EP3785256A1 - Schallabsorbierendes aussenbauteil einer fassade eines gebäudes - Google Patents

Schallabsorbierendes aussenbauteil einer fassade eines gebäudes

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EP3785256A1
EP3785256A1 EP19720828.3A EP19720828A EP3785256A1 EP 3785256 A1 EP3785256 A1 EP 3785256A1 EP 19720828 A EP19720828 A EP 19720828A EP 3785256 A1 EP3785256 A1 EP 3785256A1
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EP
European Patent Office
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sound
chamber
perforated sheet
exterior component
absorbing
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EP19720828.3A
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EP3785256B1 (de
EP3785256C0 (de
Inventor
Philip Leistner
Mark KOEHLER
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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    • E04B1/8209—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to sound only sound absorbing devices
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    • G10K11/162—Selection of materials
    • G10K11/168—Plural layers of different materials, e.g. sandwiches

Definitions

  • the application relates to a sound-absorbing exterior component of a facade of buildings for sound absorption of sound waves arriving from urban space on the component (external noise).
  • Noise protection walls are only partially usable in sometimes cramped conditions, eg in the streets of built-up areas, or they remain almost ineffective.
  • Horizontal surfaces such as roads and sidewalks are subject to high mechanical and weathering stress, so that further, even acoustic functions can be integrated only to a limited extent.
  • a very large "urban area" with hitherto neglected acoustic potential represent facades of buildings and other vertical surfaces of transport and infrastructure structures Designing the acoustic functionality of building facades is but so far mostly considered only with an acoustic purpose and in one direction:
  • Facade surface used and designed to improve the interior acoustics by using sound absorbers to reduce the reverberation time in the room.
  • Numerous solutions or sound absorbers are proposed for this, all the way to transparent ones
  • Microperforated surface elements are sufficient to absorb sound in front of glass surfaces on the room side.
  • Noise barriers are known, offer known options, quite high To achieve sound absorption levels. With approx. 50 mm thick layers of optimized open-porous materials, this is feasible, even with different coatings and covers for protection or design purposes. Sound absorbers based on resonance systems are hardly used alone since they do not fulfill the broadband absorption spectrum that is usually specified. However, in combination with porous materials, resonance-type absorbers can improve broadbandness.
  • the challenge is to enable sound to enter the facade with additional sound-absorbing components.
  • Another challenge lies from the acoustic point of view in the adjustment or optimization bid.
  • the sound absorption spectrum must as far as possible correspond to the noise spectrum and the highest possible sound absorption effect is achieved for the sound incidence angle range applicable in urban areas. For example, it should be noted where and in what spatial context sound propagates and how it alters its spectral composition.
  • a dense or perforated membrane Space behind the perforated cover is a dense or perforated membrane arranged. Behind the membrane is a ribbed or continuous air space, which is closed at the back of the plate by the plate back wall.
  • Object of this invention is therefore a sound-absorbing exterior component with building physics and architectural integrated sound absorption capacity
  • the sound-absorbing outer component which serves for sound absorption of the external noise.
  • the sound-absorbing outer component is designed such that all protective functions (for example, wind and rain, heat and humidity u.v.a.m.) and the architectural
  • Proposed is a sound-absorbing exterior part of a facade of a
  • a perforated sheet (4) e.g. made of metal, glass, wood, plastics and other composite materials,
  • Another sheet (6) for example, from textile, film or membrane-like materials or corresponding composites thereof, with a specific
  • To the further fabric (6) includes a porous layer (7), for example of open-porous fibrous, foamed, non-woven or hauftechniksporigen materials, with a length-related flow resistance between 5,000 and 50,000 Pa s / m 2 at.
  • a porous layer (7) for example of open-porous fibrous, foamed, non-woven or hauftechniksporigen materials, with a length-related flow resistance between 5,000 and 50,000 Pa s / m 2 at.
  • the sound-absorbing outer component comprises two acoustically independently effective, but coordinated systems, which are located between an inner space (1) or its outer wall (2) and the outer space (3). That the
  • Exterior space that is, as a rule, the urban space, facing system sets
  • Plohlraumresonanzsystem which contains a perforated sheet (4) on the outer space (3) facing the outside and a chamber located behind it (5) in the manner of an air layer or air spring.
  • a perforated sheet (4) on the outer space (3) facing the outside and a chamber located behind it (5) in the manner of an air layer or air spring.
  • the system already has a sound absorption that depends on the design parameters of the perforated
  • the sound absorption coefficient of this resonance system can not have the high and broadband characteristics, eg of the order of magnitude of highly absorbent noise barriers (eg according to the Additional Technical Terms of Contract and Guidelines for the construction of noise barriers on roads, ZTV-Lsw06), as required for a significant noise reduction effect ,
  • a on the perforated sheet (4) facing away from the chamber (5) befindliches is another Fabric (6) with exactly matching features required, followed by a porous layer (7) connects.
  • the desired broadband sound absorption is achieved by an interaction of the perforated and the further sheet and the porous layer and the chamber.
  • specific, acoustically relevant parameters of the components involved are necessary for this.
  • impedance model has to be considered. It is true that the acoustic impedance at the surface of the ventilated ventilated component determines the reflection factor, which in turn leads to the degree of sound absorption.
  • the appropriate acoustic adjustment and adjustment of the parameters of the individual components of the ventilated curtain wall is carried out by means of impedance
  • the perforated sheet (4) acts as a protection against weather and mechanical stress from the outside. It is therefore made of durable and stable materials.
  • the chamber (5) serves the through- or rear ventilation, in order to ensure desiccation of the porous layer (7), which in turn serves the thermal insulation of the building.
  • the other fabric (6) must be open to diffusion and have a high resistance to water and air entry. These functions must be fulfilled to meet standardized requirements. That is, the optimization task in terms of sound absorption receives further dimensions in the form of other building physics parameters. This complexity makes it difficult to consistently determine suitable acoustic parameters of the components of the ventilated ventilated component. These are in the sense of an architectural and constructive scope of action value ranges or adaptation possibilities of the acoustic parameters desirable to the acoustic effect of the curtain ventilated component with little effort and externally barely recognizable
  • the hole area fraction is the quotient of perforated area and total area and can theoretically be between 0 (closed) and almost 1 (almost completely open).
  • a perforated surface portion of perforated sheets for sound absorbers already from about 0.01, such as in micro-perforated sound absorbers - possible, but it can also reach high levels, e.g. in wire mesh or
  • the class W1 is met in the passage of water, if a material withstood two hours of a 200 mm water column, while sufficient to meet the class W2, if in such a water column of 200 mm, the amount of water passed is less than 100 ml / m 2 is.
  • the material definition of the porous layer (7) by means of the length-related flow resistance in this case. It is, as already stated, acoustically a significant factor in sound absorption. As a result of the required high thermal insulation, this layer is usually much thicker than acoustic is necessary, the specific flow resistance is not suitable here.
  • the length-related flow resistance of the porous layer (7) is between 5,000 and 50,000 Pa s / m 2 . This range of values allows in close coordination with the specific flow resistance of the other fabric (6) the use of different insulation materials, eg for weight or cost reasons. With these characteristics described so far, it is possible to design a sound-absorbing exterior component for buildings that arrives from the urban space on the component
  • the chamber used for ventilation is essential for a facade, but not required for a noise barrier or attached to a tunnel wall sound-absorbing device.
  • the serving for ventilation chamber (5) is preferably vertically as unhindered flow through. In this case, no lateral boundaries are required. Basically, only for mechanical attachment of the perforated sheet (4) fasteners on the remainder of the façade, which should be designed so as not to interfere with the function of the ventilation.
  • the perforated sheet (4) contains on its side facing the chamber (5) a layer (8) which is a few millimeters thick, e.g. from textile, film or membrane-like materials or corresponding composites thereof whose specific flow resistance, divided by the area of the perforated surface of the perforated sheet (4), has a value between 300 and 500 Pa s / m.
  • the thin layer (8) is usually not more than 5 mm thick. The person skilled in the art can determine a suitable value on the basis of the information described here.
  • a number of acoustic design variants concern the perforated sheet (4).
  • thin layer (8) on the chamber (5) side facing the perforated sheet (4) control the sound absorption.
  • the thin layer can be applied for example by coating, gluing or clothing.
  • Layer should, divided by the hole surface portion of the perforated sheet (4), have a value between 300 and 500 Pa s / m.
  • an additional perforated sheet is located on the side of the thin layer (8) facing the chamber (5).
  • the thin layer can be protected from mechanical stress.
  • the openings of the perforated sheet (4) have a flush filling with porous material (9).
  • perforated elements always have a plurality of openings, since the perforations are also considered as openings. If the openings, as in the present embodiment, are flush-filled with porous material, the external appearance of a flat, closed surface results. The acoustic effect is comparable to that of the thin layer (8).
  • the perforated sheet (4) is inclined outwardly from the vertical.
  • a low inclination is sufficient.
  • the perforated sheet from the bottom coming outwards, ie away from the building be inclined.
  • a non-perforated sheet may lead back towards the building.
  • the openings of the perforated sheet (4) have an oblique orientation downwards.
  • the openings of the perforated sheet (4) have an oblique orientation downwards.
  • the chamber (5) has vertical sound absorbing strips (10) for damping the cavity. As a rule, these should be arranged in such a way that the rear ventilation is not impeded or as little as possible obstructed.
  • in the chamber (5) are devices for
  • Air cleaning (1 1) including fans and filters. With such facilities, the ventilation can be improved. In addition, under certain circumstances, from the Outdoor space, mostly polluted urban space, air sucked and cleaned.
  • the porous layer (7) is at least one
  • vapor diffusion open release layer (12) e.g. from textile, film or membrane-like materials or corresponding composites thereof, divided into at least two layers with different properties.
  • the two layers can be formed of different materials. This can make it easier to meet all acoustic and other building physics requirements.
  • the separating layer (12) usually has a high resistance to air passage and water passage, so meets the above classes W1 and W2. A high resistance against air passage can be regarded as fulfilled, if the
  • Fig. 1 Exemplary embodiment of the curtain ventilated according to the invention
  • Fig. 4 Exemplary embodiment of the component according to the invention with a
  • FIG. 5 Exemplary embodiment of the component according to the invention with a
  • Fig. 6 Exemplary embodiment of the component according to the invention with obliquely downward-oriented openings of the perforated sheet 4
  • FIG. 7 Exemplary embodiment of the device according to the invention with vertical
  • FIG. 1 shows an interior 1 of a building, which is separated from the exterior 3 by a wall 2. On the outside space 3 borders the perforated
  • FIG. 1 aeration serving chamber 5, to which a further perforated layer 6 connects. This is followed by a porous layer 7, which adjoins the wall 2 of the building.
  • FIGS. 2 to 9 only the differences to FIG. 1 are mentioned.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 in that a thin layer 8 is attached to the perforated layer 4 on the side facing the chamber 5.
  • the thin layer 8 is also protected by a perforated layer on the side facing the chamber.
  • the openings of the perforated sheet 4 are filled with porous material 9 flush.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the perforated sheet 4 is inclined from the vertical outwards, that is to say from below, away from the building.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the openings of the perforated sheet lead obliquely downwards.
  • FIG. 7 shows vertical sound-absorbing strips 10 in the chamber 5.
  • a device 1 1 for air purification is shown in the chamber 5, which has fans and filters.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the porous layer 7 is subdivided into two layers having different properties by a separating layer 12 which is open to water vapor diffusion and has high resistance to the passage of air and water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Außenbauteil einer Fassade eines Gebäudes, das folgende Merkmale aufweist: - auf der dem Gebäude abgewandten Seite ein perforiertes Flächengebilde (4), - eine zur Hinterlüftung dienende Kammer (5) auf der dem Gebäude zugewandten Seite des perforierten Flächengebildes (4),, - an der dem perforierten Flächengebilde (4) abgewandten Seite der Kammer (5) befindet sich ein weiteres Flächengebilde (6) mit einem spezifischen Strömungswiderstand kleiner als 4.000 Pa s/m - an das weitere Flächengebilde (6) schließt eine poröse Schicht (7) mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand zwischen 5.000 und 50.000 Pa s/m2 an.

Description

Patentanmeldung:
Schallabsorbierendes Außenbauteil einer Fassade eines Gebäudes
Anmelderin:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Technisches Gebiet
Die Anmeldung betrifft ein Schallabsorbierendes Außenbauteil einer Fassade von Gebäuden zur Schallabsorption von aus dem urbanen Raum auf das Bauteil eintreffenden Schallwellen (Außenlärm).
Stand der Technik Allgegenwärtiger Lärm unterschiedlicher Quellen stellt eine hohe Belastung in urbanen Bereichen von Städten dar. Er kann gesundheitliche Schäden verursachen, die
Kommunikation behindern und allgemein die Aufenthaltsqualität reduzieren. Neben Maßnahmen zur Lärmminderung an den Schallquellen sind Überlegungen gefragt, die auf dem Ausbreitungsweg im urbanen Gebiet mit all seinen schallreflektierenden Oberflächen die Schallwellen beeinflussen. Spezielle Schallschutzbauwerke wie
Lärmschutzwände sind in den mitunter beengten Verhältnissen, z.B. in Straßen von bebauten Gebieten, nur teilweise einsetzbar oder bleiben fast wirkungslos. Horizontale Flächen wie Straßen und Gehwege unterliegen einer hohen mechanischen und Witterungsbeanspruchung, so dass sich weitere, auch akustische Funktionen nur eingeschränkt integrieren lassen. Eine sehr große„Stadtfläche" mit bislang vernachlässigtem Akustikpotential stellen jedoch z.B. Fassaden von Gebäuden und andere vertikale Oberflächen von Verkehrs- und Infrastrukturbauwerken dar. Die Gestaltung der akustischen Funktionalität von Gebäudefassaden wird aber bislang meist nur mit einem akustischen Zweck und in einer Richtung betrachtet: Die
Schalldämmwirkung von außen nach innen. Mitunter wird die Innenseite der
Fassadenfläche benutzt und gestaltet, um die Innenraumakustik zu verbessern, indem mit Schallabsorbern die Nachhallzeit im Raum reduziert wird. Dafür werden zahlreiche Lösungen bzw. Schallabsorber vorgeschlagen, die bis hin zu transparenten
mikroperforierten Flächenelementen reichen, um auch vor Glasflächen raumseitig Schall zu absorbieren.
Die umgekehrte Blickrichtung, also die Funktionalisierung und Wirkung von Fassaden auf den urbanen Raum ist derzeit noch ungewohnt, obwohl Parallelen und Synergieeffekte zur Innenraumakustik durch den Einklang der Merkmale offenkundig bestehen. Im urbanen Kontext sind die meisten Fassaden, trotz großer Vielfalt an Ausführungsformen, durch ihr schallreflektierendes Verhalten gekennzeichnet. Nicht nur in ausgeprägten Straßenschluchten verstärken diese harten Oberflächen alle Schallereignisse in unmittelbarer Nähe der Quellen und tragen sie zugleich weit in das urbane Umfeld. Eine Reduzierung von Schallenergie ermöglicht die Absorption oder Dissipation von
Schallwellen, wenn sie auf entsprechende Oberflächen treffen. Diese Wirkung auf das urbane Umfeld kann berechnet und bewertet werden. Die aktuellen
Berechnungsmöglichkeiten sind dafür zwar noch nicht in allen Belangen ausgestattet, liefern aber dennoch erste Anhaltspunkte für die positive akustische Wirkung von schallabsorbierenden Gebäudefassaden und vergleichbaren Oberflächen.
Materialien, Schichten und Strukturen, wie sie z.B. von schallabsorbierenden
Lärmschutzwänden bekannt sind, bieten an sich bekannte Möglichkeiten, durchaus hohe Schallabsorptionsgrade zu erreichen. Mit ca. 50 mm dicken Schichten aus optimierten offenporösen Stoffen ist dies machbar, auch mit unterschiedlichen Beschichtungen und Abdeckungen zu Schutz- oder Gestaltungszwecken. Schallabsorber auf der Basis von Resonanzsystemen kommen kaum allein zum Einsatz, da sie das meist festgelegte breitbandige Absorptionsspektrum nicht erfüllen. In Kombination mit porösen Stoffen können resonanzartige Absorber die Breitbandigkeit jedoch verbessern.
Vor diesem Hintergrund sind die Möglichkeiten zu betrachten, Gebäudefassaden schallabsorbierend auszustatten. Theoretisch ließen sich auf zahlreichen
Fassadensystemen schallabsorbierende Zusatzschichten platzieren. Dagegen sprechen jedoch Kosten, oftmals ungelöste Befestigungsfragen, architektonische bzw. ästhetische Ansprüche sowie bauphysikalische Risiken, z. B. bezüglich des Wärmeschutzes oder der dauerhaften Resistenz gegenüber hygrothermischen Beanspruchungen, Bewuchs und Verschmutzung. Praktisch enthalten manche Gebäudefassaden Materialien, die bei auch akustisch richtiger Auswahl Schall absorbieren könnten, ohne die sonstigen
hygrothermischen Funktionen zu beeinträchtigen. Eine damit verbundene
Herausforderung besteht in der Ermöglichung des Schalleintritts in die Fassade mit zusätzlichen schallabsorbierenden Bestandteilen. Eine weitere Herausforderung liegt aus akustischer Sicht im Anpassungs- oder Optimierungsgebot. Das
Schallabsorptionsspektrum muss möglichst dem Lärmspektrum entsprechen und die möglichst hohe Schallabsorptionswirkung wird für den im urbanen Raum zutreffenden Schalleinfallswinkelbereich erreicht. Hierbei ist z.B. zu beachten, wo und in welchem räumlichen Zusammenhang sich Schall ausbreitet und wie er dabei seine spektrale Zusammensetzung verändert. Der Lärm direkt an einer Hauptstraße ist, durch verschiedene Verkehrslärmquellen verursacht, breitbandig. In einer verbundenen Nebenstraße verändert sich das Spektrum z.B. durch Beugungseffekte an
Gebäudekanten und dergleichen. Je nach Lage und Konstellation stellt sich also die Aufgabe nach der einfachen, wirksamen und zugleich sowohl konstruktiv als auch wirtschaftlich angepassten Ausgestaltung der schallabsorbierenden Wirksamkeit, z.B. ohne das äußere Erscheinungsbild deutlich verändern zu müssen.
Aus der DE 295 12 787 U 1 ist eine Lärmschutzeinrichtung, insbesondere für
Straßenränder und Untertunnelungen, bekannt. Dazu kann eine Vielzahl von Bauteilen, welche Resonatoren aufweisen, zu einer lärmschluckenden Anordnung kombiniert werden. Dabei sind verschiedene Resonatoren vorhanden, die auf verschiedene
Frequenzbereiche ansprechen. Somit ist eine breitbandige Dämpfung möglich.
Aus der DE 1 712 145 U ist ein plattenförmiges Bauelement zur Verkleidung von Wänden und Decken bekannt, an dessen Außenseite eine den Schallfluss nicht oder nur wenig beeinflussende durchbrochene Abdeckung vorhanden ist. Mit einem
Zwischenraum hinter der durchbrochenen Abdeckung ist eine dichte oder mit Löchern versehene Membran angeordnet. Hinter der Membran befindet sich ein durch Rippen unterteilter oder durchgehender Luftraum, der an der Rückseite der Platte durch die Plattenrückwand abgeschlossen ist.
Aus DB NETZE, Freigabe TM: 4-201 5-101 1 5 I.NPF 2, vom 4.2.201 5 ist eine
Schallschutzeinrichtung bekannt, die auf der der Schallquelle zugewandten Seite, das ist bei der beschriebenen Anwendung die Schienenseite, ein Aluminium-Streckmetall mit einem Lochflächenanteil von etwa 60% oder ein Aluminiumlochblech mit einem
Lochflächenanteil von etwa 40% aufweist. Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 1 695 391 U, aus der DE 10 201 1 055 009 A1 und aus der JP H03-25108 A bekannt.
Aufgabe dieser Erfindung ist daher ein schallabsorbierendes Außenbauteil mit bauphysikalisch und architektonisch integriertem Schallabsorptionsvermögen
bereitzustellen, das sich spektral auf die jeweilige Lärmsituation anpassen lässt.
Lösungsweg
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird ein schallabsorbierendes Außenbauteil, welches zur Schallabsorption des Außenlärms dient, vorgeschlagen. Dabei ist das schallabsorbierende Außenbauteil derart ausgestaltet, dass alle Schutzfunktionen (z.B. Wind und Regen, Wärme und Feuchte u.v.a.m.) sowie die architektonischen
Gestaltungsmöglichkeiten dauerhaft erhalten bleiben.
Zunächst soll die allgemeine Lösung und verschiedene Ausgestaltungen dargelegt werden.
Vorgeschlagen wird ein Schallabsorbierendes Außenbauteil einer Fassade eines
Gebäudes, das folgende Merkmale aufweist:
- auf der dem Gebäude abgewandten Seite ist ein perforiertes Flächengebilde (4), z.B. aus Metall, Glas, Holz, Kunststoffen und anderen Verbundmaterialien, angeordnet,
- eine zur Hinterlüftung dienende Kammer (5) auf der dem Gebäude zugewandten Seite des perforierten Flächengebildes (4), im Regelfall so dass das perforierte Flächengebilde (4) und die Kammer (5) ein Hohlraumresonanzsystem bilden,
- an der dem perforierten Flächengebilde (4) abgewandten Seite der Kammer (5) befindet sich ein weiteres Flächengebilde (6), z.B. aus textilen, folien- oder membranartigen Materialien oder entsprechenden Verbünden daraus, mit einem spezifischen
Strömungswiderstand kleiner als 4.000 Pa s/m,
- an das weitere Flächengebilde (6) schließt eine poröse Schicht (7), z.B. aus offenporösen faserigen, geschäumten, vliesartigen oder haufwerksporigen Materialien, mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand zwischen 5.000 und 50.000 Pa s/m2 an.
Das schallabsorbierende Außenbauteil umfasst dazu zwei akustisch eigenständig wirksame, aber aufeinander abgestimmte Systeme, die sich zwischen einem Innenraum (1 ) bzw. dessen Außenwand (2) und dem Außenraum (3) befinden. Das dem
Außenraum, also im Regelfall dem urbanen Raum, zugewandte System stellt ein
Plohlraumresonanzsystem dar, das ein perforiertes Flächengebilde (4) auf der dem Außenraum (3) zugewandten Außenseite und einer dahinter befindlichen Kammer (5) nach Art einer Luftschicht bzw. Luftfeder enthält. In dieser Form allein, z.B. mit einer angenommenen schallharten Rückwand, betrachtet, weist das System bereits eine Schallabsorption auf, die von den Gestaltungsparametern des perforierten
Flächengebildes (4), d.h. von dessen Form, Geometrie (einschließlich der Löcher) und vom resultierenden Strömungswiderstand, sowie der Kammer (5), insbesondere von der Kammertiefe abhängt. Der Schallabsorptionsgrad dieses Resonanzsystems kann jedoch nicht die hohe und breitbandige Ausprägung aufweisen, z.B. in der Größenordnung hochabsorbierender Lärmschutzwände (z.B. gemäß den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Ausführung von Lärmschutzwänden an Straßen, ZTV-Lsw06), wie sie für einen signifikanten Lärmminderungseffekt notwendig ist. Um diesen Zielwert der Schallabsorption zu erreichen, ist ein auf der dem perforierten Flächengebilde (4) abgewandten Seite der Kammer (5) befindliches weiteres Flächengebilde (6) mit genau passenden Merkmalen erforderlich, an das sich eine poröse Schicht (7) anschließt. Die gewünschte breitbandige Schallabsorption wird durch ein Zusammenwirken des perforierten und des weiteren Flächengebildes und der porösen Schicht sowie der Kammer erreichbar. Dafür sind allerdings spezifische, akustisch relevante Parameter der beteiligten Bestandteile notwendig. Um diese Parameter zu bestimmen und einzustellen, ist ein so genanntes Impedanz-Modell zu beachten. Dabei gilt, dass die akustische Impedanz an der Oberfläche des vorgehängten hinterlüfteten Bauteils den Reflexionsfaktor bestimmt, der wiederum zum Schallabsorptionsgrad führt. Die passende akustische Einstellung und Anpassung der Parameter der einzelnen Bestandteile der vorgehängten hinterlüfteten Fassade erfolgt mittels Impedanz-
Modellberechnungen, wobei Schallspektrum und Schalleinfallswinkel zu berücksichtigen sind. Die aus dieser Optimierung hervorgehenden Parameter müssen jedoch zusätzlich die sonstigen, nicht auf die Akustik bezogenen Funktionen erfüllen. Das perforierte Flächengebilde (4) fungiert als Schutz vor Witterung und mechanischer Belastung von außen. Stofflich ist es daher aus beständigen und stabilen Materialien auszuführen. Die Kammer (5) dient der Durch- bzw. Hinterlüftung, um eine Austrocknung der porösen Schicht (7) sicherzustellen, die wiederum der Wärmedämmung des Gebäudes dient.
Dazu muss das weitere Flächengebilde (6) diffusionsoffen sein sowie einen hohen Widerstand gegen Wasser- und Lufteintrag aufweisen. Diese Funktionen müssen so erfüllt werden, dass sie standardisierten Anforderungen genügen. Das heißt, die Optimierungsaufgabe im Sinne der Schallabsorption erhält weitere Dimensionen in Gestalt anderer bauphysikalischer Parameter. Diese Komplexität erschwert eine konsequente Bestimmung geeigneter akustischer Parameter der Bestandteile des vorgehängten hinterlüfteten Bauteils. Dabei sind im Sinne eines architektonischen und konstruktiven Gestaltungsspielraums Wertebereiche bzw. Anpassungsmöglichkeiten der akustischen Parameter wünschenswert, um die akustische Wirkung des vorgehängten hinterlüfteten Bauteils mit geringem Aufwand und äußerlich kaum erkennbarer
Änderung unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen optimieren zu können. In diesem Sinne bietet der Lochflächenanteil des perforierten Flächengebildes (4)
Gestaltungsspielraum. Der Lochflächenanteil ist der Quotient aus perforierter Fläche und Gesamtfläche und kann theoretisch zwischen 0 (geschlossen) und nahezu 1 (fast vollständig offen) liegen. In der Praxis ist ein Lochflächenanteil perforierter Flächengebilde für Schallabsorber bereits ab ca. 0,01 , wie etwa bei mikroperforierten Schallabsorbern - möglich, er kann aber auch hohe Werte erreichen, z.B. bei Drahtgewebe oder
Streckmetall. Für die Dicke des perforierten Flächengebildes (4) gilt, dass mit
zunehmender Dicke auch der Lochflächenanteil steigen muss. Die Tiefe der Kammer (5) beträgt bei typischen vorgehängten hinterlüfteten Bauteilen, z.B. bei Fassaden, ca. 10 bis 40 mm und muss akustisch beachtet, aber nicht bestimmt werden. Wesentlich ist hingegen der spezifische Strömungswiderstand rS des weiteren Flächengebildes (6). Neben Kenngrößen wie offene Porosität und Strukturfaktor ist der spezifische
Strömungswiderstand von bedeutendem Einfluss auf die Schallabsorption. Er beschreibt das Verhältnis der Druckdifferenz Dr [Pa] vor und hinter einer Materialschicht zur Geschwindigkeit der durchströmenden Luft u [m/s]: rS = Dr / u [Pa s/m]
Der spezifische Strömungswiderstand eines Dämmstoffes wächst mit zunehmender Schichtdicke. Als Materialkenngröße wird deshalb durch Bezug auf diese Schichtdicke d [m] in Durchströmungsrichtung auch der längenbezogene Strömungswiderstand verwendet: r = rS / d [Pa s/m2]
Für das weitere Flächengebilde (6) hat sich aus zahlreichen Versuchen ergeben, dass sein spezifischer Strömungswiderstand kleiner als 4.000 Pa s/m sein muss. Dieses Merkmal ist aus zweierlei H insicht ungewöhnlich. Erstens werden Flächengebilde in vorgehängten hinterlüfteten Bauteilen bislang überhaupt nicht bezüglich des Strömungswiderstandes ihrer Bestandteile betrachtet. Mit Blick auf die zugehörige Norm DIN EN ISO 13859 wird dieser Wert weder bestimmt noch angewandt. Zweitens ermöglichen nur wenige Materialien eine Kombination dieses Strömungswiderstandes mit den anderen
Anforderungen, wie z.B. einem Widerstand gegen Wasserdurchgang der Klasse W1 bis W2 und einem Wasserdampfdiffusionswiderstand (sd-Wert) in der typischen
Größenordnung von 0,02 m. Dabei wird beim Wasserdurchgang die Klasse W1 erfüllt, wenn ein Material zwei Stunden einer Wassersäule von 200 mm standhält, während zur Erfüllung der Klasse W2 ausreichend ist, wenn bei einer solchen Wassersäule von 200 mm die Menge des durchgegangenen Wassers weniger als 100 ml/m2 beträgt.
Ergänzend wird hingewiesen, dass der spezifische Strömungswiderstand im Regelfall mindestens 100 Pa s/m betragen sollte.
Etwas geläufiger ist wiederum die stoffliche Definition der porösen Schicht (7) mittels des in diesem Fall längenbezogenen Strömungswiderstandes. Er ist, wie bereits festgestellt, auch akustisch eine für die Schallabsorption wesentliche Größe. Da diese Schicht auf Grund der geforderten hohen Wärmedämmung meist deutlich dicker als akustisch notwendig ist, eignet sich der spezifische Strömungswiderstand hierbei nicht. Bedeutsam ist, dass der längenbezogene Strömungswiderstand der porösen Schicht (7) zwischen 5.000 und 50.000 Pa s/m2 beträgt. Dieser Wertebereich erlaubt in enger Abstimmung mit dem spezifischen Strömungswiderstand des weiteren Flächengebildes (6) den Einsatz unterschiedlicher Dämmstoffe, z.B. aus Gewichts- oder Kostengründen. Mit diesen bislang beschriebenen Merkmalen lässt sich ein schallabsorbierendes Außenbauteil für Gebäude gestalten, das aus dem urbanen Raum auf das Bauteil eintreffende
Schallwellen, also den Außenlärm, breitbandig und hoch absorbiert.
Die eingangs in DE 295 12 787 Ul , DE 1 712 145 U und DB NETZE, Freigabe TM: 4- 201 5-101 1 5 I.NPF 2, vom 4.2.201 5 beschriebenen Anordnungen sind nicht zum Einsatz an Fassaden geeignet. Der geschilderte Stand der Technik ist darauf hin optimiert, eine Schallabsorption zu erreichen, Die Anforderungen an eine Fassade werden aber nicht erreicht. So ist die vorliegend vorgesehene Kammer (5), welche zur H interlüftung dient, aus akustischer Sicht eine Herausforderung. Wenngleich das perforierte Flächengebilde (4) als Schutz vor Witterung dient, so ergibt sich vor allem aus der Perforierung, dass
Feuchtigkeit eindringen kann. Bei einer Fassade ist es wichtig, die Feuchtigkeit wieder abzuführen. Dies erfolgt durch die Hinterlüftung in der Kammer. Daher ist die zur Hinterlüftung dienende Kammer bei einer Fassade essentiell, bei einer Lärmschutzwand oder einer an einer Tunnelwand angebrachten schallabsorbierenden Einrichtung aber nicht erforderlich.
Die zur Hinterlüftung dienende Kammer (5) ist dabei bevorzugt vertikal möglichst ungehindert durchströmbar. Dabei sind auch keine seitlichen Begrenzungen erforderlich. Im Grunde sind lediglich zur mechanischen Befestigung des perforierten Flächengebildes (4) an der übrigen Fassade dienende Befestigungselemente erforderlich, welche so ausgestaltet sein sollten, dass die Funktion der H interlüftung nicht gestört wird.
In einer Ausführungsform enthält das perforierte Flächengebilde (4) auf seiner zur Kammer (5) gerichteten Seite eine maximal wenige Millimeter dünne Schicht (8), z.B. aus textilen, folien- oder membranartigen Materialien oder entsprechenden Verbünden daraus, deren spezifischer Strömungswiderstand, durch den Lochflächenanteil des perforierten Flächengebildes (4) dividiert, einen Wert zwischen 300 und 500 Pa s/m aufweist. Die dünne Schicht (8) ist im Regelfall mit einer nicht mehr als 5 mm dick. Der Fachmann kann anhand der vorliegend geschilderten Angaben einen geeigneten Wert ermitteln.
Eine Reihe von akustischen Gestaltungsvarianten betreffen das perforierte Flächengebilde (4). So lässt sich durch eine maximal wenige Millimeter dünne Schicht (8) auf der zur Kammer (5) gerichteten Seite des perforierten Flächengebildes (4) die Schallabsorption steuern. Die dünne Schicht kann beispielsweise durch Beschichtung, Beklebung oder Bekleidung aufgebracht werden. Der spezifische Strömungswiderstand der dünnen
Schicht sollte, durch den Lochflächenanteil des perforierten Flächengebildes (4) dividiert, einen Wert zwischen 300 und 500 Pa s/m aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich an der der Kammer (5) zugewandten Seite der dünnen Schicht (8) ein zusätzliches perforiertes Flächengebilde. Damit kann die dünne Schicht vor mechanischer Beanspruchung geschützt werden.
In einer Ausführungsform weisen die Öffnungen des perforierten Flächengebildes (4) eine flächenbündige Füllung mit porösem Material (9) auf. An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass perforierte Elemente immer eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, da die Perforierungen auch als Öffnungen angesehen werden. Sind die Öffnungen, wie in der vorliegenden Ausführungsform, flächenbündig mit porösem Material gefüllt, so ergibt sich die äußere Anmutung einer ebenen geschlossenen Oberfläche. Die akustische Wirkung ist dabei vergleichbar der der dünnen Schicht (8).
In einer Ausführungsform ist das perforierte Flächengebilde (4) gegenüber der Vertikalen nach außen geneigt ist. Hierbei genügt auch eine geringe Neigung. So kann das perforierte Flächengebilde von unten kommend nach außen, also vom Gebäude weg, geneigt sein. Am oberen Ende des perforierten Flächengebildes kann ein nicht perforiertes Flächengebilde wieder Richtung Gebäude hinführen.
Durch die Neigung nach außen kann schräg von oben kommender Regen nicht direkt in die Öffnungen gelangen, während schräg von unten kommender Schall nahezu ungehindert in die Öffnungen eindringen kann.
In einer Ausführungsform weisen die Öffnungen des perforierten Flächengebildes (4) eine schräge Ausrichtung nach unten auf. Damit gilt für den Regen und den Schall das hinsichtlich der Neigung des perforierten Flächengebildes (4) Gesagte.
In einer Ausführungsform weist die Kammer (5) vertikale schallabsorbierende Streifen (10) zur Bedämpfung des Hohlraumes auf. Diese sollten im Regelfall freilich so angeordnet werden, dass die Hinterlüftung nicht oder möglichst wenig behindert wird. In einer Ausführungsform befinden sich in der Kammer (5) Einrichtungen zur
Luftreinigung (1 1 ), aufweisend Ventilatoren und Filter. Mit derartigen Einrichtungen kann die Hinterlüftung verbessert werden. Zudem kann unter Umständen aus dem Außenraum, zumeist einem schadstoffbelasteten urbanen Raum, Luft angesaugt und gereinigt werden.
In einer Ausführungsform ist die poröse Schicht (7) durch mindestens eine
wasserdampfdiffusionsoffene Trennschicht (12), z.B. aus textilen, folien- oder membranartigen Materialien oder entsprechenden Verbünden daraus, in mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilt. Die zwei Schichten können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Dies kann es erleichtern alle akustischen und sonstigen bauphysikalischen Anforderungen zu erfüllen. Dabei hat die Trennschicht (12) in der Regel einen hohen Widerstand gegen Luftdurchgang und Wasserdurchgang, erfüllt also die oben genannten Klassen W1 und W2. Ein hoher Widerstand gegen Luftdurchgang kann als erfüllt angesehen werden, wenn die
Luftdurchlässigkeit bei einer Druckdifferenz von 50 Pa kleiner als 0, 1 Kubikmeter Luft je Quadratmeter und Stunde beträgt.
Beschreibung der Figuren Weitere Einzelheiten werden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen vorgehängten hinterlüfteten
Bauteils
Fig. 2 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit einer maximal wenige Millimeter dünnen Schicht 8 auf der zur Kammer 5 gerichteten Seite des perforierten Flächengebildes 4 Fig. 3 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit einem beidseitigen Schutz der Schicht 8 vor mechanischer Beanspruchung durch Positionierung zwischen zwei perforierten Flächengebilden 4
Fig. 4 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit einer
flächenbündige Füllung der Öffnungen des perforierten Flächengebildes 4 mit porösem Material 9
Fig. 5 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit einem
gegenüber der Vertikalen etwas nach außen geneigten perforierten Flächengebilde 4 Fig. 6 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit schräg nach unten ausgerichteten Öffnungen des perforierten Flächengebildes 4
Fig. 7 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit vertikalen
schallabsorbierenden Streifen 10 in der Kammer 5 zur Bedämpfung des Flohlraumes ohne Behinderung der H interlüftung Fig. 8 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit Einrichtungen zur Luftreinigung 1 1 , bestehend aus Ventilatoren und Filtern, in der Kammer 5
Fig. 9 Beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils mit einer
wasserdampfdiffusionsoffenen Trennschicht 12 mit hohem Widerstand gegen Luft- und Wasserdurchgang in der porösen Schicht 7 Nachfolgend werden die Figuren kurz erläutert. Insbesondere zu den funktionalen Zusammenhängen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obenstehenden Ausführungen zum allgemeinen Lösungsweg verwiesen.
In Figur 1 ist ein Innenraum 1 eines Gebäudes zu erkennen, welches mit einer Wand 2 vom Außenraum 3 getrennt ist. An den Außenraum 3 grenzt das perforierte
Flächengebilde 4. Auf der dem Außenraum 3 abgewandten und dem Gebäude zugewandten Seite des perforierten Flächengebildes 4 befindet sich eine zur
H interlüftung dienende Kammer 5, an die eine weitere perforierte Schicht 6 anschließt. Dieser folgt eine poröse Schicht 7, welche an die Wand 2 des Gebäudes angrenzt. Zu den Figuren 2 bis 9 werden jeweils nur die Unterscheide zu Figur 1 erwähnt.
Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass an der perforierten Schicht 4 auf der der Kammer 5 zugewandten Seite eine dünne Schicht 8 angebracht ist.
Gemäß Figur 3 ist die dünne Schicht 8 auch auf der Kammer zugewandten Seite von einer perforierten Schicht geschützt. Gemäß Figur 4 sind die Öffnungen des perforierten Flächengebildes 4 mit porösem Material 9 flächenbündig gefüllt.
Figur 5 zeigt eine Ausgestaltung, bei der das perforierte Flächengebilde 4 von der Vertikale nach außen, also von unten kommend vom Gebäude weg, geneigt ist.
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Öffnungen des perforierten Flächengebildes schräg nach unten führen. In Figur 7 sind in der Kammer 5 vertikale schallabsorbierende Streifen 10 gezeigt.
In Figur 8 ist in der Kammer 5 eine Einrichtung 1 1 zur Luftreinigung gezeigt, welche Ventilatoren und Filter aufweist.
In Figur 9 schließlich ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei der die poröse Schicht 7 durch eine wasserdampfdiffusionsoffene Trennschicht 12 mit hohem Widerstand gegen Luft- und Wasserdurchgang in zwei Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilt ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Schallabsorbierendes Außenbauteil einer Fassade eines Gebäudes, das folgende Merkmale aufweist:
- auf der dem Gebäude abgewandten Seite ein perforiertes Flächengebilde (4), - eine zur H interlüftung dienende Kammer (5) auf der dem Gebäude
zugewandten Seite des perforierten Flächengebildes (4),
- an der dem perforierten Flächengebilde (4) abgewandten Seite der Kammer (5) befindet sich ein weiteres Flächengebilde (6) mit einem spezifischen
Strömungswiderstand kleiner als 4.000 Pa s/m.
- an das weitere Flächengebilde (6) schließt eine poröse Schicht (7) mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand zwischen 5.000 und 50.000 Pa s/m2 an.
2. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das perforierte Flächengebilde (4) auf seiner zur Kammer (5) gerichteten Seite eine maximal wenige Millimeter dünne Schicht (8) enthält, deren spezifischer Strömungswiderstand, durch den Lochflächenanteil des perforierten
Flächengebildes (4) dividiert, einen Wert zwischen 300 und 500 Pa s/m aufweist
3. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der der Kammer (5) zugewandten Seite der dünnen Schicht (8) ein zusätzliches perforiertes Flächengebilde befindet.
4. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen des perforierten Flächengebildes (4) eine flächenbündige Füllung mit porösem Material (9) aufweisen.
5. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das perforierte Flächengebilde (4) gegenüber der Vertikalen nach außen geneigt ist.
6. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen des perforierten Flächengebildes (4) eine schräge Ausrichtung nach unten aufweisen.
7. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (5) vertikale schallabsorbierende Streifen (10) zur Bedämpfung des Hohlraumes aufweist.
8. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Kammer (5) Einrichtungen zur
Luftreinigung (1 1 ), aufweisend Ventilatoren und Filter, befinden.
9. Schallabsorbierendes Außenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (7) durch mindestens eine wasserdampfdiffusionsoffene Trennschicht (12) in mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilt ist.
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