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Schallschutz von Außenwänden aus Brettsperrholz

Um die Schalldämmung von Holzbauteilen in der Planungsphase festzustellen werden üblicher Weise Bauteilmessungen herangezogen. Auch akustische Bewertungen beruhen weitgehend auf solchen Schallmessungen in Prüfständen, da vereinfachte, von Planern anwendbare Methoden, nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen. Mit dem vom IBO, gemeinsam mit Stora Enso Wood Products Austria entwickelten akustischen Prognosemodell für Außenwände aus Brettsperrholz (CLT) mit Wärmedämmverbundsystem (WDVS) kann diese Lücke geschlossen werden.

BauphysikSchallschutz & AkustikProduktprüfung

Aktuell wird in Österreich die ÖNORM B 8115-4:2003 überarbeitet. Sie dient zur Prognose des akustischen Verhaltens von Bauteilen in Gebäuden. In der aktuellen Version wird der Baustoff CLT (Brettsperrholz) nicht erwähnt, da dieser zum Zeitpunkt der Erstellung noch nicht hinreichend untersucht und angewandt wurde. Heute boomt das Produkt, welches aus mehrlagig kreuzverleimtem Schnittholz (3 bis 7 Lagen) besteht und 60-420 mm Stärke aufweisen kann. Es wird vor allem für mehrgeschoßige Gebäude und Sonderbauten wie Schulen und Büros, durchaus aber auch im Einfamilienhausbau angewendet. Die Untersuchung der schalltechnischen Eigenschaften ist weltweit noch nicht abgeschlossen, wobei vor allem die Flankenübertragung eine besondere Herausforderung darstellt (u.a. Dolezal 2010, etc.).
Die Notwendigkeit, den Planern ein einfaches Prognosemodell für Außenwände mit Wärmedämmverbundsystem zur Verfügung zu stellen, wurde im zuständigen Normungsausschuss rasch erkannt. Nach Durchsicht der aktuellen Modelle (u.a. auch aus der europäischen Prognosenorm EN 12354-1) musste festgestellt werden, dass diese wohl gut auf schwere, mineralische Konstruktionen anwendbar sind, jedoch nicht auf leichte, massive Baustoffe wie CLT. Aus diesem Grund stellte einer der größten Hersteller von CLT weltweit – Stora Enso Wood Products Austria – seine Sammlung an Schallmessungen zur Verfügung und beauftragte das IBO mit der Entwicklung eines Prognosemodells für das bewertete Schalldämm-Maß Rw von Außenwänden. Dieses bewertete Schalldämm-Maß kennzeichnet die akustische Qualität von Außenbauteilen von Gebäuden (in dB) und ist auch, in Form eines weiteren Parameters der auch die Flankenübertragung mit berücksichtigt, mit  Mindestwerten in der Bauordnung (OIB RL 5) festgelegt. Dabei sollte einerseits eine Masseformel für CLT, andererseits ein Modell für die Vorhersage der akustischen Eigenschaften von Brettsperrholz mit Wärmedämmverbundsystem entwickelt werden.
Der erste Schritt war die Entwicklung einer Masseformel für CLT, also eine Methode, die Schalldämmung der CLT-Platte ausschließlich aus deren Masse (entspricht deren Dicke) zu berechnen. Abbildung 1 zeigt das Ergebnis für das bewertete Schalldämm-Maß Rw, wobei zwischen der Verwendung der Platte als Wand bzw. als Decke unterschieden wird. Diese Idee beruht auf der Untersuchung von Thorssen et al. 2016, der feststellte, dass die Einbaulage Einfluss auf die Schalldämmung hat, wodurch eine höhere Genauigkeit der Ergebnisse der IBO-Masseformel erzielt werden konnte. Erst Ende August 2018 präsentierte Di Bella von der Universität Padua bei der WCTE (World Conference of Timber Engineering) 2018 seine Masseformel für CLT, welche für dünnere Platten ebenfalls zu genauen Ergebnissen führt, höhere Dicken aber konsequent überschätzt (Abbildung 1). Ebenso wurde von Rabold et al. 2018 eine Masseformel entwickelt, welche zu einer beinahe identen Formel wie jene des IBO führte, welche jedoch konsequent 1 dB höhere Ergebnisse liefert.
Stora Enso Wood Products Austria führt, zur Sicherung der hohen Produktqualität, laufend Schallmessungen in akkreditierten Akustikprüfständen durch. Die umfangreichen, über Jahre erworbenen Messungen von Außenwänden mit CLT und WDVS wurden dem IBO zur Entwicklung einer Berechnungsmethode zur Verfügung gestellt. Davon wurden jene Messungen ausgewählt, bei welchen die dynamische Steifigkeit s‘ des Dämmstoffes zuverlässig vom tatsächlich getesteten Material gemessen wurde und nicht auf Angaben der Hersteller beruht. Aufgrund dieser konsequenten Qualitätsselektion blieben noch 13 Messungen als Grundlage für das Prognosemodell übrig. Ausgehend von der Resonanzfrequenz fR des Schwingsystems, bestehend aus CLT als erste Masse, Dämmplatte als Feder und dem Putz als zweite Masse, wird das bewertete Schalldämm-Maß Rw nach der Gleichung 1 berechnet.

                 Rw = -30 lgfR + 110 in dB     (1)

Abbildung 2 zeigt einerseits die Messungen und andererseits die Ergebnisse bei Anwendung der aus den Messungen abgeleiteten Formel. Sehr schön zeigt sich der Zusammenhang zwischen dem Schalldämm-Maß der Konstruktion und der Resonanzfrequenz des Schwingsystems. Weiche Federn (Dämmplatten) wie etwa die Hanfdämmplatte führen zu niedrigen Resonanzfrequenzen und sehr hoher Schalldämmung, während steife Federn wie Polystyrol hohe Resonanzfrequenzen und geringe Schalldämmung verursachen. So konnten mit Hanfdämmplatten in Kombination mit 100 mm CLT bewertete Schalldämm-Maße bis zu 54 dB gemessen und berechnet werden, während die Kombination CLT und Polystyrol nur auf 38 dB kam.
Die vielversprechenden Ergebnisse wurden bereits im September bei der AAAA (8th Congress of Alps Adria Acoustic Association) in Zagreb präsentiert und stießen im Fachpublikum auf breite Zustimmung (Dolezal 2018). Eine Einbeziehung in die schalltechnische Prognosenorm ÖNORM B 8115-4 für Brettsperrholz und Außenwände mit Vollwärmeschutz wurde, als erste und bisher einzige Neuerung für den Holzbau im Rahmen der Überarbeitung, bereits in der zuständigen Arbeitsgruppe beschlossen.

Literatur

  • ÖNORM B 8115-4: 2003 - Schallschutz und Raumakustik im Hochbau - Teil 4: Maßnahmen zur Erfüllung der schalltechnischen Anforderungen, Österreichisches Normungsinstitut, Wien.

  • F. Dolezal et al.: Flanking Transmission of Impact Noise at Solid Wood Structures, WCTE, Riva, 2010.

  • EN ISO 12354-1: Building acoustics. Estimation of acoustic performance of buildings from the performance of elements. Part 1 - Airborne sound insulation between rooms, 2017.

  • OIB Rl-5: 2015 - Schallschutz, Österreichisches Institut für Bautechnik, Wien.

  • P. Thorsson, K. Hagberg, A. Golger: Measurement Series to Verify the Accuracy of Stora Enso Acoustic Prediction tool – SEAP, ICA, Buenos Aires, 2016.

  • A. Di Bella et al.: Analysis of Airborne Sound Reduction Index of Bare CLT Walls, WCTE, Seoul, 2018.

  • A. Rabold et al.: Mehrgeschosser in Massivholzbauweise. Teil 2: Schalltechnische Planung von Trennwänden, Holzbau Quadriga, 2018.

  • F. Dolezal, N. Kumer: Semiempirical model for prediction of weighted sound reduction index of cross laminated timber walls with external thermal insulation composite systems, AAAA, Zagreb 2018.

CLT ist ein Massivholz-Bauprodukt, das aus mindestens drei Lagen kreuzweise verklebter Einschichtplatten hergestellt wird. Quelle: Stora Enso Wood Products Austria
Abb. 1: Messung (Einzelwerte) und Prognose der Schalldämmung von Brettsperrholz aufgrund der Masse (bzw. Dicke) der Platte. Wand/Deckenprognose IBO in blau und grün.
Abb. 2: Prognosegleichung für Rw von CLT mit WDVS auf Basis der zuvor aus den Massen und der Feder ermittelten Resonanzfrequenz. Messungen blau, Prognose grün.Abb. 1: Messung (Einzelwerte) und Prognose der Schalldämmung von Brettsperrholz aufgrund der Masse (bzw. Dicke) der Platte. Wand/Deckenprognose IBO in blau und grün.