Aktiver Schallschutz. Pilotanlage Forschungszentrum CPW Nestlé

Transkript

1 Matthias Schmid Dipl. Ing. FH/MSc, Bauphysik Prona AG Umwelt, Sicherheit 2500 Biel, Schweiz Aktiver Schallschutz Pilotanlage Forschungszentrum CPW Nestlé 1

2 2

3 Aktiver Schallschutz Einführung Der Begriff Schallschutz steht für alle Maßnahmen der Lärmminderung von Schallerzeugung und Schallausbreitung. Das Ziel dabei ist, dass die Gesundheit von Menschen und Tieren gewährleistet wird. Die Massnahmen zielen vor allem auf den Schutz vor Umgebungslärm (Fluglärm, Straßenverkehrslärm, Schienenverkehrslärm, Gewerbelärm), Sportlärm, Freizeitlärm und Ruhestörung. Lärmschutz ist ein wichtiger Bestandteil des Arbeits- und Umweltschutzes. So sind den auch Arbeitgeber aufgefordert gewisse Richtlinien zum Wohle der Arbeitnehmer zu respektieren. Zu den Massnahmen zählen die passiven wie auch die aktiven Möglichkeiten. Pilotanlage CPW (Cereal Partners Worldwide) Das neue Forschungszentrum der Firma CPW (ein Joint-Venture von Nestlé und General Mills) ist ein gutes Beispiel einer modularen Konstruktion. Auf einer Fläche von m 2 ist diese im Erdgeschoss als grosses Volumen ohne Säulen und Zwischenwände konzipiert und kostete 47 Millionen Franken. Die Tragkonstruktion aus Stahl überspannt 40 m. Abbildung 1: CPW Innovation Centre Building Orbe, Switzerland Das Forschungszentrum wird es ermöglichen, neue Zubereitungsmöglichkeiten, auf Basis von Getreideprodukten, zu entwickeln. Laut dem CEO von General Mills, Ken Powell, bieten gerade neue Formen für Frühstückszubereitungen künftig ein grosses Potential. Wörtlich sagte der CEO: «Ein Frühstück zusammengesetzt aus Getreide ist voll Versprechen». Bis heute bestünden nur gerade sechs entwickelte Märkte für Frühstück aus Getreide. USA, Kanada, Grossbritannien, Irland, Australien und Neuseeland. CPW führt bis heute weltweit 14 Fabriken und Forschungszentren. 3

4 Referatstitel Anforderungen Ziel ist es, im Produktionsteil des Forschungszentrums die Lärmbelastung am Arbeitsplatz zu reduzieren. Dazu gibt es unzählige Möglichkeiten. Jedoch nicht jede dieser Massnahme macht auch Sinn für die vorliegende Situation. Folgende übergeordnete Kriterien wurden vorgegeben und haben einen entscheidenden Einfluss auf die Art und Weise einer geeigneten Massnahme: Die Einrichtungen müssen einfach demontierbar sein. Die Einrichtungen müssen einfach gereinigt werden können. Die Einrichtungen dürfen das Arbeiten an den Maschinen nicht behindern. Abbildung 2: Cereal extrusion machine, Produktionsmaschine wie sie in Orbe zur Anwendung kommt Gemäss ersten Absprachen sollte die geeignete Schallschutz-Massnahme eine Verbesserung von mindestens 8 db bringen. Falls eine Massnahme nicht genügen sollte, so wäre eine Kombination unterschiedlicher Massnahmen möglich. Situation Für die Beurteilung der Immissionen an den Maschinen wurde der A-bewertete Schalldruckpegel Leq an unterschiedlichen Arbeitsplätzen an den Maschinen gemessen. Dies erfolgte in einer Höhe ab Boden von ca. 1,2 Meter und in einer Distanz zur Emissionsquelle von 1 bzw. 2 Meter. Die Schalldruckpegel-Messungen erfolgten direkt an den laufenden Maschinen (siehe Abbildung) bei einer Dauer von jeweils 10 bis 20 Sekunden. Extruder A Standort A.1 / 2 B.1 / 2 C.1 / 2 D.1 / 2 E.1 / 2 F.1 Extruder B Extruder C Energie-äquivalenter Schalldruckpegel L(A)eq [db] 92.1 / / / / / / / / / / / / / / / Tabelle 1: Schalldruckpegel-Messungen an unterschiedlichen Maschinen 4

5 Die gemessenen Schallpegel deuten darauf hin, dass die empfohlenen Pegel gemäss Schweizer Arbeitsgesetz (ArG) überschritten werden und entsprechende Massnahmen erfordern. Tätigkeitsbezogene Richtwerte gemäss Wegleitung zu Verordnung 3: Die Richtwerte umfassen sämtliche auf den Arbeitsplatz einwirkenden Lärmimmissionen, mit Ausnahme der eigenen Kommunikation (Gespräche mit anderen Personen, Telefonklingeln, akustische Signale, usw.) Normalanforderung: Richtwerte, die in der Regel im überwiegenden Teil der Anwendungsfälle einzuhalten sind. Erhöhte Anforderung: Richtwerte für Lärmminderungsziele. Gleichzeitig sind sie als Richtwerte bei erhöhten Ansprüchen an die Arbeitsleistung, die Arbeitsqualität und bei besonderer Konzentration usw. zu betrachten. Erreicht oder überschreitet der auf einen Arbeitstag von 8 Stunden berechnete Lärmexpositionspegel LEX 85 db(a), so ist eine Beurteilung der Gehörgefährdung vorzunehmen, und es sind die notwendigen Massnahmen zu treffen: Impulsartiger Schall Überschreitet der Schalldruckspitzenpegel LPeak 135 db(c), so ist eine Beurteilung der Gehörgefährdung basierend auf dem über eine Stunde aufsummierten Schallexpositionspegel LE in db(a) vorzunehmen, und es sind die notwendigen Massnahmen zu treffen: Massnahmen zum Schutz des Gehörs Nachfolgend sind die einzelnen Massnahmen aufgelistet, die aufgrund der Lärmbelastung am Arbeitsplatz zu treffen sind. Massnahmen M1: Möglichkeiten zur Lärmbekämpfung gemäss Checkliste SUVA erfassen Information der Arbeitnehmenden über Gefährdung des Gehörs durch Lärm und über Auswirkungen eines Gehörschadens 5

6 Instruktion der Arbeitnehmenden über notwendige Schutzmassnahmen und deren Anwendung kostenlose Abgabe von geeigneten Gehörschutzmitteln Tragen von Gehörschutzmitteln bei lärmigen Arbeiten empfehlen keine Beschäftigung von schwangeren Mitarbeiterinnen mit dieser Tätigkeit (Mutterschutzverordnung) Massnahmen M2, zusätzlich zu M1: Massnahmen zur Lärmbekämpfung treffen Kennzeichnen von Arbeitsplätzen, Geräten und Lärmbereichen mit dem Zeichen "Gehörschutz obligatorisch" Tragen von Gehörschutzmitteln bei lärmigen Arbeiten durchsetzen Frequenzanalyse Um die Wirkungsweise der einzelnen Massnahmen besser abstimmen zu können, wurden zu den Schallpegelmessungen auch Frequenzanalysen vorgenommen. Diagramm 1: Schallpegelverlauf Extruder Maschine A Die spektrale Verteilung zeigt dabei auf, dass der Lärm über die ganze Bandbreite, doch vor allem um den Bereich von 300 Hz bedeutend ist. Diese Frequenzen sind auch über das Ohr wahrnehmbar und sind auf typische Geräusche von Elektromotoren und Vibrationen zurückzuführen. Diagramm 2: Frequenzspektrum Extruder Maschine A 6

7 Aktiver Schallschutz Als aktiven Schallschutz bezeichnet man lärmbekämpfende Massnahmen, welche direkt an der Schallerzeugung erfolgen. Die Idee der aktiven Schallreduzierung (active noise reduction - ANR) besteht in der gezielten Überlagerung primärer und sekundärer Schallwellen, um durch destruktive Interferenz eine Auslöschung des störenden Primärschalls zu erreichen. Die totale gegenseitige Aufhebung der Schallwellen (in der Abbildung dargestellt als schwarze Linie) gibt es allerdings nur in der Theorie. Abbildung 3: Prinzip der aktiven Schallreduzierung Sie wurde erstmals 1933 patentiert und stellt heute ein gutes Mittel zur Unterstützung und Ergänzung passiver Massnahmen dar. Abbildung 4: Prinzip-Schema eines aktiven Breitband-Dämpfers in einer Lüftungsanlage Heute haben diese Systeme vor allem in folgenden Bereichen 1 Verbreitung gefunden: zur Dämpfung der Hintergrundgeräusche bei Kopfhörern zur Dämmung von Flugzeugtriebwerken zur Minderung des Schallpegels in Flugzeugen zur Veränderung des Klangs von Automotoren zur Minderung des tieffrequenten Brummens von Netztransformatoren in Umspannstationen zur Verbesserung der Schalldämmung bei Fenstern zur Schaffung von Zonen der Ruhe in Großraumbüros, zur Bekämpfung hoher Schallpegel bei Druckmaschinen zur Reduktion der Geräusche von Windrädern zur Reduktion der Lärmbelastung in Kernspintomographen 1 Zusammenstellung aus Stichwort Antischall 7

8 Auswirkungen der Massnahmen Die Auswirkungen des aktiven Schallschutzes in der Pilotanlage des CPW in Orbe lassen sich nicht abschliessend beurteilen. Das System ist bis heute leider noch nicht zum Einsatz gekommen. Ersten Berechnungen und Abschätzungen zur Folge soll die Massnahme über den gesamten Frequenzverlauf jedoch eine Verbesserung von 3 db bringen. Bei einer optimalen Wirkung erreicht man durchaus eine Verbesserung von 8 bis 10 db. Folgende Grundvoraussetzungen sind dabei für den Einsatz eines aktiven Schallschutzsystems zu berücksichtigen: 1. tiefe Lärmfrequenzen 2. eingegrenzter und geschützter Bereich 3. gute Lärmprognose 4. genaueres Design auf bestimmte Frequenzbereiche 5. keine Sichtbehinderung 6. geringe Bauvolumina 7. geringere Verschmutzungsempfindlichkeit Nicht alle dieser Voraussetzungen sind im vorhandenen Umfeld gegeben. So sind die geforderten Zielwerte von 8 db nur mit weiteren Massnahmen zu erreichen. Man entschied sich dabei den bereits eingesetzten konventionellen Gehörschutz durch Kopfhörer mit ANR- Technologie zu ersetzen. Die Summendämpfung aus aktiver und passiver Lärmkompensation geschlossener Kopfhörer liegt bei etwa 30 db über den gesamten Audiobereich. Offene Systeme reduzieren die Lärmbelastung im Bereich von 400 bis 1000 Hz um 10 db. Schlussfolgerung Aktiver Schallschutz und deren Anwendung geeigneter Systeme sind für den baulichen Schallschutz grundsätzlich anwendbar. Gewisse Grundvoraussetzungen (1. bis 7. siehe oben) sind jedoch nötig, um die maximale Wirkung des Systems zu erzielen. Werden die gesetzten Zielwerte nicht erreicht, so können aktive Schallschutzmassnahmen sehr gut mit Passiven ergänzt bzw. kombiniert werden. Eine Grundvoraussetzung bildet aber die genaue Abbildung des Lärms und dessen Frequenzgang. Erst aus diesen Daten kann ermittelt werden, welche spezifischen Frequenzen kompensiert werden können und wie gross die zu erwartende Lärmreduktion sein wird. Im Fall Pilotanlage CPW in Orbe zeigte sich, dass gerade bei anspruchvoller Umgebung wie Hygiene und Flexibilität die Anwendung eines aktiven Schallschutzsystem durchaus geeignet und einfach integrierbar ist. 8

9 Literaturhinweise Normen und Richtlinien 1 SIA 181: 2006, Schallschutz im Hochbau 2 SUVA: d , Akustische Grenz- und Richtwerte 3 SUVA: d , Checkliste, Lärm am Arbeitsplatz Literatur und Artikel 4 LUEG P. (1933), Verfahren zur Dämpfung von Schallschwingungen. Deutsches Reichspatent Nr.: KLETSCHKOWSKI T. et al. (2006), Aktive Schallreduktion mit elektrostatischen Flachlautsprechern 6 SENNHEISER, Hör-/Sprechgarnituren für die Luftfahrt mit aktiver Lärmkompensation NoiseGard 7 BERGER E. H. (2002), Active Noise Reduction (ANR) in Hearing Protection: Does it Make Sense for Industrial Applications? 8 JAKOB André (2005), Antischall-Fenster in Theorie und (Labor)-Praxis Internet 9 Technologie für aktive Schallschutzsysteme 10 Beratung und Durchführung von Active Noise and Vibration Control-Projekten 11 Informationen zum Thema Lärm 12 Abteilung Akustik 9