Leichter und besser! Schallschutz von Leichtbauwänden im Holzbau – Anmerkungen für die Praxis
Thomas Thode Knauf Gips KG Iphofen, Deutschland
Mitautor: Dr. Wolfgang Rümler, Knauf Gips KG, Ipfhofen, Deutschland
Leichter und besser! Schallschutz von Leichtbauwänden im Holzbau – Anmerkungen für die Praxis
Neue Entwicklungen für eine bessere Schalldämmung, sowie Erhöhung der thermischen Masse von Trennwänden
1. Einleitung
Mit Trockenbauwänden können «Schalldämmwerte» von ca. 36 – 78 dB realisiert werden.
Der enorme Vorteil der Konstruktionen liegt darin, dass die gute Schalldämmung mit geringer Masse und Wanddicke erreicht wird. Aufgrund der hohen Variabilität bei der Plattenqualität, der Plattendicke und des Schalenabstandes, lässt sich punktgenau jede gewünschte Schall- dämmung auf der Baustelle erzielen.
Wo liegt der Reiz die Schalldämmung trotz des bereits vorhandenen hohen Niveaus weiter- hin zu verbessern?
Zum einen werden die Anforderungen, die der Kunde bei z.B. Wohnungstrennwänden, Kinowänden, Trennwänden in Musikschulen etc. stellt immer höher, zum anderen können mit besseren Produkten gleiche Schalldämmwerte mit einfacheren Konstruktionen reali- siert werden.
2. Schalldämmung einer klassischen Trockenbauwand mit Gipsplatten
Der typische frequenzabhängige Verlauf des Schalldämm-Maßes einer Trockenbauwand mit einer Lage Gipsplatten auf jeder Seite ist in Bild 1 dargestellt.
Charakteristisch ist die Resonanzfrequenz f0 des Masse-Feder-Masse-Systems bei ca. 80 Hz und die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg bei ca. 3150 Hz.
Die Resonanzfrequenz f0 ist eine Eigenschaft der Konstruktion, da sie von der Platten- masse und vom Schalenabstand abhängt. Oberhalb der Resonanzfrequenz sind beide Schalen akustisch entkoppelt und das Schalldämm-Maß nimmt mit steigender Frequenz mit ca.18 dB / Oktave zu.
Die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg ist eine reine Platteneigenschaft.
Abbildung 1: Schalldämm-Maß einer Trockenbauwand mit einer Lage Gipsplatten auf jeder Seite
Durch den Zusammenhang in Gleichung (1), kann man die Resonanzfrequenz f0 durch Erhöhung der Masse oder durch Vergrößerung des Abstandes der beiden Schalen zu tie- feren Frequenzen verschieben. Dies ist die klassische Methode um das Schalldämm-Maß einer zweischaligen Trockenbaukonstruktion zu verbessern.
d m 75 1 f
0
(1)f0 Resonanzfrequenz des Masse-Feder-Systems (in Hz) m flächenbezogene Masse einer Schalenseite (kg/m2) d Abstand der beiden Schalen (in m)
Rechenbeispiel für eine Konstruktion mit 2 x Gipsplatten (8,5 kg/m2) und CW 75:
Hz 0,075 66
8,5 2 75 1
f
0
Das bewertete Schalldämm-Maß Rw verbessert sich von 47 dB auf 55 dB (Bild 2).
Abbildung 2: Verschiebung der Resonanzfrequenz durch Erhöhung der Masse (2 Lagen Gipsplatten auf jeder Seite)
Die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg berechnet sich nachfolgender Gleichung:
E ρ d 64 1
f
g
(2)fg Koinzidenz-Grenzfrequenz (in Hz) d Dicke der Platte (in m)
ρ Dichte (in kg/m3)
E Elastizitätsmodul (MN/m2)
Folgende Zusammenhänge ergeben sich für Gipsplatten aus Gleichung (2):
‒ dünn → Koinzidenz-Grenzfrequenz bei höheren Frequenzen
‒ weich → Koinzidenz-Grenzfrequenz bei höheren Frequenzen
‒ hohe Dichte → Koinzidenz-Grenzfrequenz bei höheren Frequenzen
‒ dick → Koinzidenz-Grenzfrequenz bei niedrigeren Frequenzen
‒ hart → Koinzidenz-Grenzfrequenz bei niedrigeren Frequenzen
Eine 12,5 mm Standard-Gipsplatte hat ihre Koinzidenz-Grenzfrequenz bei ca. 3150 Hz, eine 25 mm Massivbauplatte bei ca. 1600 Hz (Bild 3).
Abbildung 3: Unterschiedliche Koinzidenz-Grenzfrequenz fg bei unterschiedlicher Plattendicke Masse ungefähr gleich
3. Optimierung der Schalldämmung im Bereich der Koinzidenz-Grenzfrequenz
Durch die Kombination unterschiedlicher Plattendicken kann das Schalldämm-Maß im Be- reich der Koinzidenz-Grenzfrequenz optimiert werden. Diese Optimierung ist in der Praxis sehr einfach umsetzbar. Die Erkenntnisse sind nicht neu, werden aber trotzdem selten umgesetzt.
Abbildung 4: Verkleinerung des Koinzidenzeinbruchs durch Kombination verschiedener Plattendicken Gesamtbeplankungsdicke bleibt gleich
Die Kombination verschiedener Plattendicken kann den Einbruch deutlich verkleinern.
Bild 4 zeigt die Kombination einer 15,0 mm und 10,0 mm Diamantplatte im Vergleich zu zwei 12,5 mm Diamantplatten. Das Minimum in der Schalldämmkurve bei 3150 Hz liegt um ca. 5 dB höher. Das bewertete Schalldämm-Maß Rw verbessert sich von 63 dB auf 66 dB. Die flächenbezogenen Massen beider Wände sind identisch. Durch die Kombination 18,0 mm Diamant und 6,5 mm GKB ist der «Einbruch» nochmals geringer.
4. Beeinflussung der Plattenschwingungen (Modales Design)
Im tiefen Frequenzbereich liegen außer der Resonanzfrequenz f0 des Doppelschalensystems auch die Grundschwingungen der Platten (Eigenmoden). Die ersten Oberschwingungen liegen im mittleren Frequenzbereich.
Durch zusätzliche Hölzer werden die Eigenschwingungen der Platten bei einer Holzstän- derwand verändert. Bild 5 zeigt das Schalldämm-Maß einer Holzständerwand mit Achsab- stand 62,5 cm, bei der zusätzlich Hölzer in der Mitte des Gefaches eingebaut wurden.
Die Grundschwingung der Platten bei ca. 63 Hz ist deutlich gedämpft, was eine deutliche Verbesserung des Schalldämm-Maßes zwischen 50 und 100 Hz bewirkt. Durch den Einbau des zusätzlichen Schwingungsknoten, ist die Oberschwingung bei 250 Hz ausgeprägter und führt zu einem Einbruch in der Schalldämmkurve.
Abbildung 5: Holzständerwand mit zusätzlichem Ständer in der Mitte
Durch die asymmetrische Verschiebung des Holzes, wird die Oberschwingung bei 250 Hz erheblich gestört und der Einbruch in der Schalldämmkurve kann eliminiert werden (Bild 6).
Abbildung 6: Holzständerwand mit zusätzlichem Ständer exzentrisch angeordnet
Die asymmetrische Anordnung von Holzständern wird in der Praxis noch nicht realisiert.
Das Grundprinzip von Bild 5 wird jedoch bei einer Gebäudeabschlusswand, dargestellt in Bild 7 angewendet. Durch die Anordnung zusätzlicher Ständer, kann das Schalldämm-Maß im tiefen Frequenzbereich deutlich verbessert werden, was sich in der Grafik und in den hervorragenden Spektrum-Anpassungswerten zeigt. Der Einbruch im Bereich zwischen 250 und 500 Hz ist nur leicht ausgeprägt.
Abbildung 7: Gebäudeabschlusswand, Verbesserung durch Ständerachsabstand 31,5 cm
5. Neuartige Schallschutzplatte Silentboard
Silentboard ist eine neuartige 12,5 mm Schallschutzplatte mit sehr hoher Masse und trotzdem hoher Biegeweichheit.
Technische Daten:
‒ Maße 12,5 mm x 625 mm x 2500 mm (2000 mm)
‒ Plattengewicht 17,5 kg/m2
‒ Plattentyp GKF (DIN 18180) DF (DIN EN 520)
Der Unterschied der Schalldämmung einer «Silentboard-Wand» zu einer «GKB-Wand» ist in Bild 8 dargestellt. Durch das hohe Flächengewicht liegt die Resonanzfrequenz f0 der Silentboard-Wand unterhalb 50 Hz. Die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg befindet aufgrund der hohen Dichte und des niedrigen E-Moduls bei 4000 Hz. Mit einem CW 75 Profil und 2 Lagen Silentboard auf jeder Seite wird ein bewertetes Schalldämm-Maß von 68 dB erreicht.
Abbildung 8: Silentboard-Wand im Vergleich zu einer GKB-Wand
«Höhere Schalldämmung bei gleicher Konstruktion»
Abbildung 9: «Gleiche Schalldämmung mit einfacherer Konstruktion»
Mit einer Silentboard-Einfachständerwand kann die gleiche Schalldämmung, wie mit einer Piano-Doppelständerwand erreicht werden (Bild 9).
In Tabelle 1 sind weitere Konstruktionsbeispiele mit Silentboard aufgeführt.
Tabelle 1: Metallständerwände mit Silentboard
Bei der Aufrüstung bestehender Wände (Modernisierung) können mit der neuartigen Schallschutzplatte hervorragende Schalldämmwerte erzielt werden.
Tabelle 2: Aufrüstung bestehender Wände mit Silentboard
Hinweis: Für die schalltechnische Planung von Trockenbaukonstruktionen sind die Rechenwerte der bewerteten Schalldämm-Maße Rw,R aus den Detailblättern der Knauf Dokumentation zu verwenden.
6. Erhöhung der Thermischen Speichermasse mit PCM
Standard Gipsplatten haben eine geringe spezifische Wärmespeichermasse. Diese Wär- mespeichermasse kann jedoch erheblich vergrößert werden, wenn PCM haltige Gipsplat- ten verwendet werden. Die Erhöhung der thermischen Masse im Gebäudeinneren kann eine positive Wirkung auf den sommerlichen Wärmeschutz haben, und die thermische Behaglichkeit deutlich erhöhen. Der Einsatz verursacht keine Folgekosten und ist absolut wartungsfrei.
PCM (PCM = Phase Change Material), ist ein Latentwärmespeicher, der selbständig auf Temperaturänderungen reagiert und diese ausgleicht.
In gezeigten Bespiel handelt es sich um einen Latentwärmespeicher, der eine Schalttem- peratur von 23°C hat. Dieser besteht aus kleinen verkapselten Wachs. Dieses Wachs schmilzt bei einer Temperatur von 23°C. Während dieser Phasenumwandlung wird Wär- meenergie aufgenommen und gespeichert. Hierbei werden Temperaturspitzen reduziert.
Fällt die Raumtemperatur in den Nachtstunden, läuft der Vorgang umgekehrt ab. Der Kern der PCM Perlen kühlt ab, erstarrt und ist wieder bereit, die nächste Temperaturspitze aufzunehmen.
Je mm Plattendicke existiert eine Speicherkapazität von ca. 19kJ/m² (bei 3K Temperatur- spreizung). Kalksandstein liegt im Vergleich bei 3kJ/m² und ein Wärmedämmziegel bei 1,8kJ/m².
Abbildung 10: Erforderliche Bauteildicke mit äquivalenter Wärmespeicherkapazität zu Knauf Comfortboard
7. Fazit
Heutige Trockenbaukonstruktionen sind in der Lage leicht, platzsparend, schalltechnisch hochwertig und mit hoher thermischer Speichermasse Bauaufgaben zu erfüllen. Im Ver- gleich zum Massivbau können wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden.
