Ganzheitlich gefordert – Raumakustik in Schulen

Schulen sind Lebensräume für junge Menschen und ihre Lehrkräfte. Sie bedürfen deshalb einer entsprechend hohen Aufenthaltsqualität. Raumakustik hat daran wesentlichen Anteil. Der nachfolgende Beitrag liefert Details und praktische Hinweise für ArchitektInnen zur Planung und Umsetzung raumakustischer Maßnahmen in Schulgebäuden.

Die Bedeutung einer akustisch ausgewogenen Lern- und Lehrumgebung für den Schulerfolg ist wissenschaftlich nachgewiesen. Fachleute sehen im Schulbetrieb in den letzten zehn Jahren allerdings grundsätzliche Veränderungen, die deutliche Konsequenzen auf Planung und Gestaltung der Gebäude nach sich ziehen. Dirk Bauer, Assoziierter im Münchner Büro schürmann dettinger architekten, sieht diesen Prozess so: „Im Schulbau erleben wir – und wir fördern dies in unserer Arbeit durch eine stetige In-Frage-Stellung des Status Quo – eine Entwicklung, die dem geänderten Verständnis von Lernen und Leben in einer Schul­familie Rechnung trägt. Gegenüber einer ‚passiven Wissensvermittlung‘, die das schulische Lernen lange Zeit geprägt hat, sehen sich die Schülerinnen und Schüler heute in einer viel aktiveren Rolle, ­eigenverantwortlich die benötigten Kompetenzen und Fertigkeiten zu lernen und zu erarbeiten. Damit einher gehen unterschiedlichste Formen von Unterricht, natürlich auch noch im Klassenverbund, zusätzlich aber in Klein- und Kleinstgruppen, losgelöst von der Festlegung auf den Klassenraum und dabei im kontinuierlichen Wechsel von Phasen des Lernens, der Arbeit, von Spiel, Bewegung und Freizeit. Dies erfordert eine Abkehr von der klassischen ‚Flur-Klassen-Schule‘ hin zu einem Angebot vielfältig zu nutzender Raumbereiche mit gestiegenen Anforderungen an die Akustik.“

Ganzheitlicher Planungsansatz

Die Realisierung neuer pädagogischer Konzepte verlangt auch von ArchitektInnen entsprechende Änderungen in der Raumplanung und Ausgestaltung. Dabei steht offenbar viel stärker als früher ein ganzheitlicher Ansatz im Mittelpunkt. Es werden nicht mehr einzelne Segmente planerisch „abgearbeitet“, sondern sie sind Bestandteil eines integrierten Planungsprozesses. Begleitet wird diese Entwicklung von Anpassungen normativer Vorgaben auf dieses höhere Niveau. Dirk Bauer sagt dazu: „Die erforderlichen Flächen, die raumakustisch wirksam sein müssen, sind gewachsen und sie stehen in einem komplexen Zusammenhang mit anderen bautechnischen Anforderungen an Decken und Wände. Exemplarisch sind hier der sommerliche Wärmeschutz zu nennen (z. B. Speicherflächen in der Deckenkonstruktion), die Anforderungen, die an die Wandflächen durch die schulische Ausstattung gestellt werden (z. B. Wandtafeln, Stau- und Regalflächen, Laptop-Ladestationen) und der Wunsch nach einer höheren Transparenz (z. B. Verglasungsanteil, mobile Trennwände) zwischen den Raumbereichen. Vor diesem Hintergrund erfolgen die Planung und Integration von akustischen Maßnahmen nun schon in früheren Leis­tungsphasen und in größerem Umfang.“

Das Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP benennt in der Richtlinie „Akustik in Lebensräumen für Erziehung und Bildung (2015)“ drei grundsätzliche Ziele, die durch raumakustische Maßnahmen in Schulen allgemein erreicht werden sollen:

– Vermeidung von Lärm

– Minimierung von Störungen

– Gewährleistung von Sprachverständlichkeit

Sprachverständlichkeit ist das zentrale akustische Kriterium in allen Unterrichtsräumen, denn die Lernenden müssen das gesprochene Wort klar und problemlos verstehen können. Dazu sind in diesen Räumen ausreichend große Schallabsorptions­flächen erforderlich, so dass die Nachhallzeit möglichst niedrig ist. Bei zu wenig Absorptionsflächen kann Halligkeit auftreten. Sie führt dazu, dass Lehrer lauter sprechen, um die Klasse akustisch besser zu erreichen. Aber auch die Lernenden verhalten sich in halligen Räumen lauter, etwa bei Gruppenarbeiten. Daraus resultiert ein höherer Grundgeräuschpegel mit der Folge, dass noch lauter gesprochen wird. Diese Spirale bei der Geräuschbelastung wird als Lombard-Effekt bezeichnet.

Normvorgaben reichen oft nicht aus

Die für Raumakustik relevante Norm DIN 18041 „Hörsamkeit in Räumen“ legt für Klassenräume mit einem Raumvolumen bis ca. 250 m³ Nachhallzeiten von ca. 0,5 Sekunden fest. Reichen die Vorgaben der DIN 18041 unter den aktuellen Bedingungen tatsächlich aus? Die Erfahrungen schildern schürmann dettinger architekten wie folgt: „Wir stellen in der Projektbearbeitung immer wieder fest, dass normative Vorgaben in einem (zeitlichen) Kontext entwickelt wurden, der die tatsächlichen und aktuellen Anforderungen nicht in der gewünschten Form widerspiegeln kann. Dies manifestiert sich dann in einer definitorisch oft monofunktional ausgeprägten Vorgabe an Nutzungen, an Bauteile und Elemente, die nicht in der Lage sind, die tatsächlichen Bedürfnisse abzubilden.“ In der planerischen Abstimmung mit der Bauphysik, den Auftraggebern und den Fachdienststellen geht es für die Münchner Architekten daher nicht um bloße Normerfüllung, sondern darum, die individuellen Schutzziele gemeinsam zu definieren und festzulegen. Die Zusammenarbeit mit Bauphysikern zum Thema Akustik ist dabei selbstverständlich. Dirk Bauer: „Sie beginnt bereits in der Leistungsphase 2 in der Konzeption der gewünschten Raumcharakteristik. Fragen zur Materialität und konstruktive Erfordernisse werden schon hier diskutiert und in den darauf­folgenden Leistungsphasen vertieft. Mit Abschluss der Planung werden je nach Anforderung Messungen der ausgeführten Konstruktionen vor Ort durchgeführt.“

Höhere Ansprüche an Lernumgebung durch Ganztagsschule

Bei der Auswahl des Materials stehen für die Münchner Architekten Raumakustik und Design nicht in Konkurrenz, stattdessen werden beide Aspekte projektspezifisch in einem übergreifenden Entwurfsansatz gedacht. Erfahrungen mit akustischen Maßnahmen aus früheren Projekten fließen mit ein, gleichzeitig sucht man auch nach neuen Möglichkeiten, um weiterführende Frei­heiten in der Raumkonzeption zu ermöglichen. Akustische Wirksamkeit, Materialökologie, Brandschutz und Gestaltprägung spielen dabei für die Architekten eine entscheidende Rolle. Für Dirk Bauer und seine KollegInnen ist die Auswahl der akustischen Systeme das Ergebnis einer gesamtheitlichen Betrachtung in ihrem Planungsprozess: „Eine Priorisierung dieser Aspekte treffen wir per se nicht.“ Allen drei materialtechnischen Eigenschaften werde allerdings, so die Erfahrung der Architekten, durch die öffentlichen Auftraggeber heute mehr Beachtung zuteil. Eine zeitgemäße Schule – auch vor dem Hintergrund der Ganztagsschule – ist geprägt vom Wechsel zwischen Phasen und Orten der Konzentration und der ­Regeneration sowie einem Angebot an vielfältigen Lebens-, Bewegungs- und Entfaltungs­räumen. Somit kommt fast allen Bereichen innerhalb eines Gebäudes die Aufgabe zu, mehr zu leisten als aus der eigentlichen begrifflichen Raumtitulierung zunächst abzuleiten ist. Dies gilt auch für die Raumakustik.

Integration, Koordination und Präzision sind dann auch kennzeichnend für den weiteren Prozess: „Die Raumakustik und die mit ihr verbundenen Gewerke stehen in einem komplexen Abhängigkeitsverhältnis zu einer Vielzahl anderer Planungsbeteiligter (insbesondere der Fachplanung Heizung/Lüftung/Sanitär und Elektro) sowie anderer baulicher Gewerke. In der Schnittstelle dazu ergeben sich somit bereits frühzeitig Themen, die der Klärung bedürfen. Neben der sich stetig verfeinernden Entwicklung der Aufbauten und Konstruktion hin zur Leistungsphase 5, ist die Frage der richtigen baulichen Taktung und der erforderlichen Abläufe im Bauprozess zu betrachten“, erläutert Dirk Bauer.

Raumakustik im Bildungscampus Freiham

Mit dem neuen Bildungscampus Freiham hat die Landeshauptstadt München eines der größten Schulbauprojekte der letzten Jahre realisiert. Im Wettbewerb setzte sich der Entwurf von schürmann dettinger architekten aus München durch. Der Campus besteht aus einer 5-zügigen Realschule, einem 6-zügigen Gymnasium, einer 5-zügigen Grundschule, einem Sonderpädagogischem Förder- und Kompetenzzentrum und der „Campusmitte“, in der die Mensa, die Küche, die Bibliothek, die Kunst-Werk-Musikräume und eine Zweifach-Sporthalle integriert sind. Die unterschiedlichen Nutzungen im Campus sind in drei Baukörpern mit insgesamt fast 60 000 m² Bruttogeschossfläche gegliedert, die in ihrer Materialität und Farbigkeit in einem übergeordneten Zusammenhang zueinanderstehen. In diesem Kontext wurden auch die akustischen Elemente geplant. Die nach dem pädagogischen Konzept des Münchner Lernhauses entstandenen Gebäude sahen Akustikmaßnahmen für alle Klassen, für die multifunktionalen Bereiche dazwischen, weitere Aufenthaltsbereiche und auch für die Erschließungs- und Pausenflächen vor.

Dirk Bauer von schürmann dettinger architekten beschreibt die Vorgehensweise bei der Umsetzung: „Bei der Bewertung der Klassenzimmer wurde eine Belegung mit 32 Lernenden mit einem raumakustisch wirksamen Volumen von ca. 195 – 230 m³ zugrundegelegt. Hieraus ergibt sich für die akustische Raumbedämpfung bzw. die Nachhallzeit ein Flächenanteil von 85 – 90 % der schallabsorbierenden Abhangdecken bezogen auf die Raumgrundflächen. Ergänzend zu den Decken wurden zur Einhaltung der erhöhten Anforderungen an die Nachhallzeit auch Maßnahmen im Wandbereich erforderlich.“

Akustik-Messungen durch externe Spezialisten

Die Größe und Zonierung der akustisch wirksamen Flächen wurde bereits mit Beginn der Leistungsphase 2 mit der Bauphysik diskutiert und bis in die Leistungsphase 5 stetig vertieft und optimiert, sowohl in Bezug auf die Konstruktion wie auf die Bauteilanschlüsse. Mit Fertigstellung der bau­seitigen Ausbauleistungen in den ersten Raumbereichen wurde die abgestimmte Planung im Hinblick auf ihre Wirksamkeit durch Messungen geprüft und bestätigt.

In den „Lernhäusern“ selbst wurden alle Decken der pädagogisch nutzbaren Bereiche mit Holzwolle-Akustikplatten abgehängt, ergänzt um Wandflächen mit Akustikbekleidungen. Die Verbindungshallen zwischen den „Lernhäusern“, die auch als Lern-, Aufenthalts- und Pausenbereiche genutzt werden können, sind an den Decken mit weiteren Akustikelementen ausgestattet. Bei den Wandflächen entschieden sich die Architekten für akustisch wirksame Vorsatzschalen aus HPL-­beschichteten Holzwerkstoffplatten, teilweise gelocht oder mit Microperforation ausgeführt.

Materialität von Holzwolle-Akustikplatten

Holzwolle-Akustikplatten in dieser Größenordnung (> 20 000 m²) kamen im Gesamtprojekt nicht nur aufgrund ihrer schallmindernden Eigenschaften zum Einsatz, sondern auch wegen ihrer spürbaren Materialität. Dirk Bauer: „Die Lernhäuser erstrecken sich je Geschoss auf einer Fläche bis zu ca. 1 200 m². Großflächige Verglasungen der Klassen-, Team- und Multifunktionsräume, gekoppelt mit einer allseitigen natürlichen Belichtung ermöglichen vielfältige Sichtbezüge und informelle Kontakte. Den Deckenflächen kommt dabei eine hohe räumliche Wahrnehmung zu. ­Unsere Intention war es daher, neben den Anforderungen an Akustik, Brandschutz und Ökologie bei den abgehängten Decken eine Oberfläche zu generieren, die in ihrer Materialität ‚begreifbar‘ ist – vergleichbar mit dem ‚sichtbar werden‘ der Herstellung von Beton oder der natürlichen Strukturierung von Holz.“

Bei der Detail-Ausführung der Holzwolle-Akustikplatten ging es den Architekten zunächst um die Entwicklung eines geeigneten Rasters, um eine ruhige, flächige Wirkung des Plattenmaterials mit seinen Fugenstößen zu realisieren. Angestrebt wurde zudem eine wirtschaftliche Verlegung, welche die Aufnahme von Toleranzen erlaubt. „Ergänzend galt unser Augenmerk der Integration von Einbauelementen durch die Gewerke Haustechnik und Elektro sowie der Minimierung des Konstruktionsaufbaus im Sinne einer größtmöglichen lichten Raumhöhe“, erläutert Dirk Bauer. Die Unterkonstruktion besteht aus einer abgehängten Konstruktion mit Direktabhängern aus verzinkten Stahlblechprofilen als Grob- und Feinrost inklusive Akustikauflage schwerentflammbar bzw. Teilbereiche in nicht brennbar.

Der Feinabstimmung der Deckenfarben – die mit anderen Ausbauelementen korrespondieren – widmeten die Architekten innerhalb des Farbkonzepts des Campus besondere Aufmerksamkeit, da die Holzwolle-Akustikplatten aufgrund ihrer materialspezifischen Eigenschaften eine andere Farbwiedergabe im Vergleich zu glatten, homogenen Flächen besitzen. Die abgehängten Akus­tik-Decken sind werkseitig in Weiß eingefärbt und in einem regelmäßig geordneten Raster verschraubt; die Schraubenköpfe wurden in Farbe der Platten nachgefärbt.

Projektdaten

Projekt: Bildungscampus Freiham

Ort: Bodenseestraße 400,

81249 München

Bauherr: Landeshauptstadt München, Referat für Bildung und Sport,

Baureferat (Projektleitung)

Architektur: schürmann dettinger architekten, München, (Wettbewerb und Schulen) in Zusammenarbeit mit Auer Weber, München (Campusmitte)

www.schuermann-dettinger.de; ­

www.auer-weber.de

Innenausbau: TM Ausbau, München, www.tm-ausbau.eu

Nutzfläche: ca. 38 500 m²

Bauzeit: 2017– 2019

Eröffnung: September 2019

Knauf AMF-Produkte: (gesamte Fläche: 23 000 m²) HERADESIGN® superfine Platten im Format 625 x 2 500 mm, 25 mm dick mit Kante AK01, allseitig gefast, in der Farbe RAL 9003 Signalweiß

Planungshilfe Akustik in Schulen

Notwendige absorbierende Flächen – überschlägige Ermittlung (für Räume mit 30 bis 500 m³)Für einen Klassenraum mit ca. 200 m³ Raumvolumen (Grundfläche 80 m²; Raumhöhe: 2,50 m) und der Zuordnung in Raumgruppe A4 (Unterricht inklusiv) eine Nachhallzeit TSoll,A4= 0,46 s (für den Bereich von 125 – 4 000 Hz), die sich einstellt, wenn im Raum 71 m² Absorptionsfläche („Wirkungsgrad“ 1,0 = äquivalente Absorptionsfläche Aäqu) verbaut werden.Notwendige Absorptionsfläche in Abhängigkeit zur Raumgröße (Volumen) - Nutzungsart A4, DIN 18041Volumen[m²]5075100150200250300350400500Toben+20 %[s]0,360,420,460,510,550,580,600,630,640,67Tsoll (A4)0,26*lg(V)-0,14[s]0,300,350,380,430,460,480,500,520,540,56Tunten-20 %[s]0,240,280,300,340,370,390,400,420,430,45Aäqu0,163*V/Tsoll[m²]27354357718497109122145 αp1,00[m²]27354357718497109122145 0,95283745607590100115130155 0,90303948648095110120135160 0,853241506885100115130145170 0,803444547290105120135150180 bei einer mittleren Raumhöhe von 2,50m entspräche diese einer Belegung von % Deckenflächeαp1,00[%]13511510595908580807575 0,95 140125115100959085808075 0,90 1501301201051009590858580 0,85 16014012511510510095909085 0,80 1701451351201101051001009590Bei der konkreten Material- und Systemauswahl ist zu berücksichtigen, dass diese selten zu 100 % absorbieren. Die tatsächlich notwendige Fläche vergrößert sich entsprechend. Fällt die Wahl auf ein Produkt mit einem Schallabsorptionsgrad von 0,90, so vergrößert sich die erforderliche Fläche (tatsächliche Materialfläche) auf 80 m² statt ursprünglich 71 m². Im vorliegenden Beispiel entsprechen die 80 m² exakt der Grundfläche und somit der kompletten Deckenfläche.

Ergänzende Maßnahmen

Eine Verteilung der Absorptionsflächen im Raum ist nicht nur normativ vorgesehen, sie ist für alle Belange einer funktionierenden Raumakustik von entscheidender Bedeutung.

Wandabsorber Rückwand: Verhindert lange Übertragungswege im Vergleich zur direkten Schallübertragung. Durch den deutlich längeren Weg kommt der Schall später bei den ZuhörerInnen/SchülerInnen an und lenkt die Aufmerksamkeit entsprechend ab und verringert die Konzentration. Der Raum vermittelt ohne diese Belegung einen halligen Höreindruck.

Wandabsorber Flurwand: Mit der Fassade/Außenwand/Fenster ergibt sich aufgrund ihrer parallelen Anordnung im wahrsten Sinn des Wortes ein (Schall-) Spiegelkabinett. Ohne streuende Strukturen/Möblierung/Schränke o.ä., alternativ Wandabsorber, durchläuft der Schall einen Zick-Zack-Kurs, spielt Ping-Pong zwischen den Wänden und erzeugt ein Klingeln in den Ohren. Nicht nur technische Parameter, wie z.B. Nachhallzeit und Sprachverständlichkeit, werden dadurch deutlich verschlechtert, auch die kognitiven Fähigkeiten der Anwesenden leiden darunter erheblich.

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