Akustische Maßnahmen für thermoaktive Deckensysteme

Gebäude sind heutzutage möglichst energieeffizient zu planen und auszuführen. Dank der heutigen guten Dämmeigenschaften der Gebäudehülle inklusive der Verglasung und dank der inneren Lasten u.a. aus den elektrischen Gerätschaften bedarf es zum Heizen nur noch einer geringen Energie. Deutlich höher ist der Energiebedarf für die Kühlung. Es geht somit sowohl um das Heizen als auch das Kühlen der Räume. Entsprechende Systeme müssen somit energieeffizient sein aber auch die beiden Funktionen zum Heizen als auch Kühlen übernehmen.

Thermoaktive Bauteilsysteme sind in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen. Die tragenden Bauteile wie Decke, Wand und Boden übernehmen dank der im Querschnitt eingebetteten wasserführenden Rohrleitungen ergänzend die Funktion, über deren großen Oberflächen Wärmeenergie an den Raum abzugeben, oder umgekehrt, Energie dem Raum zu entziehen. Diese Systeme haben den weiteren großen Vorteil, dank der großen zur Verfügung stehenden Oberflächen mit geringen Vorlauftemperaturen (VL ≈ 17°C zum Kühlen bzw. ≈32°C zum Heizen) auszukommen.  Somit eignen sich bereits Niedrigtemperatursysteme wie z.B. die Wärmepumpensysteme vorzüglich für die Einspeisung mit niedrigen Temperaturen.

Von allen den Raum umgebenden Flächen eignet sich die Decke nahezu idealerweise für die Übertragung der Energie. Im Gegensatz zu den anderen Flächen wird die Energieübertragung an der Oberfläche der Decke weder durch Möbel abgedeckt, noch durch Putze bzw. Beläge reduziert. Die gesamte Oberfläche steht frei zu Verfügung. Weiterhin eignet sich die Decke mit ihrer Anordnung im Raum sowohl zum Heizen (über Strahlungswärme) als auch zum Kühlen (Abführen der aufsteigenden Wärme).

So optimal die freie und glatte Deckenoberfläche sich für die Energieübertragung eignet, um so nachteiliger wirkt sie sich auf die akustischen Eigenschaften des Raumes aus. An den glatten Oberflächen wird der Schall nicht gebrochen bzw. reduziert, sondern nur in voller Größe reflektiert.

In einem Beitrag der FAZ vom 02.10.2009 mit dem Titel „Die Planung von Bürogebäuden wird komplexer“ wird u.a. festgestellt: „So schlage sich beispielsweise eine umweltschonende Bauteilaktivierung negativ auf die akustischen Werte nieder. Hier bedarf es ganzheitlicher Lösungsansätze zur Vermeidung dieses Problems“.

Beide Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen, gestaltet sich in der Tat nicht so einfach. Zur Reduktion des Schalls braucht es weiche bzw. poröse Materialen oder entsprechende großformatige Hohlräume z.B. in Form von abgehängten Decken, die jedoch die Wirksamkeit der thermoaktiven Elemente maßgeblich einschränken. Denn weiche bzw. poröse Materialien sind ebenso wie Hohlräume mit stehender Luft schlechte Wärmeleiter, wodurch die Übertragung der Energie in diesen Bereichen reduziert oder gänzlich verhindert wird.

Es geht bei einer Lösung der akustischen Probleme in Verbindung mit einer effizienten Klimatisierung über thermoaktive Bauteile darum, ganz spezielle Absorber einzusetzen, die nur eine geringe Belegungsfläche brauchen, und zugleich dazu beitragen, die Energie effizient aus und in die massive Betondecke einleiten.

Für diese Aufgabe kommt idealerweise die Technik der Streifenabsorber zum Einsatz. Im Vergleich zu den großformatigen Plattenabsorbern übernehmen mehrere schmale Streifenabsorber, in regelmäßigem gegenseitigem Abstand angeordnet die gleiche Funktion. Bereits eine Belegung von ca. 15 bis 20% der gesamten Fläche mit den Streifenabsorbern reduziert den Schall bis zu 75% je nach zugehöriger Frequenz. Von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit der Bauteilaktivierung unter Berücksichtigung der eingebauten Absorber ist deren materialgerechte den Bedürfnissen der Wärmeleitung angepasste Ausbildung.

Es gab und gibt verschiedene klägliche Versuche, Streifenabsorber aus porösem Material direkt in den unteren Bereich der Betondecke einzubauen, mit dem Ergebnis, dass die Effektivität der Energieübertragung um bis zu 25% reduziert wird. Nur die von Innogration angebotene und patentierte Systemlösung garantiert die gleichzeitige Schallreduktion ohne die Einbuße der Leistungsübertragung der Energie aus und in die Decke in den angeschlossenen Raum.

Für die Lösung bieten sich schmale Absorber an, die in ebenso schmale und kleinformatige Aussparungen an der Deckenunterseite eingesetzt werden.

Speziell für diesen Zweck entwickelte Schalungskörper ermöglichen eine präzise und scharfkantige Ausführung der Aussparung. Die wasserführenden Rohrleitungen liegen stets in unmittelbarer Nähe zu den Aussparungen gemeinsam auf einer Ebene in geringem Abstand zum Deckenrand. Erst zu einem späteren Zeitpunkt in der Ausbauphase werden dann die aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Absorber in die Aussparungen eingesetzt. Die vorgängig bereits mit dem Schalkörper für die Aussparung eingebauten Haltebleche weisen eine hohe Präzision auf, so dass die Absorber nach der Montage bündig mit der Deckenunterkante liegen. Dank der hohen Präzision von Schalung, Halteblech und Absorber können die Toleranzen miniert werden.

Der Vorteil der aus Metall geformten Absorber liegt nun darin, in der schmalen Aussparung seitlich mit dem energieübertragenden Beton in Verbindung zu stehen. Obwohl die Aussparung mit einem weichen, porösen schallabsorbierenden Material befüllt ist, wird auf diesem kurzen Wege die Energie über die mit dem Beton in Verbindung stehenden seitlichen Flanken des metallischen Absorbers an dessen Oberfläche geleitet. Derart wird die mit weichem, porösem Material gefüllte Aussparung überbrückt, und die Energieübertragung kurzgeschlossen.  Folglich wird die Energieleistung nicht reduziert und die gesamte Oberfläche der Decke inklusive der Flächen für die Absorber steht für die Ab- und Übergabe der Leistung zur vollen Verfügung.

Selbstverständlich lassen sich die Streifenabsorber auch in vorgefertigte Betonwände einbauen, insbesondere dann, wenn die Decke für diese Maßnahmen nicht zur Verfügung steht. Das kann z.B. bei einem Glasdach im Dachgeschoß der Fall sein.

Die Anforderungen an die Genauigkeit der Lage der Aussparung, der Rohrleitungen und der erforderlichen Bewehrung lässt sich nur mit einer industrialisierten Werksfertigung sicherstellen. Auf großformatigen Schaltischen mit glatter Oberfläche aus Metall werden die maßgenauen Platten inklusive der formstabilen Aussparungen für die Absorber und die abgestimmte Lage der wasserführenden Rohrleitungen gefertigt. Die exakte Planung der Lage der Platten und der zugehörigen Absorbern ermöglicht dank der präzisen Werkfertigung eine einfache Montage vor Ort. Die Tragfunktion der Platten wird ergänzt mit den thermoaktiven Eigenschaften zum Kühlen/Heizen und der Fähigkeit, die Schallwellen im Raum wirksam zu absorpieren. Die in ihrer Oberfläche gelochten Absorberelemente werden mit dem entsprechenden Farbton versehen, und nachträglich in die Aussparungen eingesetzt. Die in regelmässigem Raster angeordneten Streifen ergeben gemeinsam mit den Beleuchtungselementen ein gleichmässiges Deckenbild.

Die Wirkung der vorgeschlagenen Absorber wurde vom Fraunhofer Institut für Bauphysik in Stuttgart in deren Hallraum für mehrere Konstellationen quantifiziert. Der über die Frequenzen aufgetragene Schalabsorptionsgrad dient als Grundlage für die Bemessung möglicher raumakustischer Maßnahmen, in Verbindung mit einer thermoaktiven Decke.

Die mittlerweile in verschiedenen Projekten eingesetzte Kombination von thermoaktiver Decke mit integrierten streifenförmigen Akustikabsorbern wurde im eingebauten Zustand an einzelnen Objekten und Räumen auch vom Fraunhofer Institut für Bauphysik in Stuttgart vermessen. Dabei wurde die Nachhallzeit für den jeweiligen Raum ermittelt. In Abhängigkeit von den Gegebenheiten des Raums wurden entsprechende Nachhallzeiten ermittelt. In der Regel kann man davon ausgehen, dass sich für unmöblierte Räume eine mittlere Nachhallzeit von ca. 0.60 bis 0.80 sec. ergibt.

Die Erfahrung zeigt jedoch, dass mit einer üblichen Möblierung die mittlere Nachhallzeit der mit dem Absorbersystem von Innogration ausgestatteten Räume Werte von ca. 0,5 sec annimmt. Außer Acht lassen darf man jedoch nicht, dass die Decke selbst nur eine der Stellschrauben zur Erreichung eines optimierten Nachhallwertes darstellt. Bereits weitere kleinere Maßnahmen in Form von Stellwänden, Schirmen und Regalen tragen entscheidend dazu bei, das bereits gute Ergebnis mit den Streifenabsorbern noch zu verbessern, um dann schlussendlich ein Spitzenergebnis zu erzielen.

Die Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander und deren Integration in einem Fertigteil führt wahrlich zu einer gesamtheitlichen Lösung. Denn die volle Wirkung der umweltschonenden Bauteilaktivierung ist gewährleistet ohne sich negativ auf die akustischen Werte niederzuschlagen. Höchster Komfort sowohl für das Raumklima als auch ein optimales Sprachverständnis ist damit gewährleistet.

Damit wird die klassische Bauteilaktivierung mit der notwendigen glatten Deckenoberfläche in Ihrem Anwendungsbereich ergänzt und erweitert durch die integrierten Schallabsorber. Dank der speziell gewählten Systemintegration der Absorber wird die Leistung der Bauteilaktivierung nicht reduziert.