RM Rudolf Müller
Schallschutz in der Technischen Isolierung

Abb.1: Lärmbelästigung stellt ein großes Problem dar. (Bild: Anton Starikov/123RF)

Planung
02. April 2020 | Artikel teilen Artikel teilen

Schallschutz in der Technischen Isolierung

Der Technische Brief Nr. 16 informiert über Teilaspekte der Akustik, die für Wärme- und Kältedämmungen relevant sind, vermittelt grundlegende Eigenschaften von Schall und gibt Empfehlungen für seine erfolgreiche Reduzierung in der Industrie. Damit stellt er eine notwendige Information für den Planer und Isolierer dar.

Im Chemie- und Kraftwerksbau stellt Lärmbelästigung seit jeher ein großes Problem dar. Denn betroffen sind davon nicht nur Arbeitnehmer, sondern auch die anrainenden Nachbarn. Abhilfe schafft eine richtig errechnete und angebrachte Schalldämmung.

Grundlagen

Schall ist Teilchenbewegung – d. h. in diesem Fall – der Gas- bzw. Luftmoleküle. Wärme ist auch Teilchenbewegung. Der Unterschied besteht nur darin, dass bei der Wärme die Teilchenbewegungen ungerichtet sind und beim Schall tanzen die Teilchen in Wellen im Gleichtakt. Dämmungen auf Objekte aufgebracht, bilden lufteinschließende Schichten, die die Teilchenbewegungen in der eingeschlossenen Luft oder in den Gasen abbremsen.

Die Schallwellen lassen sich durch diverse Größen, in Art, Auslenkung (Amplitude), Energiedichte usw. beschreiben. Die Größen sind Schalldruck, Schallleistung, Frequenz und Wellenlänge.

Wahrnehmung von Schall

Druckschwankungen, die sich wellenförmig und allseitig ausbreiten, nehmen Menschen als Geräusche wahr. Die Stärke der Druckschwankungen widerum als Lautstärke. Diese wird als Schalldruckpegel gemessen und dargestellt. Dieser ist Teil des Kernanliegens im Schallschutz und daher von erheblicher Bedeutung. Daneben ist die Frequenz von hoher Bedeutung. Zum einen, weil hohe Frequenzen im Vergleich zu tiefen als unangenehmer empfunden werden. Zum anderen sind tiefe Frequenzen schlechter aufzuhalten und wirken quasi durchdringender.

Menschen mit gutem Gehör hören Schallschwingungen in einem Frequenzbereich von 20–20.000 Hz (Hertz). Für den Schallschutz ist der Frequenzbereich von 63–8.000 Hz (1 Hz = 1 Schwingung/Sekunde) von Bedeutung, weil das menschliche Gehör besonders in diesem Bereich hörempfindlich ist. Schalldruck indes (gemessen in dB), ist ab einer Schwelle von ca. 85 dB gehörgefährdend und schon 5 dB darunter – bei 80 dB – befindet sich die Grenze zur Gehörerholung. Deshalb ist es das Ziel vieler Schallschutzmaßnahmen, den Schalldruckpegel noch darunter, d. h. unter 75 dB zu bringen.

Hörkurve als Parameter

Durch Messungen mit menschlichen Probanden wurde deren subjektive Schallwahrnehmung ermittelt, gemittelt und in Hörkurven dargestellt. Unser Gehör hört in logarithmischer Größenordnung. Entsprechend sind die Größenangaben (dB) logarithmisch.

Die wichtigste Hörkurve in der Industrie ist die Hörkurve A, die als Grundlage für die Bewertung gilt ((in dB(A)). Die Hörkurve A gibt an, was das Ohr hört. Bei 1.000 Hz entspricht der subjektive Höreindruck nach der Kurve A in etwa dem physikalisch gemessenen Wert: dB(A) = dB. In diesem Zusammenhang interessiert die Frage, welche Zunahme des Schallpegels als eine Verdoppelung der Lautstärke empfunden wird. In der Literatur werden die Werte 6 dB und 10 dB genannt. Das bedeutet, dass vier bzw. zehn gleichartige Schallquellen als doppelt so laut wie jede einzelne Schallquelle empfunden werden (s. Abb. 2).

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Abb. 2: Resultierender Schallpegel von n gleichen Schallpegeln L1 (Grafik: HDB)

Technische Schallquellen

Technische Schallquellen können sein: z.B. Pumpen, Turbinen, Strömungsgeräusche (z.B. in Rohren). Jede Schallquelle hat ein eigenes charakteristisches Frequenzspektrum. In Abb. 3 wird beispielsweise das Spektrum eines Ventilators dargestellt. Hier liegt das Maximum bei 500 Hz bis 1.000 Hz. Bei Schallschutzmaßnahmen ist es daher sinnvoll, diese auf diesen Frequenzbereich auszurichten (s. Abb. 3).

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Abb. 3: Frequenzspektrum eines Ventilators (Grafik: HDB)

Angaben zur Schallemission von Schallquellen

Allerdings hat sich eingebürgert, dass bei technischen Anfragen zum Schallschutz zunächst und oftmals nur ein Summenpegel dafür angegeben wird. Dieser zeigt nur eine Größenordnung. Wenn das Frequenzspektrum nicht bekannt ist, kann der dB-Summenpegel nicht in die A-bewerteten Einzelpegel aufgesplittet werden. Das Frequenzspektrum ist jedoch für eine Berechnung zwingend erforderlich.

Häufig wird von Auftraggebern gefordert, den Schalldruckpegel um z.B. 20 dB zu mindern. Es muss dann vor der Schalldämmmaßnahme das Frequenzspektrum bekannt sein. Das Frequenzspektrum muss vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt oder gemessen werden. Die daraus anzusetzenden Schalldämmmaßnahmen sind von einem Schallschutzfachmann zu bestimmen. Nach der Schalldämm-Maßnahme wird das Frequenzspektrum erneut gemessen und daraus der neue Gesamtpegel berechnet. Die Differenz beider Gesamtpegel muss dann größer oder gleich dem vom Auftraggeber geforderten Wert sein.

Schallschutz-Maßnahmen

Schallschutz-Maßnahmen leiten sich davon ab, welche Stoffe und Anordnungen (Dämmaufbauten) die Teilchenbewegungen in der Luft eingrenzen können. Die akustischen Eigenschaften eines Dämmsystems können vorrangig durch fünf konstruktive Maßnahmen beeinflusst werden:

  1. Dämmstoffe, die offenzellig sind, lassen den Schall in den Dämmstoff eindringen. Deren große innere Oberfläche bremst die Schallwelle. Bei Geschlossenzelligkeit ist die Dämmwirkung deutlich kleiner.
  2. Die Dämmstoffdicke beeinflusst die Dämmwirkung ebenso. In aller Regel gilt: Je dicker die Dämmung, desto höher die Dämmungwirkung.
  3. Der Abstand zwischen Objekt und Ummantelung kann die Schalldämmwirkung beeinflussen. Dort gilt: Je größer der Abstand, desto tieffrequenter die Wirkung.
  4. Unterkonstruktionen beeinflussen den Schallschutz. Dies kann beispielsweise durch elastische Elemente wie Omega-Bügel, Gummiteile oder auch Stahlwollekissen bewirkt werden.
  5. Körperschallabsorbierende Werkstoffe wie selbstklebende Bitumenfolien oder Spritzmassen erhöhen das Flächengewicht der Ummantelung und haben somit einen positiven Einfluss auf die gewünschten Schallschutzmaßnahmen.

Ermittlung von Verbesserungsmaßen

Das Verbesserungsmaß ist die Differenz des Schallpegels vor und nach einer Schallschutzmaßnahme. Die Dämmwirkung nimmt mit zunehmender Frequenz (Tonhöhe) zu. Insoweit kommt uns hier die Physik entgegen. Für verschiedene Standard-Dämmaufbauten gibt es in der einschlägigen Literatur Standardangaben zu Verbesserungsmaßen (Einfügungsdämmmaß). Zur Orientierung des Planers geben Dämmstoffhersteller mittlere Verbesserungsmaße für Standard-Dämmaufbauten mit ihren schalldämmenden Produkten an. Diese müssen auf konkrete Schallschutzaufgaben angepasst bzw. gewichtet werden.

Als Beispiel soll hier eine ebene Kanalwand dienen, deren Frequenzspektrum einmal mit und einmal ohne Dämmung dargestellt wird (s. Abb. 4). Die Unterkonstruktion ist entkoppelt.

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Abb. 4: Verbesserungsmaß bei einer ebenen Kanaldämmung mit Entdröhnung und entkoppelter Unterkonstruktion (Grafik: HDB)

Schalldämmung bei Rohrleitungen

Beim typischen Verlauf der Schalldämmung bei Rohrleitungen (s. Abb. 5) treten bei gewissen Frequenzen Pegeleinbrüche auf. Sie stellen eine vergleichbar schwache Dämmwirkung dar und werden Durchlassfrequenzen oder Ringdehnfrequenzen genannt.

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Abb. 5: Prinzipieller Verlauf einer Schalldämmung bei Rohrleitungen (Grafik: HDB)

Die Durchlassfrequenzen hängen vom Verhältnis der Schallgeschwindigkeit des Mediums zum inneren Umfang des Mediumrohres ab. Grundsätzlich hängt die Schalldämmung auch von der Wandstärke und dem Durchmesser des Rohres ab (s. Abb. 6).

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Abb. 6: Beispiel Rohrleitungsisolierung bei einem Rohrdurchmesser von 100 mm und einer starren Unterkonstruktion. (Grafik: HDB)
Konstruktion:
– Dämmung: 100 mm Mineralfaser
– Ummantelung: 1 mm Stahlblech

Schallschutzkonstruktionen bei Wärmedämmungen

Eine kombinierte Schall-Wärmedämmung baut sich unterschiedlich auf. Die Schalldämmung ohne Luftspalt (s. Abb. 7) weist eine direkt am Objekt liegende Wärmedämmung mit ebenfalls direkt auf der Mineralwolle liegenden Ummantelung auf. Anders dagegen die Schalldämmung mit Luftspalt. Der Luftspalt mit dem Abstand d wird mithilfe eines Abstandhalters hergestellt, der sich auf dem Dämmstoff abstützt. Die dritte Variante weist einen Abstandshalter in schallentkoppelter Ausführung auf, der als Stützkonstruktion zum Objekt ausgebildet ist.

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Abb. 7: Schalldämmungsbeispiele bei Wärmedämmung mit und ohne Luftspalt (Grafik: HDB)

Schallschutzkonstruktionen bei Kältedämmungen

Klassische Ausführungsprinzipien des Schallschutzes bei Kältedämmungen erfordern eine Kombination von geschlossen- und offenzelligen Dämmstoffen.

Hierbei ist zu beachten, dass der geschlossenzellige Dämmstoff immer auf der äußeren Seite angebracht wird, um eine Durchfeuchtung zu vermeiden (s. Abb. 8).

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Abb. 8 (8.1, 8.2): Schalldämmbeispiele bei Kältedämmungen (Grafik: HDB)

Schlüsselfragen zu schalltechnischen Aufgaben in der Wärme- und Kältedämmung

Für die Planung von Schallschutz sind daher grundsätzlich die nachfolgend aufgeführten fünf Checklistenpunkte wesentlich:

  1. Frequenzspektrum der Schallquellen
  2. Einzuhaltende Zielschallpegel nach Dämmung
  3. Abmessungen der zu dämmenden Objekte und Örtlichkeiten
  4. Angrenzende schalltechnische Störquellen
  5. Beachtung von ortsgebundenen Bedingungen (Brandschutz o.ä.)

Diese sind bei schallschutztechnischen Fragestellungen vom Auftraggeber abzufordern und gegebenenfalls vertraglich festzulegen. Ohne diese Mindestfragen kann kein ernstzunehmender Schallschutz hergestellt werden.

Fazit

Für schallschutztechnische Aufgaben in der Industrie und zu deren Lösung sind sowohl klare Angaben zu Schallpegeln in Abhängigkeit zur jeweiligen Frequenz, sowie weitere Angaben s. o. zwingend notwendig. Dabei sind hier nur die wesentlichen Gesichtspunkte beleuchtet. Die Betrachtungen zur Lärmminderung können unter Umständen neben der fünf genannten Punkte weitere Angaben erfordern. Schall ist für unser Gehör ein nicht-lineares Ereignis. Entsprechend sind die Berechnungen hierzu komplex. Durch die gegenseitige Beeinflussung der zu dämmenden Objekte mit den Dämmaufbauten und den in den Dämmaufbauten akustisch wirksamen Bauteilen, braucht es zugleich viel Erfahrung oder auch Versuche im Labor. Daraus ergibt sich, dass für eine qualifizierte Lösungsfindung und Anwendung von Schalldämmung konstruktives und physikalisches Fachwissen zwingend notwendig ist.


Autorenschaft: Technischer Ausschuss des WKSB im HDB


WKSB-Briefe unterstützen den Isolierer mit begleitenden Informationen zu seinem Gewerk: Die Schwerpunkte sind Akustik, Korrosions- und Brandschutz.
Die WKSB-Briefe stehen auf der auf der Webseite des HDB zum Download zur Verfügung.

 Der Beitrag ist auch in Ausgabe 1.2020 der Fachzeitschrift TI – Technische Isolierung (Februar 2020) erschienen.

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