Schallschutz mit WDVS und Innendämmung

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1 Schallschutz mit WDVS und Innendämmung Prof. Dr. Philip Leistner, Dr. Lutz Weber Fraunhofer IBP

2 Ausgangssituation Wärmedämmsysteme werden (zusammen mit Fenstern, Dächern usw.) eingesetzt, um Energie zu sparen. Wärmedämmsysteme (zusammen mit Fenstern, Dächern usw.) werden aber auch eingesetzt, um die Schalldämmung gegenüber Außenlärm zu verbessern. Grundsätzlich bestehen Wechselwirkungen in Abhängigkeit von Bestand, Konstruktion, Materialität, Einbauten und dergleichen. Dämmsysteme können sich erheblich / hörbar auf die Schalldämmung auswirken. Je nach Ausführung kann sowohl eine Verbesserung als auch eine Verschlechterung des Schallschutzes eintreten. Wärmedämmverbund-Systeme (WDVS) und innenseitige Dämmsysteme sind gleichermaßen betroffen. Sowohl der Schalldurchgang von außen nach innen als auch die Schall-Längsleitung entlang der Außenwand werden beeinflusst. Fraunhofer IBP 2

3 Stand des Wissens Für den Einfluss von WDVS auf den Schalldurchgang durch massive Außenwände ist ein bewährtes Prognoseverfahren vorhanden. (Bericht B-BA 6/2002 des IBP im Auftrag des DIBt und des Fachverbandes WDVS) WDVS haben keinen Einfluss auf die Schall-Längsdämmung der Außenwand. (Bericht B-BA 4/2002 des IBP im Auftrag des BBSR) Ergänzung des Berechnungsverfahren für WDVS aus nachwachsenden Rohstoffen. (Bericht F 2898 des ift Rosenheim im Auftrag des BBSR) Für die Durchgangs- und die Längsdämmung von Wänden mit Vorsatzschalen existieren gleichfalls bewährte akustische Berechnungsverfahren (näherungsweise auch für den Spezialfall innenseitiger Dämmsysteme verwendbar). (Bericht B-BA 2/2008 des IBP im Auftrag des BBSR) Vielen Dank! Ergänzung des Berechnungsverfahrens für neuartige Bauweisen (WDVS auf HLZ- Wänden, doppellagige WDVS, etc). (Bericht B-BA 1/2014 des IBP im Auftrag des BBSR) Fraunhofer IBP 3

4 Offene Fragen Ein genaues akustisches Prognoseverfahren für Fassaden mit Innendämmung ist bislang nicht verfügbar, weder für Durchgangsdämmung noch für Längsdämmung. Die Entwicklung eines Verfahrens hat begonnen. (BBSR, Xella, Siniat, Rigips, Knauf) Auf Wänden in Holz- und Leichtbauweise verhalten sich WDVS akustisch völlig anders als auf Massivwänden. Bislang liegen hierzu kaum Erfahrungen vor. Forschungsantrag ist aber gestellt (BBSR). Verbesserung R [db] Gleiches WDVS auf einer Leichtbau- und einer Massivwand Vielen Dank! Ständerwand ( R w = 1,4 db) Betonwand ( R w = -3,4 db) Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 4

5 Schalldämm-Maß R Verhältnis von einfallender und durchgelassener Schallleistung (Pegel L w ) R = (Lw 1 Lw 2 ) db Bau-Schalldämm-Maß R' Empfangsraum Labor-Schalldämm-Maß R Senderaum Anforderungen als R' R' R Planung: Umrechnung von R in R' Fraunhofer IBP 5

6 Messung der Luftschalldämmung Labor-Beispiel: Fensterprüfstand (Verglasungen, Fenster, kleine Bauteile) L 1 L 2 S A S L1 L + 10 lg A R = 2 db Pegel im Senderaum Pegel im Empfangsraum Fläche des Prüfobjektes äquivalente Absorptionsfläche im Empfangsraum Fraunhofer IBP 6

7 Einzahlangaben Alle geltenden Schallschutzanforderungen beziehen sich auf Einzahlangaben, d.h. ein Geräusch- oder Dämmungsspektrum wird durch einen einzelnen Wert charakterisiert. Die Einzahlangabe für die Luftschalldämmung ist das bewertete Schalldämm-Maß R w 100 Pro / Contra Reduktion der Informationsfülle Vereinfachung der Berechnungen Vergleich mit Schallschutzanforderungen Schalldämm-M Maß [db] festgelegte Bezugskurve von 100 Hz und 3,15 khz verschobene Bezugskurve k k k Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 7

8 Spektrum-Anpassungswerte Bewertetes Schalldämm-Maß bei Außenbauteilen problematisch Eingeschränkter Frequenzbereich (100 bis 3150 Hz) klammert maßgebende Geräuschanteile aus Bezugskurve nicht auf Außengeräusche zugeschnitten Problembehandlung: z.b. durch Spektrum-Anpassungswert C tr, "tr" = traffic, 50 bis 5000 Hz Normalerweise gilt immer C tr, < 0 Für Außenbauteile bei Verkehrslärm ist statt R w die Summe (R w + C tr, ) heranzuziehen*. * Obgleich schon 1997 international genormt, werden Spektrum-Anpassungswerte bislang nicht berücksichtigt,weder in DIN 4109 noch in VDI Schallpegel [db(a)] Standardisiertes Verkehrslärmspektrum nach DIN EN DIN EN rosa Rauschen Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 8

9 Anwendungsbeispiel für C tr Beispiel: Außenwand in Massiv- und Leichtbauweise Holzkonstruktion, zweischalig Massivwand Massivbau Leichtbau R w R w + C tr, Schalldämm m-maß [db] Koinzidenz Doppelschalenresonanz Frequenz [Hz] Die Schallschutzwirkung leichter mehrschaliger Außenbauteile wird durch R w erheblich überschätzt Bei Fenstern liegt C tr, im Mittel bei etwa -7 db (Wertebereich -3 bis -11 db) Bei Verkehrslärm sollte daher stets R w + C tr, herangezogen werden Fraunhofer IBP 9

10 Zusammengesetzte Bauteile Außenwände mit Mauerwerk, Fenstern, Türen, Rolladenkästen, Lüftungsöffnungen, Resultierendes Schalldämm-Maß R w, res R w,res 1 n = 10 lg Sn 10 Sges i= 1 Rw,i / 10 db db Fraunhofer IBP 10

11 Beispiel: Wand mit Fenster Die resultierende Schalldämmung kann nicht höher als das höchste Einzel-Schalldämm-Maß und nicht niedriger als das geringste Einzel- Schalldämm-Maß sein. Meist bestimmen die Fenster die resultierende Schalldämmung. Rw,res [db] R45 w,wand db = 45 db R50 w,wand db = 50 db R55 w,wand db = 55 db Fenster Der bauakustische Einfluss von Dämmsystemen bei Wänden mit größeren Fensterflächen ist daher praktisch meist nur gering. 30 R w,fenster = Wand 35 db Fensterflächenanteil [%] Fraunhofer IBP 11

12 Anforderungen Gültigkeit für das resultierende Schalldämm-Maß der Außenfläche R' w,res Abhängigkeit vom maßgeblichen Außenlärmpegel vor der Fassade Anforderungen für Wohnräume 60 [db] erf. R'w,res Außenlärmpegel [db(a)] Die Anforderungen sind so ausgelegt, dass unabhängig vom Außenlärm ein Innenpegel von ca. 30 db(a) nicht überschritten wird Oberhalb von 80 db(a): Festlegung der Anforderungen nach den örtlichen Gegebenheiten Fraunhofer IBP 12

13 Maßgeblicher Außenlärmpegel Mittlerer Lärmpegel, der tagsüber (06.00 Uhr Uhr) auf die Fassade einwirkt. Rechnerische oder messtechnische Ermittlung, bei mehreren Lärmquellen und - arten Zusammenfassung der einzelnen Anteile (Achtung: Spitzenwerte) Lärmkarten nach EU-Umgebungslärmrichtlinie lassen sich NICHT ohne weiteres nutzen: EU-Lärmindex nicht identisch mit dem maßgeblichen Außenlärmpegel Nur eine Lärmart pro Karte Manche Straßen (noch) nicht berücksichtigt Fraunhofer IBP 13

14 Außen- und Innendämmung Außen- und Innendämmung Schalldämmung und Schall-Längsdämmung Außendämmung Innendämmung Schalldämmung in beiden Fällen analog. Schall-Längsdämmung der Außenwand nur bei Innendämmung. Fraunhofer IBP 14

15 Aufbau und Wirkprinzip Außendämmung Innenputz o.ä. Grundwand Klebemörtel Dämmstoff (ggf. Dübel) Außenputz Innendämmung Innenputz o.ä. Dämmstoff Ständerwerk (ggf. freistehend) Grundwand Außenputz Auch als Verbundsystem ohne Ständer Fraunhofer IBP 15

16 Aufbau und Wirkprinzip Resonanzfrequenz f π E d m vs m vs flächenbezogene Masse von Putz oder Beplankung E Elastizitätsmodul des Dämmstoffs d Dämmstoffdicke Vorsatzschalen mit Luftfeder Resonanz zfrequenz f 0 [Hz] m'' VS = 10 kg/m 2 20 m'' VS = 20 kg/m 2 30 m'' VS = 30 kg/m 2 50 m'' VS = 50 kg/m 2 üblicher Wertebereich 30 Hz f 0 90 Hz Verbundsysteme 60 Hz f Hz Schalenabstand d [cm] Fraunhofer IBP 16

17 Aufbau und Wirkprinzip Kennzeichnende Größe: Verbesserung R der Schalldämm-Maßes R = R GW + VS R GW R GW + VS R GW Schalldämm-Maß der Wand mit Vorsatzschale Schalldämm-Maß der Wand R w = R w GW + VS R w GW Typisches Verhalten: Verschlechterung im Resonanzbereich Verbesserung oberhalb der Resonanz Schalldämm- -Maß R [db] mit WDVS, R w = 58 db ohne WDVS, R w = 54 db R w = 4 db Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 17

18 Aufbau und Wirkprinzip Weitere Einflussfaktoren: Schalldämm-Maß der Grundwand je geringer R GW, desto höher R Dübel, Ständerwerk Verringerung von R Dämmstoff Steife Dämmstoffe sind akustisch neutral. Bewertung mittels R w + C tr Deutlich geringere Verbesserungsmaße Fraunhofer IBP 18

19 Berechnungsmodell für WDVS R w = R w,s - K D - K K - K T - K S mit R w,s = Verbesserung unter Standardbedingungen (unverdübelt, 40 % Klebefläche, Grundwand mit R w,o = 53 db), K D = Korrektur zur Berücksichtigung von Dübeln, K K = Korrektur zur Berücksichtigung der Klebefläche, K T = Korrektur für die Schalldämmung der Grundwand; K S = Korrektur zur Berücksichtigung des Strömungswiderstandes bei Mineralfaser-Dämmstoffen. Bei typischem Verkehrslärm bewirken Dämmsysteme keine merkliche Verbesserung des Schallschutzes. In ungünstigen Fällen kann sich die Schalldämmung um bis zu 10 db verschlechtern. Fraunhofer IBP 19

20 Statistik Auswertung von Messungen an 130 Systemen (Außenwände mit WDVS) Statistischer R w (R w +C tr, ) Kennwert [db] [db] Mittelwert 3,3-2,6 Standardabw. 6,6 2,2 Minimum -8,0-7,0 Maximum 19,0 3,0 Ve erbesserung [db] R Rw w (R Rw+Ctr w + C tr, ) 31, Resonanzfrequenz f R [Hz] Fraunhofer IBP 20

21 Neue Erkenntnisse: Berechnungsmodell für (R w + C tr, ) Neues Berechnungsmodell mit ähnlicher Struktur wie beim Verfahren zur Bestimmung von R w Gerechnet wird ohne Dübel. Sind Dübel vorhanden, erfolgt eine nachträgliche Umrechnung. Mess. - Re ech. [db] 10 5 Berechnungsgenauigkeit 0 ähnlich wie bei R w EEPS EPS MFP MFL (R w + C tr, ) 31, Resonanzfrequenz f R [Hz] Fraunhofer IBP 21

22 Neue Erkenntnisse: WDVS mit erhöhter Dämmstoffdicke Das vorhandene Berechnungsverfahren für WDVS ist ohne Änderungen für Dämmstoffdicken bis ca. 400 mm einsetzbar. Verbes sserung R [db] d = 100 mm, mm, -3,4 R db w = -3,4 db 200 d = 200 mm, mm, -0,1 R db w = -0,1 db 300 d = 300 mm, mm, 0,9 db R w = 0,9 db 400 d = 400 mm, mm, 1,1 db R w = 1,1 db Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 22

23 Neue Erkenntnisse: WDVS auf Hochlochziegel-Wänden 80 Trotz des unterschiedlichen Verlaufs der Schalldämmkurve lässt sich das für WDVS auf Vollsteinwänden vorhandene Modell auch auf HLZ- Wände übertragen. Schalldä ämm-maß R [db] ohne WDVS, R w = 45,8 db mit WDVS, R w = 45,5 db Steinbreite 365 mm Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 23

24 Neue Erkenntnisse: Zweilagige WDVS 1 d x = mm 300 mm, R w = 0,9 db m" W s' 1 m" P1 s' 2 m" P d = mm mm+ 200 mm, R w = -3,9 db modifiziertes Modell (verändertes akustisches Verhalten). Näherung: Betrachtung eines fiktiven Systems ohne Putzschicht des inneren WDVS. Behandlung mit Normalverfahren Abzug eines Korrekturwertes, 4 db bei R w und 2 db bei (R w + C tr, ). Verbesserung R [db] Frequenz [Hz] Fraunhofer IBP 24

25 Neue Projekte: Innendämmung Problembeispiel: Längs-Schalldämmung mit / ohne Innendämmung Norm-Flankensc challpegeldifferenz D n,f [db] ohne Innendämmung, R w = 55 db mit Innendämmung, R w = 50 db Frequenz [Hz] Quelle: ITA Wiesbaden Fraunhofer IBP 25

26 Neue Projekte: Innendämmung Messungen repräsentative Auswahl unterschiedlicher Innendämmsysteme Nachbildung einer typischen Bausituation aus dem Altbaubereich im Prüfstand Modellierung Entwicklung akustischer Prognosemodelle (Grundlage: WDVS, Vorsatzschalen) Anpassung der Modelle an die Messdaten, Ermittlung der Berechnungsgenauigkeit Beschränkung R w, zusätzliche Berücksichtigung von C tr, Dd Df Ff Fd Df Außenwand Außenwand Fraunhofer IBP 26

27 Berechnungsmodell für Vorsatzschalen Ansatz für Innendämmung Schalldämmung IBP-Modell in DIN (Entwurf) Verb besserung Rw [db] R40, w,wand neu = 40 db R60, w,wand neu = 60 db Resonanzfrequenz f 0 [Hz] R w hängt (nur) von der Resonanzfrequenz der Vorsatzschale f 0 und vom bewerteten Schalldämm-Maß der Wand R w,wand ab. Je geringer die Schalldämmung der Wand, desto besser wirkt die Vorsatzschale. Fraunhofer IBP 27

28 Berechnungsmodell für Vorsatzschalen Ansatz für Innendämmung Schall-Längsdämmung Direkter Bezug zur Schalldämmung R w,d R = R + 1,5 R + K 10 lg ( w,l w,d w,d ij + S s l ij )db R w,d K ij S S l ij Verbesserung in Durchgangsrichtung Stoßstellendämmung Trennwandfläche Länge der Stoßstelle (= Raumhöhe) K ij Erhöhung der Schall-Längsdämmung R w,l = 1,5 R w,d R w,d Innendämmung in beiden Räumen Innendämmung in einem Raum Einflüsse und Effekte bleiben unverändert. Fraunhofer IBP 28

29 Neue Projekte Einfluss von Einbauten (z.b. Lüftung) auf den Schallschutz mit Innendämmung Fraunhofer IBP 29

30 Neue Projekte BAUPHYSIK URBANER OBERFLÄCHEN Horizontale und vertikale Oberflächen, Materialen und (Stadt-) Bauteile Passive, aktive und adaptive Systeme Hohe Effizienz, funktionale Erweiterung, Verknüpfung mit Gebäudesubstanz zum Beispiel: Absorption und Bindung von Emissionen (Staub, Lärm, Abgase) durch Fassaden mit Wärmedämmverbund-Systemen Fraunhofer IBP 30

31 Vielen Dank. Guten Appetit. Fraunhofer IBP 31