Schallschutz von WDVS und Innendämmsystemen

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1 Schallschutz von WDVS und Innendämmsystemen Fachsymposium Dämmstoffe Neue Erkenntnisse und Messmethoden Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP), Stuttgart, 11. Oktober 211 L. Weber Auf Wissen bauen Fraunhofer IBP Problemstellung Dämmsysteme verbessern nicht nur die Wärmeisolation von Außenwänden, sondern beeinflussen auch die Schallübertragung Bei der Planung von Dämmsystemen ist die Akustik meist nur Randthema. Nach Ansicht vieler Planer ist der Einfluss auf den baulichen Schallschutz nur gering. Dieses Vorurteil ist zumindest teilweise richtig: Es sind zwar keine wesentlichen Verbesserungen, wohl aber merkliche Verschlechterungen der Schalldämmung möglich. Leider unterlaufen selbst Fachleuten bei der akustischen Planung von Dämmsystemen häufig Fehler. Im Folgenden werden daher die wichtigsten Regeln für die praktische Anwendung erläutert. Fraunhofer IBP 2

2 Anwendungsfälle 1) Außen- und Innendämmung 2) Schallübertragung in Durchgangs- und in Längsrichtung In der akustischen Praxis gilt: Außenliegende Dämmsysteme haben keinen Einfluss auf die Schall-Längsleitung Bei der Schallübertragung in Durchgangsrichtung sind Innen- und Außendämmung äquivalent Die vier Anwendungsfälle lassen sich auf zwei Themen reduzieren: a) Schalldämmung der Außenwand in Durchgangsrichtung (Betrachtung erfolgt für innen- und außenliegende Dämmsysteme analog) b) Schall-Längsdämmung der Außenwand bei Bauten mit Innendämmung Fraunhofer IBP 3 Typischer Aufbau von Dämmsystemen Außendämmung (WDVS) Dübel (optional) Grundwand Dämmung Klebemörtel Außenputz Innendämmung a) Grundwand b) Ständerwerk c) Absorptionsmaterial d) Vorsatzschale e) Klebemörtel a b c d e Dämmsystem mit Lattung Verbundsystem freistehende Vorsatzschale Fraunhofer IBP 4

3 Dämmsysteme als akustische Vorsatzschale Akustisches Funktionsprinzip (Beispiel WDVS) Masse-Feder-Masse System Grundwand mit flächenbez. Masse m'' W Dämmung mit dyn. Steifigkeit s' Außenputz mit flächenbez. Masse m'' P m" W s' m" P Resonanzfrequenz als wichtigster akustischer Parameter f 1 2 π s' m' ' P für m'' P << m'' W Luftspalt der Breite d mit lose eingestelltem Absorptionsmaterial:,11 MN / m s' d 2 Fraunhofer IBP 5 Resonanzfrequenz von Vorsatzschalen Vorsatzschalen mit Luftfeder 3 Hz f 9 Hz abhängig von Schalenabstand und flächenbezogener Masse der Vorsatzschale Resonanzfrequenz f [Hz] m'' VS = 1 kg/m 2 2 m'' VS = 2 kg/m 2 3 m'' VS = 3 kg/m 2 5 m'' VS = 5 kg/m 2 üblicher Wertebereich Verbundsysteme Schalenabstand d [cm] 6 Hz f 7 Hz abhängig von Dicke d und Elastizitätsmodul E der Dämmschicht (s' = E/d) Fraunhofer IBP 6

4 Grundlagen: Schalldämmung Schalldämm-Maß auftreffende Schall-Leistung durchgelassene Schall-Leistung Verminderung der Schallleistung um den Faktor 1 entspricht R = 3 db P e P d Schalldämm-Maß: Pe R = 1 lg db P d Längs- und Durchgangsdämmung Im Prinzip gleichartig definiert, abgesehen davon, dass unterschiedliche Übertragungswege betrachtet werden Senderaum Fd Ff Dd Df Empfangsraum 1 Weg Dd Durchgangsdämmung 4 Wege Ff 4 Wege Fd Längsdämmung 4 Wege Df 13 Übertragungswege insgesamt Fraunhofer IBP 7 Grundlagen: Schalldämmung mit Flankenwegen Schalldämm-Maß mit Flankenübertragung R' Die resultierende Schalldämmung zwischen angrenzenden Räumen lässt sich durch energetische Summation der einzelnen Übertragungswege berechnen: R' = 1 lg 1 i,j R ij /1 db db i,j = Dd, 4 x Df, 4 x Fd und 4 x Ff Die Summation kann sowohl terzweise als auch näherungsweise mit den bewerteten Schalldämm-Maßen R w,ij erfolgen Fraunhofer IBP 8

5 Grundlagen: Verbesserung der Schalldämmung Da Dämmsysteme keine eigenständigen Bauteile sind, ist die Angabe eines Schalldämm-Maßes hier nicht sinnvoll. Stattdessen gibt man die Verbesserung der Schalldämmung ΔR an: ΔR = R GW+VS R GW R GW+VS = Schalldämm-Maß der Grundwand mit Vorsatzschale R GW = Schalldämm-Maß der unverkleideten Grundwand In gleicher Weise wird die Verbesserung für Einzahlangaben (z. B. bewertetes Schalldämm-Maß R w ) gebildet: Schalldämm-Maß R [db] ΔR w = R w,gw+vs R w,gw ohne WDVS, R w = 54 db ΔR W = 4 db mit WDVS, R w = 58 db ΔR = R GW+VS - R GW Fraunhofer IBP 9 Frequenzverlauf der Verbesserung Die Verbesserung der Schalldämmung durch Vorsatzschalen folgt im Normalfall einem typischen Frequenzverlauf: Verbesserung ΔR [db] m'' GW ΔR ~ 4 lg(f) s' m'' VS f Bereich f << f 1 Bereich f f 2 Bereich f f f K 3 Bereich f > f K 4 f K Vier charakteristische Bereiche: f<< f f f f f f K f > f K f ΔR = (akustisch neutral) Resonanzbereich, ΔR < ΔR >, Anstieg theor. mit 12 db/oktave ΔR = konst. (Sättigung oder leichte Abnahme) = Resonanzfrequenz f K = Knickfrequenz Es gibt immer sowohl Frequenzbereiche mit verbesserter als auch mit verschlechterter Schalldämmung Wie sich dies auf den Schallschutz auswirkt, hängt vom Einzelfall ab (insbesondere vom Anregungsspektrum der einwirkenden Geräusche) Fraunhofer IBP 1

6 Einflussgrößen für die Verbesserung Die akustischen Eigenschaften von Vorsatzschalen hängen vor allem von folgenden Einflussgrößen ab: Resonanzfrequenz Befestigung der Vorsatzschale an der Grundwand (bei starrer Befestigung - z. B. durch eine Lattung - ist die akustische Wirkung um etwa die Hälfte geringer) innere Dämpfung der Dämmschicht Einfluss der Grundwand Die Grundwand hat keinen direkten akustischen Einfluss auf die Vorsatzschale, d. h. die Verbesserung ΔR ist bei allen Wänden gleich ACHTUNG: Dies trifft nur auf die Terzwerte zu. Die Verbesserung des bewerteten Schalldämm-Maßes ΔR w hängt in starkem Maße von der Grundwand ab. Fraunhofer IBP 11 Beispiel für den Einfluss der Grundwand auf ΔR w Modellrechnung am Beispiel von idealisierten Bauteilen: ΔR db] Addition einer eines WDVS Vorsatzschale mit f R = 125 mit f Hz = 125 Hz leichte Wand (m'' = 1 kg/m 2 ): ΔR w = 8 db schwere Wand (m'' = 4 kg/m 2 ): ΔR w = 2 db Schalldämm-Maß [db] leichte 1 ohne WDVS Wand, R w = 39 db schwere 2 ohne WDVS Wand, R w = 58 db Wände ohne ohne Vorsatzschale WDVS leichte 1 mit WDVS Wand, R w = 47 db schwere 2 mit WDVS Wand, R w = 6 db Wände mit mit Vorsatzschale WDVS Fraunhofer IBP 12

7 Berechnung von ΔR w Berechnungsmodell für die Verbesserung des bewerteten Schalldämm-Maßes durch freistehende Vorsatzschalen (DIN EN mit Korrekturen IBP) f [Hz] ΔR w [db] 3 (45 - R w,gw /2) 3-16 (74,4-2 lg (f ) - R w,gw /2) > 16-5 Verbesserung ΔRw [db] R3 w,gw = 3 db R5 w,gw = 4 db R6 w,gw = 5 db R4 w,gw = 6 db Resonanzfrequenz f [Hz] Anwendung des Modells nur bei Massivwänden Im maßgeblichen Bereich von f 63 Hz wächst ΔR w mit sinkender Resonanzfrequenz an Je geringer die Schalldämmung der Grundwand, desto höher die Verbesserung Für f 2 Hz verschwindet der Einfluss der Grundwand Fraunhofer IBP 13 Grundlagen: Einzahlangaben Bewertetes Schalldämm-Maß R w Obgleich R w nach DIN 419 bei allen Arten von Bauteilen anzuwenden ist, ist es für Außenwände nicht geeignet. Die Gründe hierfür sind: R w ist für Innengeräusche konzipiert (Nachbildung durch A-bew. rosa Rauschen) Bei der Berechnung von R w bleiben die Frequenzen unter 1 Hz unberücksichtigt. Übliche Außengeräusche (Verkehrslärm) enthalten haben hier jedoch pegelbestimmende Anteile. rosa Rauschen Spektrum für zur Ctr Berechnung von C Spektrum-Anpassungswert C tr tr, Zur Behebung der akustischen Probleme bei Außenbauteilen durch DIN EN ISO international eingeführt (leider noch nicht in DIN 419 übernommen) Berechnung von C tr,5-5 auf Grundlage des standardisierten Verkehrslärmspektrums nach DIN EN Die Summe R w + C tr,5-5 beschreibt die Schallschutzwirkung gegenüber Außenlärm korrekt Schallpegel [db(a)] Fraunhofer IBP 14

8 Vergleich von ΔR w und Δ(R w + C tr,5-5 ) - Beispiel Beispiel: Massivwand (m'' 36 kg/m 2 ) mit WDVS, Resonanzfrequenz f 63 Hz) Schalldämm-Maß R [db] ohne WDVS, R w = 54 db mit WDVS, R w = 73 db ΔR = R GW+VS - R GW Schalldämm- ohne mit Verbes- Maß [db] WDVS WDVS serung R w R w + C tr, Die Verbesserung Δ(R w + C tr,5-5 ) ist meist deutlich kleiner als ΔR w Dies gilt insbesondere für Dämmsysteme mit niedriger Resonanzfrequenz Fraunhofer IBP 15 Vergleich von ΔR w und Δ(R w + C tr,5-5 ) - Statistik Vergleich der Verbesserungen ΔR w und Δ(R w + C tr,5-5 ). Auswertung von Messungen an 13 verschiedenen Außenwänden mit WDVS. Verbesserung [db] ΔR Rw w Δ(R Rw+Ctr w + C tr,5-5) 31, Resonanzfrequenz f R [Hz] Statistik: Statistischer ΔR w Δ(R w +C tr,5-5 ) Kennwert [db] [db] Mittelwert 3,3-2,6 Standardabw. 6,6 2,2 Minimum -8, -7, Maximum 19, 3, Bezogen auf übliche Außengeräusche (Verkehrslärm) bewirken WDVS keine merkliche Verbesserung des Schallschutzes. Dies gilt in gleicher Weise auch für innenliegende Dämmsysteme. In ungünstigen Fällen kann sich die Schalldämmung der Wand um bis zu etwa 1 db verschlechtern Fraunhofer IBP 16

9 Einfluss von Fenstern auf die Schalldämmung Resultierende Schalldämmung einer Wand mit Fenster: Fensterfläche S F Fläche Mauerwerk S M R res = 1 lg S M 1 + S F RM db R db [ SM1 SF1 ] 1 F 1 + db Rw,res [db] R45 w,wand db = 45 db R5 w,wand db = 5 db R55 w,wand db = 55 db R6 w,wand db = 6 db R w,fenster = 35 db Fensterflächenanteil [%] Die Schalldämmung von Wänden mit Fenstern wird im Normalfall durch die Fenster bestimmt Da sich der akustische Einfluss von Dämmsystemen auf das Mauerwerk beschränkt, ist er für die resultierende Schalldämmung von untergeordneter Bedeutung Hinweis: Fenster weisen bei Verkehrslärmanregung gleichfalls eine verminderte Schalldämmung auf (C tr, 5-5 = ca. -5 bis -1 db) Fraunhofer IBP 17 Grundlagen: Schall-Längsdämmung Die Längsdämmung R L von Außenwänden ist unmittelbar mit der Durchgangsdämmung R D verknüpft: RL = RD + 1,5 ΔRD + Kij + 1 lg ( Ss lij )db K ij ΔR D K ij S S l ij Verbesserung in Durchgangsrichtung Stoßstellendämmung Trennwandfläche Länge der Stoßstelle (= Raumhöhe) Für die Verbessurung der Schall-Längsdämmung durch ein innenliegendes Dämmsystem ergibt sich daraus: ΔR L = 1,5 ΔR D Innendämmung in beiden Räumen ΔR D nur einer der Räume gedämmt Innenliegende Dämmsysteme können das bewertete Schall-Längsdämmung-Maß der Außenwand um bis zu ca. 15 db verschlechtern (bei hoher Resonanzfrequenz) Da nur ein Teil der Übertragungswege betroffen ist, fällt die Verschlechterung der resultierenden Schalldämmung geringer aus Fraunhofer IBP 18

10 Resultierende Schalldämmung bei innenliegenden Systemen Von den 13 Übertragungswegen zwischen angrenzenden Räumen sind 3 Wege durch die Innendämmung akustisch betroffen: betroffene Übertragungswege: 1 Weg Ff 1 Weg Df 1 Weg Fd Modellrechnung für typische Bausituation: Raumabmessungen L x B x H = 4, m x 3, m x 2,5 m Wohnungstrennwand: m'' = 38 kg/m 2, R w = 57,5 db Innenwand: m'' = 3 kg/m 2, R w = 54,3 db Boden und Decke: 16 mm Stahlbeton, schwimmender Estrich Außenwand: m'' = 15 kg/m 2, R w = 45, db Rechnung für Innendämmung mit ΔR w = - 1 db liefert: ohne Dämmung: R' w = 53 db mit Dämmung: R' w = 43 db Bei falscher Auslegung können innenliegende Dämmsysteme das resultierende Schalldämm-Maß zwischen angrenzenden Räumen um bis zu 1 db verschlechtern Fraunhofer IBP 19 Zusammenfassung, Teil 1 Schallübertragung von außen nach innen (Durchgangsdämmung) In üblichen Wohnsituationen (Verkehr als maßgebende Außenlärmquelle) beeinflussen Dämmsysteme die Schallschutzwirkung von Außenwänden nur unwesentlich Dies gilt sowohl für außen- als auch für innenliegende Systeme Die Ursachen für die geringe akustische Wirkung sind: Die Schalldämmung von Außenwänden wird meist durch die Fenster bestimmt Wegen der starken Geräuschanteile bei tiefen Frequenzen ist die akustische Wirkung der Systeme bei Verkehrslärm weit geringer als bei Wohngeräuschen Hinweis: Zur korrekten akustischen Beurteilung von Außenbauteilen benötigt man den Spektrum-Anpassungswert C tr,5-5, der in DIN 419 bislang nicht enthalten ist Tipp: Fragen Sie die Hersteller der Dämmsysteme nach Angaben zur Verbesserung Δ(R w + C tr,5-5 ), die die tatsächliche akustische Wirkung repräsentiert Fraunhofer IBP 2

11 Zusammenfassung, Teil 2 Schall-Längsleitung über die Außenwand Außenliegende Dämmsysteme (WDVS) haben keinen Einfluss auf die Schall- Längsdämmung von Außenwänden Bei Innendämmungen kann sowohl eine Verbesserung als auch eine Verschlechterung der Längsdämmung erfolgen Maßgebender Parameter für die akustische Wirkung von Innendämmungen ist die Resonanzfrequenz f : Für f 2 Hz verschlechtert sich die Längsdämmung Für f < 2 Hz tritt eine Verbesserung ein Besonders große Verbesserungen werden bei leichten Außenwänden mit niedriger Schalldämmung erreicht Warnung: Die Längsdämmung der Außenwand beeinflusst die resultierende Schalldämmung R' w zwischen angrenzenden Räumen Unter ungünstigen Bedingungen (f 4 Hz) kann sich R' w um bis zu etwa 1 db verschlechtern Um Schallschutzmängel bei Innendämmungen zu vermeiden, darf die Dämmschicht daher nicht zu steif sein (Richtwert s' 1 MN/m 3 ) Fraunhofer IBP 21