von der labormessung zum ergebnis für die praxis · akustik - messung des schalldruckpegels von...
TRANSCRIPT
© Fraunhofer IBP
Auf Wissen bauen
Von der Labormessung zum Ergebnis für die Praxis
acoustex 2018, Dortmund
B. KaltbeitzelFraunhofer Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart
© Fraunhofer IBP 2
Die Fraunhofer-GesellschaftStandorte in Deutschland
72 Institute und Forschungseinrichtungen
rund 25 000Mitarbeiterinnenund Mitarbeiter
Institut/Einrichtung
sonstiger Standort
Zentrale
© Fraunhofer IBP 3
Fraunhofer im deutschen Innovationssystem
Kenntnisse in der Grundlagen-forschung
auf angewandte Forschung übertragen
um einen nachhaltigen Mehrwert durch Innovationen zu erzielen.
Universitäten
Industrie
© Fraunhofer IBP 4
Fraunhofer IBPStandorte
Stuttgart Holzkirchen
© Fraunhofer IBP 5
Fraunhofer IBPArbeitsfelder
Energie und Mobilität
Werkstoffe und Produktsysteme
Nachhaltiges Bauen
Analytik und angewandte Sensorik
Ökologische Chemie und Mikrobiologie
Verbrennungs-und Umwelt-schutztechnik
Automotive
Psychoakustik und kognitive Ergonomie
Bauakustik
Technischer Schallschutz und Fahrzeugakustik
Raumakustik
Feuchteschutz und Bauen in anderen Klimazonen
Feuchtetechn. Materialkenn-werte
Feuchte-management
Wärme-Kennwerte, Klimasimulation
HygrothermischeGebäudeanalyse
Gebäude –Quartier – Stadt
Evaluierung und Demonstration
Gebäudesystem-lösungen
Lichttechnik und passive Solarsysteme
Flug- und Fahrzeug-klimatisierung
Planungs-werkzeuge
Baustoff-technologie
Aufbereitung und Verwertung
AKUSTIKENERGIE-EFFIZIENZ UND RAUMKLIMA
HYGRO-THERMIK
MINERALISCHE WERKSTOFFE UND BAUSTOFF-RECYCLING
UMWELT HYGIENE UND SENSORIK
GANZHEITLICHE BILANZIERUNG
© Fraunhofer IBP 6
akkreditierte Prüfstelle Raumakustik Psychoakustik
Technischer Schallschutz
Bauakustik
Labore und Messtechnikenund Fahrzeugakustik
Abteilung Akustik – Kernkompetenzen
© Fraunhofer IBP 7
DAkkS
DIN EN ISO/IEC 17011
„Bestätigung durch eine dritte Seite, die formal darlegt, dass eine Konformitätsbewertungsstelle die Kompetenz besitzt, bestimmte Konformitätsbewertungsaufgaben durchzuführen“
Quelle: www.dakks.de
Die DAkkS ist die nationale Akkreditierungsstelle der Bundesrepublik Deutschland.
© Fraunhofer IBP 8
DAkkS
Quelle: www.dakks.de
Akkreditierungen bieten verschiedenen Akteuren eine Reihe von Vorteilen:
Für Unternehmen
•Höhere Akzeptanz von Produkten und Dienstleistungen erleichtert den Marktzugang bzw. ermöglicht diesen erst
•Einmal geprüft, überall akzeptiert: Internationale Vergleichbarkeit und Anerkennung von Zertifikaten, Inspektionen, Prüfungen oder Kalibrierungen vermeidet Kosten durch mehrfache Bewertungen
•Kompetenznachweis erleichtert die Auswahl eines passenden Dienstleistersfür die Konformitätsbewertung von Waren und Dienstleistungen
Für akkreditierte Stellen
•objektiver Beleg für die Güte und Kompetenz der Tätigkeit einer Konformitätsbewertungsstelle nach internationalen Standards
•Wettbewerbsvorteile gegenüber nicht akkreditierten Marktteilnehmern
© Fraunhofer IBP 9
ArbeitsgebietBauakustik und Schallimmissionsschutz
Bauteile, Materialien,Systeme, …
Sanitärinstallationen,Haustechnik
Lärmschutz in Freien
© Fraunhofer IBP 10
Luftschallmessung Trittschallmessung Installationsgeräusche
Referenzsignalz.B. rosa Rauschen
ReferenzquelleNormhammerwerk
unterschiedliche Quellen und Anregungsarten
Bewertung von Bauteiloder Bausituation
Bewertung von Bauteiloder Bausituation
unterschiedliche Bausituation / Montage
© Fraunhofer IBP 11
Senderaum Empfangsraum
a
b
a Lautsprecher b Mikrofon
Luftschallmessung
• Messung der Schalldämmung nach DIN EN ISO 10140
• Flankenübertragung unterbrochendurch Trennung oder Vorsatzschalen
dBASlg10LLR 21
+−=
L1 = Schallpegel im SenderaumL2 = Schallpegel im EmpfangsraumS = Fläche der TrennwandA = äquivalente Schallabsorptions-
fläche im Empfangsraum
© Fraunhofer IBP 12
Luftschallmessung
Details der Prüfung bzw. der Prüfbedingungen beachten.
Details Prüfobjekt (Anschlüsse, Profile, Flächengewichte, Abmessungen, Schraubenabstände, …).
Zusammengesetzte Bauteile(Fenster = Glas + Rahmen).
Bau = Prüfstandswert + Flanken + Sicherheitsbeiwert
© Fraunhofer IBP 13
TrittschallmessungNorm-Trittschallhammerwerk
• Aufbau nach DIN EN ISO 10140-5• 5 Hämmer aus Stahl im Abstand von 100 mm• Masse jeweils 500 g• Fallhöhe 40 mm• elektrischer Antrieb, insgesamt 10 Schläge pro Sekunde
gerundete Schlagfläche,Kugelradius 500 mm
Hammerkopf,Durchmesser 30 mm
Führung
© Fraunhofer IBP 14
TrittschallmessungDefinition Trittschalldämmung (Norm-Trittschallpegel Ln)
Norm-Hammerwerk
L2
• Anregung der geprüften Decke mit einem Norm-Trittschallhammerwerk nach DIN EN ISO 10140-5
• Messung des resultierenden Schallpegels imEmpfangsraum
20
02n m10AmitdB
AAlg10LL =
+=
L2 = Schallpegel im EmpfangsraumA = äquivalente Absorptionsfläche im EmpfangsraumA0 = Bezugs-Absorptionsfläche
Trittschallminderung von Deckenauflagen schwimmende Estriche,Teppichböden,Laminat,etc.Auflagemit,nAuflageohne,n LLL −=∆
Messung nach DIN EN ISO 10140-3, Beschränkung auf massive Decken
ohne Nebenwege: Ln, mit Nebenwegen L'n
© Fraunhofer IBP 15
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve Bezugskurve
TrittschallmessungEinzahlangaben: bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w
1) Darstellung von Messwerten und Bezugskurve als Terzspektren
2) Verschiebung der Bezugskurve in 1 dB-Schritten bis Summe der ungünstigen Abweichungen so groß wie möglich, aber höchstens 32,0 dB(ungünstigste Abweichung: Messwert liegt über Bezugskurve)
3) Ln,w = Wert der verschobenen Bezugskurve bei 500 Hz
Beispiel:Stahlbeton-Rohdecke, d = 140 mm
Frequenzbereich100 - 3150 Hz
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 0 dB, SduA = 206,0 dB
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 5 dB, SduA = 130,9 dB
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 10 dB, SduA = 74,6 dB
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 15 dB, SduA = 41,7 dB
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 16 dB, SduA = 36,7 dB
30
40
50
60
70
80
63 125 250 500 1000 2000 4000Frequenz [Hz]
Nor
m-T
ritts
chal
lpeg
el [d
B]
Messkurve verschobene Bezugskurve V = 17 dB, SduA = 31,7 dB
Ln,w = 77 dB
Berechnung von Ln,w
DIN EN ISO 717-2
© Fraunhofer IBP 16
Laminat
Teppich
PVC
TrittschallmessungDeckenaufbauten
© Fraunhofer IBP 17
TrittschallmessungAlternative Trittschallquellen
Das Norm-Hammerwerk ist allein kein geeignetes Maß für den Trittschallschutz bei Gehgeräuschen. Das gilt auch für Bodenbeläge.
Norm-Hammerwerk Mod.-Hammerwerk Japan. Gummiball menschl. Geher(in)
+ hoher Pegel+ gut reproduzierbar- Nachteile bei Teppich- untyp. Spektrum
+ typ. Spektrum+ gut reproduzierbar- Geringer Pegel- Alterung Elastomer- Nachteile bei Teppich
+ hoher Pegel+ gut reproduzierbar+ Teppich- Einzelimpulse
+ praxisgerecht- n. reproduzierbar- geringer Pegel
© Fraunhofer IBP 18
TrittschallmessungTrittschallminderung ist nicht gleich Trittschallminderung
Auf schwimmenden Estrichen ist die akustische Wirkung von Boden-belägen weitaus geringer als auf der Rohdecke. Die bewertete Tritt-schallminderung reduziert sich im Mittel von ca. 10-20 dB auf 0-5 dB. (Ausnahme Hochflorteppiche)
Merkliche akustische Verbesserungen durch Bodenbeläge sind nur in Ausnahmefällen (bei Estrichen mit sehr steifer Dämmschicht oder Hochflorteppichen) zu verzeichnen und beziehen sich auf hochfrequente Trittschallquellen (NHW)
Je nach Art der Anregung in der Praxis führen Schallschutzmaßnahmen wenn sie nach Norm durchgeführt werden (hochfrequent wirkende Estriche), teilweise zu einer Verschlechterung der Beurteilung von Lautheit und Lästigkeit (Hörversuch)
Messergebnisse mit dem japanischen Gummiball geben den subjektiven Höreindruck von allen untersuchten Decken am besten wieder (Hörversuch)
© Fraunhofer IBP 19
InstallationsgeräuscheMess-Normen für Wasserinstallationen im Überblick
DIN 4109 Schallschutz im Hochbau –Teil 4: Bauakustische Prüfungen
DIN EN ISO 10052 Akustik - Messung der Luftschalldämmung und Trittschalldämmung und des Schalls von haustechnischen Anlagen in Gebäuden – Kurzverfahren
Mes
sun
g in
G
ebäu
den
DIN EN ISO 16032 Akustik - Messung des Schalldruckpegels von haustechnischen Anlagen in Gebäuden - Standardverfahren
DIN EN 14366 Messung der Geräusche von Abwasserinstallationen im Prüfstand
Mes
sun
g im
Pr
üfs
tan
dDIN EN ISO 3822 Akustik - Prüfung des Geräuschverhaltens von Armaturen und Geräten der Wasserinstallation im Laboratorium
DIN EN 15657
(Eingangsdaten für DIN EN 12354-5)
Akustische Eigenschaften von Bauteilen und von Gebäuden - Messung des Körperschalls von haustechnischen Anlagen im Prüfstand für alle Installationsbedingungen
Weitere Anwendung von IBP-Hausverfahren im Rahmen der flexiblen Akkreditierung.
© Fraunhofer IBP 20
InstallationsgeräuschePrüfeinrichtungen für Wasserinstallationen am IBP
Mehrgeschossiger Installationsprüfstandin körperschallentkoppelter Bauweise(Musterbau)
Prüfstand für Wasser-armaturen nach ISO 3822
Empfangsplattenprüfstandzur Messung der ins Bau-werk eingeleiteten Körper-schall-Leistung nach
DIN EN 15657(Eingangsdaten fürDIN EN 12354-5)
© Fraunhofer IBP 21
InstallationsgeräuscheMusterbau - Ausschnitt aus Geschosswohnungsbau
© Fraunhofer IBP 22
InstallationsgeräuscheIBP-Prüfstand als Musterbau
• Gleichbleibende Bausituation
• Übertragung der Messwerte auf andere Bausituationen(worst-case)
• Produktvergleich
• Messung gleichzeitig in 3 Messräumen(diagonal, horizontal und vertikal)
© Fraunhofer IBP 23
InstallationsgeräuscheLeichtbau-Installationsprüfstand
IBP-Prüfstand für Geräuschmessungen an Installationen in Leicht- und Trockenbauweise
• Installationswand austauschbar
• Messung gleichzeitig in 3 Messräumen
(diagonal, horizontal und vertikal)
© Fraunhofer IBP 24
InstallationsgeräuscheGeräuschentstehung
Zeitlich veränderliche Geräusche,Einzelereignisse, Geräuschspitzen• WC-Spülung• Herabfallende Gegenstände• WC-Sitz schließen• Abstellen Zahnputzbecher
Bauteil BauteilBauteil Bauteil
Konstante (stationäre) Geräusche• Duschstrahl• Whirlbetrieb (Whirlwanne)
© Fraunhofer IBP 25
InstallationsgeräuscheBeispiel WC
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50
Scha
llpeg
el [d
B(A
)]
Zeit [s]
14
2 3
1 Auslösen des Spülvorgangs2 Spülgeräusch3 Füllgeräusch4 Maßgebliche Geräuschspitze,
LAFmax,n = 27 dB(A)
© Fraunhofer IBP 26
InstallationsgeräuscheÜbertragung
Kann durch Luft- oder Körperschallerfolgen. In aller Regel ist derKörperschallanteil maßgebend.
• Die Körperschalleinleitung ins Bauwerklässt sich elastische Befestigungselementeherabsetzen
• Für die Ausbreitung im Bauwerk ist dieWeglänge (Anzahl der Stoßstellen) maßgebend
• Jede Stoßstelle vermindert den Schallpegelum etwa 10 dB
© Fraunhofer IBP 27
InstallationsgeräuscheWasserstrahl-Prallgeräusche bei Dusch- und Badewannen
• Prallgeräusche entstehen beim Auftreffen von Wasserstrahlen(Brausekopf) auf Sanitärgegenstände
• Nachbildung durch Körperschall-Geräuschnormal (KGN)
© Fraunhofer IBP 28
InstallationsgeräuscheKörperschall-Geräuschnormal (KGN)
Anregung des Prüfobjekts senkrecht aus 0,5 m Höhe mit einem Wasserdruck von 0,3 MPa(Wasserdurchfluss ca. 0,26 l/s)
Installations-Geräuschnormal (IGN)für Armaturengeräuschmessungennach DIN EN ISO 3822
© Fraunhofer IBP 29
InstallationsgeräuscheVergleich Brausekopf / KGN
zahlreiche ver-schiedene Modelle,z. T. verstellbar (verschiedene Strahlarten)
Brausekopf
KGN
Körperschall-Geräuschnormal(DIN EN ISO3822-1)
genormt und reproduzierbar(0,3 MPa, 0,26 l/s)
0
5
10
15
20
25
30
35
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 KGN
Brausekopf / Strahleinstellung
Inst
alla
tio
ns-
Sch
allp
egel
[d
B(A
)]0
5
10
15
20
25
30
35
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 KGN
Brausekopf / Strahleinstellung
Inst
alla
tio
ns-
Sch
allp
egel
[d
B(A
)]
Brausekopf / StrahleinstellungIn
stal
latio
ns-S
chal
lpeg
elL A
Feq,
n[d
B]
Vergleich verschiedener Brauseköpfe
→ KGN-Anregung an Obergrenzehandelsüblicher Brauseköpfe
→ Werden die Anforderungen bei KGN-Anregung eingehalten, so trifft das ist in der Regel auch für beliebige Brauseköpfe zu.
© Fraunhofer IBP 30
InstallationsgeräuscheMessung von Benutzungsgeräuschen
Nachbildung von Benutzungsgeräuschen mit EMPA-Pendelfallhammernach SIA 181 (Schweiz)
• Anregung des Prüfobjekts mit definiertem Hammerschlag (horizontal und vertikal möglich)• Messung des resultierenden Maximalpegels• Umrechnung auf einheitliche raumakustische Bedingungen, A-Bewertung• Pegelkorrektur (-5 bis -12 dB) zur Anpassung an reale Benutzungsgeräusche
© Fraunhofer IBP 31
InstallationsgeräuscheEntstehung von Abwassergeräuschen
Empfangs- raum
Installationswand (220 kg/m2)
Abwassersystem
Installations- raum
Rohr- schelle
1
2 3
1 Körperschalleinleitung über die Rohrschellen
2 Luftschallanregung der Installationswand
3 Luftschallabstrahlung in den Empfangsraum
Geräuschentstehung
• Fließgeräusche des an der Rohr-wand herabströmenden Wassers(mittel- und hochfrequent)
• Prallgeräusche an Bögen undAbzweigen (tieffrequent)
Geräuschübertragung
a) Körperschallübertragung über Rohrschellen
b) Körperschallübertragung über dieDeckendurchführungen
c) Luftschallübertragung durch Schallabstrahlung der Rohrwand(vorwiegend Nahfeld)
© Fraunhofer IBP 32
InstallationsgeräuscheAbwassermessungen nach DIN EN 14366 im Prüfstand
• Vergleich von unterschiedlichen Abwassersystemen
• Genormter Messaufbau
• Stationärer Wasserdurchflussmit 0,5 l/s, 1,0 l/s, 2,0 l/s und 4,0 l/s
• Trennung von Luft- und KörperschallanteilLa,A und Lsc,A(Prognoseberechnung nach DIN EN ISO 12354-5)
• Zusätzliche Messung der Installations-Schallpegel LAFeq,n (DIN 4109) und L
AFeq,nT(VDI 4100)
Achtung:Teilinstallation (25 dB(A) + 25 dB(A) = 28 dB(A))
© Fraunhofer IBP 33
InstallationsgeräuscheVergleich zwischen Prüfstand und Bau
Messung erfolgt am Bau im Prinzip genauso wie im Prüfstand (= Musterbau)1) Anregung / Betrieb der Installation gemäß der jeweiligen Messnorm (z. B. DIN EN ISO 10052)2) Messung des resultierenden Schallpegel im schutzbedürftigen Raum
• Messung niedriger Schallpegel am Bau wegen vorhandener Störgeräusche oft äußerst schwierig
• erhöhte Messunsicherheit wegen akustisch ungeeigneter Messräume
• Vergleich- und Übertragbarkeit der Ergebnisse wegen undefinierter Mess- und Übertragungs-bedingungen am Bau eingeschränkt
• Im Prüstand KGN mit 3 Bar statt Brause mit vorhandenem Wasserdruck
• Prüfung von Teilinstallationen im Prüfstand ohne Weiteres möglich
Unterschiede zwischen Prüfstand und Bau
© Fraunhofer IBP 34
InstallationsgeräuscheÜbertragung von Prüfstandsmessungen auf den Bau
(derzeitiges Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik)
1) Messung des Geräuschpegels der Installation im Prüfstand (mit dem Prüfstand als Musterbau)
2) Rechnerische Übertragung der Messwerte auf abweichende Bausituationen in Anlehnung an DIN EN 12354-1
Derzeit Beschränkung auf folgende Fälle:• Bauwerke in Massivbauweise
• Massenänderung von Installationswand oder Decke
• Schallübertragung in direkt angrenzende Räume(horizontal, vertikal oder diagonal)
• einfaches Verfahren, Genauigkeit in der Praxis zumeist ausreichend• Erweiterung des Verfahrens auf andere Raumanordnungen nur
eingeschränkt möglich (Beschränkung auf ähnliche Grundrisse)
© Fraunhofer IBP 35
InstallationsgeräuscheÜbertragung von Prüfstandsmessungen auf den Bau
Beispiel für die Übertragung von Messergebnissen auf eine andere Bausituation(unterschiedliche Dicke der Stahlbetondecke)
Installations-Schallpegel in Abhängigkeitvon der Dicke einer Stahlbetondecke(Ergebnisse gelten für IBP-Installationsprüfstand)
Eine 2 cm dickere Decke kannden Installations-Schallpegelim Raum UG hintenum ca. 1 dB(A) abmindern.
24
26
28
30
32
34
36
12 14 16 17 19 21 23 24 26 28
Inst
alla
tions
-Sch
allp
egel
LIn
[dB
(A)]
Dicke d [cm] der Betondecke (ρ=2300 kg/m³)
UG vorne
UG hinten
Referenzwert
© Fraunhofer IBP 36
Akustik am IBP-Standort in Stuttgart
Fahrzeugakustik Installationsgeräusche
Freifeldraum HallraumWindkanal Bauteile (z. B. Fenster)
© Fraunhofer IBP 37
30 Wissenschaftler & Ingenieure
22 akustische Labors
Prüflabor mit flexiblerAkkreditierung (DAkkS)
Akustik am IBP-Standort in Stuttgart
Fahrzeugakustik Installationsgeräusche
Freifeldraum HallraumWindkanal Bauteile (z. B. Fenster)