Natürliche Fensterlüftung – Bauliche Schalldämm­lösungen für Wohnbauten

Mit zunehmender Urbanisierung und wachsender Verkehrsdichte steigt die Lärmbelastung in den Städten. Mit strategischen Lärmaktionsplänen greifen viele Städte die Belas­tung durch verschiedene Lärmquellen auf und bieten für die Planung projektbezogene Lärmschutzmaßnahmen an, die im Wesentlichen ohne eine Reduzierung der Emissionen an der Lärmquelle auskommen müssen. Das bedeutet: Insbesondere für Wohnneubauten im lärmbelasteten Umfeld werden geeignete bauliche Schutzmaßnahmen gesucht.

Bauliche Schallschutzmaßnahmen

Für Gebäude steht zum baulichen Schallschutz der Fassaden eine bewährte Schallschutztechnik von Bauteilen zur Verfügung. Die technischen Anforderungen werden durch die als Technische Baubestimmung eingeführte Norm DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“ konkretisiert. Sie enthält Mindestanforderungen an die Luft- und Trittschalldämmung von Bauteilen. Schwieriger wird die Planung und Ausführung der Gebäudehülle, wenn Schallschutzanforderungen mit Anforderungen zur Belüftung kombiniert werden. Für eine natürliche freie Lüftung im Gebäude müssen Fens­ter geöffnet werden, wodurch die schalldämmende Wirkung der Außenhaut massiv einbricht. Bei Büro- und Verwaltungsbauten wurde dieser Thematik in der Vergangenheit durch Doppelfassaden begegnet. Für Doppelfassadenkonstruk­tionen werden die Erfordernisse aus der Nutzung als Bürogebäude mit den Klima- und Lärmeinwirkungen am Gebäudestandort bewertet.

Der Konflikt einer natürlichen freien Lüftung bei gleichzeitigem Schallschutz für Wohnbauten in städtischer Lage ist mittlerweile zu einem neuen Planungsthema geworden. Aus der Nutzung als Wohnraum ergeben sich für die Planung andere Erfordernisse. Sowohl für die Belastung durch Lärm und Klima ist die jeweilige Tages- und Nachtsituation zu bewerten. In den Lärmaktionsplänen der Kommunen sind konkrete Maßnahmen zur Minderung der Lärmbelastung festgelegt. ­Als Auslösewerte für den Lärmpegel in urbanen Gebieten werden in der TA Lärm (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm) zur Vermeidung von Gesundheitsgefährdung tagsüber ein Lärmpegel ≥ 63 dB(A) und für nachts ein Lärmpegel ­≥ 45 dB(A) angesehen. Werden diese Werte im Stadtgebiet überschritten und können nicht allein durch aktive Maßnahmen, wie z. B. Geschwindigkeitsbegrenzungen, Verkehrsberuhigungen etc. gesenkt werden, sind passive Schallschutzmaßnahmen für die Baumaßnahmen notwendig. Die Anforderungen für den Neubau von Wohnungen in solchen lärmbelasteten Zonen sehen meistens vor, dass die Situation mittels schalltechnischer Untersuchung und Prognose analysiert wird und Maßnahmen zum Schallschutz in der Bauausführung berücksichtigt werden. Das können die Ausstattung der Fassaden mit angemessenen Schalldämmmaßen sein, die Sicherstellung einer Belüftung von Schlaf- und Kinderzimmern ohne störende Lärmbelastung von außen oder auch das Verlegen von Aufenthaltsräumen auf die „ruhige“ Gebäudeseite.

Im Hamburger Areal der HafenCity hat die Überschreitung des Immissionsrichtwertes für die Nacht zu konkreten Planungsvorgaben geführt. Ziel der Planungsvorgaben für das Hamburger HafenCity Areal ist es, ein Schlafen bei gekipptem Fenster zu ermöglichen. Diese konkreten Vorgaben sind mittlerweile in anderen Städten zur Planungsvorlage für Wohnbauten in lärmbelastetem Umfeld geworden.

Vorgehensweise in der Planung

Zu Beginn der Gebäudeplanung sind die Lärm­immissionen für den Gebäudestandort zu ermitteln. Die für den Standort identifizierten Lärm­arten, -richtungen, -pegel und -zeiten bilden die Grundlage für notwendige bauliche Maßnahmen zur Schallreduzierung. Die Berücksichtigung der spezifischen Lärmsituation in der Gebäudeorientierung und im Grundriss sind erste wirksame Möglichkeiten, ein komfortables Umfeld für die Bewohner zu schaffen. Bei großen Wohnanlagen gelingt es aber nicht immer, empfindliche Räume, wie Schlaf- und Kinderzimmer, auf die lärmabgewandte Seite des Gebäudes zu legen. Hieraus entstehen dann besondere Anforderungen an die Außenfassade mit ihren Öffnungselementen, um trotzdem eine zumutbare Wohn- und Schlafruhe zu ermöglichen. Fenster sollen zur Lüftung und auch zur Außenwahrnehmung zu öffnen sein; gleichzeitig soll hierdurch aber keine Lärmbeläs­tigung entstehen.

Als Beurteilungslärmpegel wird der aus der Lärm­immissionsbelastung 0,5 m vor der jeweiligen Fensterposition ermittelte Lärmpegel herangezogen. Zielwert ist der sogenannte Innenraumpegel; er bezieht sich auf den Schallpegel, der durch Geräusche, die von außen in den Raum eindringen, verursacht wird. Für Schlafräume soll dabei ein gesundheitlich unbedenklicher Wert von ≤ 30 dB(A) nicht überschritten werden, ohne auf die Öffnungsmöglichkeit des Fensters verzichten zu müssen. Je nach Beurteilungslärmpegel ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an den Schalldämmwert für das zur Lüftung geöffnete Fenster (siehe Tabelle 02).

Fensterlösungen im lärmbelasteten Umfeld

Für die unterschiedlichen Anforderungen an den Schalldämmwert bei geöffnetem Fensterelement stehen verschiedene Fensterlösungen zur Auswahl. Geht man von einem üblichen Dreh-Kipp-Fenster aus, so kann man in Kippstellung bei einer Fens­tergröße von ca. 2 m² Schalldämmwerte von ca. 6 – 8 dB erreichen. Eine Vielzahl von Untersuchungen aus den 1980er- und 1990er-Jahren haben gezeigt, dass man durch die Reduzierung der Kipp-Öffnungsweite und die gleichzeitige Verkleidung von innerem Fenstersturz und -laibung den Schalldämmwert in Kippöffnung auf bis zu 16 dB erhöhen kann (Abb. 04). Im Hamburger Leitfaden „Lärm in der Bauleitplanung“ wird dieser Lösungsansatz unter Bezug auf die Untersuchungen von Elmar Sälzer zum „Einfluss schallabsorbierender Laibungsverkleidungen auf die Schalldämmung von Fenstern in Kippstellung“, Zeitschrift Bauphysik 10 (1988), beschrieben. Für eine Fensterabmessung von 1,5 m x 1,5 m mit einer Öffnungsweite in Kippstellung von 40 mm und hochabsorbierender Laibungsverkleidung konnten Schalldämmwerte bis 16 dB gemessen werden (Abb. 04).

Größere Fensterabmessungen und größere Öffnungsweiten in der Kippstellung reduzieren die Schalldämmwerte. Ein Nachweis kann nur durch eine Schalldämmmessung für die im Bauvorhaben geplanten Fenstergrößen geführt werden. Sind aufgrund eines höheren Beurteilungslärmpegels höhere Schalldämmwerte für das geöffnete Fensterelement erforderlich, kommen sehr schnell zweischalige Lösungen zum Zuge. Eine mögliche Lösung sind dann Fenster mit Öffnungsbegrenzern sowie hochabsorbierende Materialien und partielle Prallscheiben vor den zu öffnenden Flügeln (Abb. 05). Je nach Anforderungsprofil kann ein Fensterkonzept mit partieller Prallscheibe außen unterschiedlich ausgeführt werden. Grundsätzlich sollte die äußere Prallscheibe das dahinterliegende Kippfenster überdecken, um eine direkte Luftströmung zum Kippflügel zu unterbinden. Ohne weitere Maßnahmen kann man durch die Vorsatzscheibe eine Verbesserung von 6 – 8 dB annehmen. Um die Schalldämmung einer Fensterlösung mit Prallscheibe optimal zu erhöhen, kann Absorbermaterial im Zwischenraum eingesetzt werden und die Luftführung durch seitliche Einlässe gezielt in den Zwischenraum erfolgen. In Abhängigkeit von Fenstergröße und Kippöffnung können mit optimierten Prallscheibenlösungen Schalldämmwerte um 36 dB für das geöffnete Fensterelement erreicht werden. Beim Einsatz von Prallscheibenlösungen bei Wohnbauten ist eine Öffnungsmöglichkeit zwecks ­Reinigung der Außenscheibe von innen ein­­zu­planen, denn anders als bei Fassaden für Bürogebäude ist bei Wohnbauten eine Reinigung der Fassade von außen in der Regel nicht vorgesehen. Für eine Akustikfensterlösung im Wohnbau ist die Reinigungsmöglichkeit der äußeren Scheibe von innen daher ein wichtiges Bewertungskriterium.

Eine andere Lösung bieten Verbundfensterkonstruktionen mit Luftführung über den Verbundfensterzwischenraum (Abb. 06). Besonders wirkungsvoll ist hier eine Luftführung über den Verbundfensterzwischenraum des unten angeordneten Festfeldes. Abhängig von der Elementgröße und den Öffnungen zum Lufteintritt und der Auskleidung mit Absorbermaterial können hier Schalldämmwerte bis zu 39 dB erreicht werden. Zusätzlich lassen sich mit einem Verbundfenster im geschlossenen Zustand sehr hohe Schalldämmwerte bis zu 50 dB realisieren. Wenn die Lärmbelastung tagsüber auch sehr hoch ist und man Lärmpegelspitzen z. B. durch vorbeifahrende Züge oder Straßenbahnen zu erwarten hat, ist auch die Schalldämmeigenschaft des geschlossenen Elements bei der Wahl eines Fens­terelementes zu berücksichtigen. Bei Gebäuden direkt an Straßen können Pegelspitzen z. B. durch vorbeifahrende Züge oder Lkws auftreten, die um 20 – 30 dB über dem ermittelten Durchschnitt liegen und deshalb sehr störend wirken können.

Eine klassische Schallschutzlösung sind Kastenfens­ter. Die Bauweise aus zwei getrennten Fensterelementen ist über 100 Jahre alt und hatte schon ­damals seine besondere Funktion in der Wärmedämmung und im Schallschutz gehabt. Mit geschlossenen Kastenfenstern können hohe Schalldämmwerte über 50 dB erreicht werden. Durch die Anforderung einer schallgedämmten freien Fens­terlüftung in Wohnbauten haben Kastenfenster wieder eine neue Bedeutung gefunden. Indem man die Öffnungen des äußeren Fensters möglichst weit entfernt von den Öffnungen des inneren Elements platziert und gleichzeitig die Laibung dazwischen mit absorbierendem Material auskleidet, kann eine sehr gute schallgedämmte freie Lüftung bis über 40 dB umgesetzt werden (Abb. 07). Für ein Optimum aus Lüftung und Schallschutz gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Öffnungskonzepten für Kastenfenster.

Einschalige Akustikfenster

Zweischalige Fensterlösungen haben für die freie Fensterlüftung je nach Ausführung ein Potential bis ca. 40 dB. Die bisher beschriebenen Fensterlösungen sind mit der geforderten Schalldämmung ab ca. 20 dB jedoch nur zweischalig umsetzbar. Dieser Umstand hat dazu geführt, dass in den letzten Jahren spezielle einschalige Akus­tikfenster für eine schallgedämmte freie Fensterlüftung entwickelt wurden, mit denen Schalldämmwerte bis 31 dB erreicht werden können (Abb. 08). Bei diesen Lösungen wird die Luft über die Profilkammern geleitet. Mit Hilfe von in den Profilen untergebrachtem schallabsorbierendem Material wird der strömenden Luft die Schall­energie entzogen. Sobald das Fenster in Kippstellung gebracht ist, wird der Luftweg freigegeben. Für Nutzer ist diese Lösung besonders attraktiv: Das Fenster ermöglicht zur Nacht in Kippstellung eine natürliche Lüftung ohne Lärmbelästigung von außen und kann tagsüber z. B. für eine Querlüftung oder zur Reinigung komplett aufgedreht werden. Mit diesem neuen Fenstertyp wird eine Lücke geschlossen, mit der im Anforderungsbereich von 20 – 30 dB einschalige Fensterlösungen umsetzt werden können.

Lüftungskonzept für Wohngebäude

Bei der Wahl des für das Bauprojekt geeigneten schallgedämmten Fensterkonzepts ist die Anforderung an die Lüftung zu bewerten. Die Lüftung von Wohnräumen hängt von zahlreichen Faktoren ab. Wesentlich sind die baulichen Gegebenheiten und das Nutzerverhalten. Ob ein Bewohner täglich seine Wohnung mit ausreichender Frischluft über die Fenster versorgen kann, hängt auch von seinem tatsächlichen Lüftungsverhalten ab. Die Fenster müssen ihm jedoch die Möglichkeit für den ausreichenden Luft­austausch in den verschiedenen Wohnbereichen bieten. Für Neubauten ist deshalb ein Lüftungskonzept zu erstellen. Grundlage dafür ist Norm DIN 1946-6, Lüftung von Wohnungen. Das Lüftungskonzept für Wohngebäude umfasst die Feststellung der Notwendigkeit von lüftungstechnischen Maßnahmen, den Vorschlag für ein nutzerunabhängig wirksames Lüftungssys­tem sowie ggf. die Festlegung von weiteren ­not­­wendigen nutzerabhängigen Lüftungsmaßnahmen. ­Planerisch wird bei freier Lüftung zwischen Querlüftung und Schachtlüftung unterschieden. In einem Lüftungskonzept nach DIN 1946-6 werden die vier Stufen Lüftung zum Feuchteschutz, reduzierte Lüftung, Nennlüftung und Intensivlüftung unterschieden.

Der durch Undichtheiten der Gebäudehülle verursachte Luftvolumenstrom (Infiltration) wird nach DIN 1946-6 nicht als eigenständiges Lüftungskonzept betrachtet, jedoch bei der Auslegung berücksichtigt. Bei freier Lüftung sollte zum Feuchteschutz und zur Gewährleistung der hygienischen Anforderungen ein kompletter Luftwechsel der Raumluft in den Wohnräumen durch Querlüftung erfolgen. Können zum Zweck einer Querlüftung gegenüberliegende Fenster komplett geöffnet werden, reichen je nach Jahreszeit 5 – 20 Minuten für den kompletten Luft­austausch aus. Bei schallgedämmten Lösungen für geöffnete Fensterelemente ist der zur Verfügung stehende Lüftungsquerschnitt reduziert. Hier müssen bei einer Querlüftung deutlich längere Lüftungszeiten für den Luftaustausch berücksichtigt werden.

Für die Bewohner sind Lösungen einfacher handhabbar, bei denen die Funktionen schallgedämmtes Lüften und kurzzeitige Querlüftung getrennt genutzt werden können. Fenster, die in Kippstellung eine schallgedämmte Lüftung bieten und gleichzeitig für eine Querlüftung komplett geöffnet werden können, unterscheiden sich nicht in der Bedienung und erzielen dadurch eine höhere Akzeptanz.

Zusammenfassung

Für die Planung von urbanen Wohnbauten mit einer Lärmbelastung aus Straßen-, Schienen- oder Luftverkehr steht die Ermittlung der Lärmimmissionen für den Standort und die Fassaden des Gebäudes am Anfang. Um für die Bewohner ein attraktives, ruhiges Umfeld zu schaffen, ist zum einen die notwendige Schallreduzierung für die geschlossene Fassade zu bewerten und zum anderen der Bedarf einer Schalldämmung für zur Lüftung geöffnete Fenster zu ermitteln. Insbesondere das Bedürfnis, bei geöffnetem Fenster zu schlafen, hat dazu geführt, dass unterschiedliche Konzepte für die schallgedämmte Fensterlüftung entwickelt wurden. Je nach Schalldämmanforderung und im Abgleich mit dem für das Gebäude erforderlichen Lüftungskonzept stehen dem Planer verschiedene Fensterlösungskonzepte zur Verfügung. Für Anforderungen bis ca. 31 dB an die Schalldämmung eines geöffneten Elements kann er auf einschalige Fensterkonzepte zurückgreifen. Bei höheren Anforderungen wird dann eine zweischalige Fensterlösung erforderlich. Für die Akzeptanz solcher Fensterkonzepte sind neben der Schalldämm- und Lüftungseigenschaft auch die Handhabung zur Reinigung und Bedienung der Fenster zu bewerten. Attraktive Wohnräume in wachsenden Städten sollen Ruhezonen in einem sonst lauten Umfeld sein. Diese Forderung wird in der Zukunft weiteres Optimierungspotential für Fenster und Fassadensysteme erschließen.

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