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Schallschutz und Raumakustik – Herausforderung für ressourcen- und massesparende Konstruktionen

Das Leitbild der Nachhaltigkeit ist im Bauwesen inzwischen allgegenwärtig. Bautechnik und Baukonstruktion gehen auf diese Entwicklung ein und setzen entsprechend energie-, ressourcen- und massesparende Lösungen um. Diese Leichtbaukonstruktionen müssen sich jedoch auch in dichten, lärmbelasteten urbanen Räumen bewähren. Fassaden bilden dabei als Schnittstelle zwischen Innen- und Außenräumen ein Konstruktionselement, an das besonders vielfältige und unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. Das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart setzt sich deshalb in dem Forschungsprojekt „Adaptive Raumakustik und akustische Konditionierung im Bauwesen“, kurz ARAKO, mit den akustischen Möglichkeiten im Leichtbau auseinander.

Modellaufbauten der textilen Gebäudehüllen, Fotos: Fabian Schmid, ILEK

Ziel des interdisziplinären, von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten Projektes war die Entwicklung eines akustisch wirksamen, textilen Fassadenaufbaus unter Einbeziehung der architektonischen Ansprüche, der akustischen Anforderungen und der textilen- und maschinenbautechnischen Herstellbarkeit. Dabei basiert das Forschungsprojekt auf dem Konzept der adaptiven mehrlagigen textilen Gebäudehüllen als Fassadensystemlösung und geht auf Ergebnisse der Forschungsarbeiten der vergangenen Jahre zurück. Am ILEK werden leichte Konstruktionsweisen seit jeher als wesentlicher Schwerpunkt in Forschung und Lehre untersucht und weiterentwickelt.

Die für das Projekt ARAKO in Abstimmung mit dem Lehrstuhl für Bauphysik an der Universität Stuttgart und dem Technologie- und Entwicklungszentrum (TEZ) der Groz-Beckert KG durchgeführten Untersuchungen bewerteten zunächst die akustische Wirkweise von existierenden textilen Fassadensystemen sowie von zielführenden Weiterentwicklungen. Durch die fehlenden Masse bei textilen Gebäudehüllen und die ständig vorhandene Wahrnehmung von Geräuschen sind die Aspekte des Schallschutzes und der Raumakustik von großer Bedeutung. Dies wird insbesondere im Kontext der sich abzeichnenden städtebaulichen Entwicklungen in dichten urbanen Zentren Bedeutung gewinnen. Als Antwort entwickelten die Forscher am ILEK verschiedene Prototypen für unterschiedliche Anwendungsfälle.

Abb 1: Passiver textiler Lagenaufbau, Foto: Fabian Schmid ILEK
Abb 2: Adaptiver textiler Lagenaufbau, Foto: Fabian Schmid ILEK
Abb 3: Transluzenter textiler Lagenaufbau, Foto: Fabian Schmid ILEK

Für opake Fassadenbereiche wurde ein passiv wirkender, gradierter Verbundvliesstoff erforscht, der in unterschiedlichen Stärken hergestellt werden kann. Die gespiegelte Anordnung von zwei Vliesstoffen ermöglicht die Ausbildung von beschwerten Decklagen, die akustisch ähnlich eines Plattenschwingers wirken. Der Lagenaufbau setzt sich aus drei Schichten zusammen: zwei massekonzentrierte Deckschichten und eine offenporige, dämpfende Füllung (Abb 1).

Um die akustische Anpassungsfähigkeit des Systemaufbaus zu erhöhen, wurde weiterhin in Zusammenarbeit mit der GST GmbH ein zweilagiges, abgestepptes Taschensystem entwickelt. Dieses sogenannte Kollektorelement wirkt vor dem Verbundvliesstoff und kann durch eine variable Fluidfüllung zur Einstellung des Reflexions- bzw. Absorptionsgrades genutzt werden. Die Anpassungsfähigkeit der akustischen Parameter ist insbesondere bei sehr leichten Konstruktionen sinnvoll. Mit einem automatischen Steuerungs- und Regelungssystem wird die Raumakustik des Innenraums je nach Nutzung beeinflusst oder auch auf die Akustik des Stadtraums je nach Lärmpegel reagiert (Abb 2).

Zur Umsetzung von transluzenten Fassadenaufbauten, die eine Belichtung von Räumen mit natürlichem, blendfreien Licht ermöglicht, wurde schließlich ein wärmedämmendes mit Aerogel gefülltes Abstandsgewirk aus vorangegangenen Forschungsprojekten weiterentwickelt. Dieses Bauelement eignet sich durch das offenporige Aerogel als lichtdurchlässige Alternative zum dämpfenden Vliesstoff. Dieser Lagenaufbau ermöglicht so, die Anforderungen an den Schallschutz und an natürliche Belichtung gemeinsam zu erfüllen (Abb 3).

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes unterstreichen die Intention, dass Fassadensysteme zu einem anpassungsfähigen System ausgebaut werden sollten, um den Anforderungen an moderne Gebäude auch in dichten urbanem Kontext gerecht zu werden. Das Forschungsprojekt zeigte darüber hinaus, dass der Austausch über Disziplingrenzen hinweg wesentlich für die zukünftige Planung und Gestaltung ist. Die erforderlichen Prozesse, um die steigende Zahl von Anforderungen und Wechselwirkungen bearbeiten zu können, lassen sich nur im inter- und multidisziplinären Austausch erfüllen.

Weitere Informationen zur Forschung am ILEK

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