Integrierte Schallabsorption in thermisch aktivierten Betondecken - akustische und thermische Wirksamkeit periodischer Schallabsorberstreifen

Aus energetischer und auch raumklimatischer Sicht sind thermisch aktivierte Betondecken sinnvoll. Eingesetzt in Verwaltungsbauten tritt aber ihr Nachteil in Erscheinung: Sie sind akustisch reflektierend. Übliche Lösungsansätze sind schallabsorbierende abgehängte Segel und Absorberbaffles oder großflächig einbetonierte, wärmeleitende Schallabsorber. Hier wird ein alternativer Ansatz vorgestellt und akustisch sowie thermisch beurteilt. Wenige Streifen Schallabsorber werden bündig und in periodischer Anordnung in die Betondecke betoniert. Für die Berechnung des Schallabsorptionsspektrums wird ein schon vielfach publiziertes Modell (Rayleigh-Ansatz) verwendet. Es prognostiziert das Schallabsorptionsspektrum für senkrechte Schallinzidenz gut; für diffuse Schallinzidenz ist der Unterschied zur Hallraummessung vermutlich wegen des Kanteneffekts größer. Der Schallabsorptionsgrad der Konstruktion kann mittels geschickter Wahl der Streifengeometrie eingestellt werden und ist deutlich höher als das Flächenmittel erwarten ließe. Einerseits wird die thermische Effizienz bauteilbezogen über einen Wirkungsgrad bestimmt, bei dem die Wärmeströme der Decken mit Absorberstreifen zu einer unbehandelten Referenzdecke ins Verhältnis gesetzt werden. Andererseits wird das Raumklima mithilfe eines Raummodells für Büroräume im Massiv- und Leichtbau untersucht. Der Einfluss der Streifen (Absorberflächenanteil von 20 %) auf den thermischen Wirkungsgrad und das Raumklima ist gering. Es werden zwei Absorbermaterialien im Streifenansatz untersucht: offenzelliger Glasschaum und mikroperforierte Absorber aus Metall. Während der Absorber aus Metall thermisch Vorteile zeigt, weist dessen Schallabsorptionsspektrum selbst bei hoher Flächenbelegung einen deutlich geringeren Schallabsorptionsgrad auf als z. B. offenzellige Glasschaumstreifen mit nur 20 % Deckenbelegung. Eine Demonstration in situ zeigt das Potential der periodischen Absorberstreifen. Jedoch ist der in diesem Demovorhaben gewählte Weg, die Absorberstreifen in die Betondecken zu integrieren, noch verbesserungswürdig.

From the perspectives of energy as well as indoor climate, thermally activated concrete ceilings make sense. Used in office buildings, however, their drawback becomes apparent: they are acoustically reflective. The conventional approaches use sound-absorbing suspended sails and absorber baffles or heat-conducting sound absorbers embedded in large areas of the concrete. In this paper, an alternative approach is presented and is evaluated acoustically and thermally. A few strips of sound absorber, arranged at intervals, are mounted flush into the concrete ceiling. To calculate the sound-absorption spectrum, an already widely publicised model (the Rayleigh approach) is used. It predicts the sound-absorption spectrum for normal sound incidence very well. For diffuse sound incidence, the difference to reverberation chamber measurements is greater, presumably because of the edge effect. The sound- absorption coefficient of the design can be tuned by skilful choice of the strip geometry, and it is significantly higher than the expected average value for the surface. On the one hand, the thermal efficiency of the components is determined by comparing the heat fluxes in the ceilings with absorber strips to an untreated reference ceiling. On the other hand, the indoor climate is investigated using a room model for office rooms of both solid and lightweight constructions. The influence of the strips (proportion of absorber area 20 %) on the thermal efficiency and indoor climate is low. Two absorber materials are examined in the strip approach: open-cell foam glass and a micro-perforated metallic absorber. While the metallic absorber displays thermal advantages, its sound absorption spectrum - even at high surface-coverage proportions - exhibits a much lower absorption coefficient than, for example, open-cell foam glass strips with only 20 % ceiling coverage. A demonstration in situ shows the potential of the absorber strips spaced at intervals. However, the method chosen in this demonstration project to incorporate the absorber strip into the concrete ceilings needs to be improved.