der Nordsee. Denn wenn ein Offshore-Windpark gebaut wird, dann werden Stahlpfähle für das Fundament in den Meeresboden gerammt. An diesen Rammstellen entsteht Lärm, der durch das Medium Wasser viermal schneller übertragen wird als durch das Medium Luft. Dieser Lärm darf ein Limit nicht überschreiten.“ Meeressäugetiere könnten sonst durch den sehr hohen Schallpegel Schaden nehmen. Auch hier kommen verschiedene schallreduzierende Maßnahmen entsprechend den gesetzlichen Regelungen zum Einsatz. Das Beispiel zeigt: Für Ennes Team gibt es noch viel zu tun. 

Bild oben: Berg oder Tal: Während der Simulation werden viele Parameter berücksichtigt – auch bei dieser Konverteranlage.

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