Schall im BIM

Eine Voraussetzung für eine Betriebsgenehmigung ist der schalltechnische Immissionsschutznachweis. Anhand von Immissionsmessungen oder -berechnungen wird überprüft, ob die Einhaltung eines zulässigen Schalldruckpegels am Immissionsort gewährleistet ist. Die Höhe des zulässigen Immissionspegels richtet sich z.B. bei Industrieanlagen nach den in der TA Lärm [5] festgelegten Immissionsrichtwerten (IRW, Tabelle 1). Da die IRW für die Gesamtbelastung gelten, sind für einzelne Teilanlagen z.T. nur erheblich reduzierte Pegel zulässig.

Wenn die Einhaltung des zulässigen Immissionsbeitrags einer bestehenden Teilanlage am Immissionsort messtechnisch nicht nachweisbar ist (z.B. aufgrund hoher Fremdgeräusche), muss der Immissionsbeitrag berechnet werden. Gleiches gilt für die Immissionsprognose neu geplanter Anlagen.  Neben den gesetzlichen Vorschriften gibt es noch weitere Gründe, sich mit dem Thema zu befassen:

Wenn Prognose, Beurteilung und Spezifikation der Emission / Immission (inkl. Schallschutzmaßnahmen) auf schalltechnisch eindeutigen Daten beruht, entfällt eine kostenaufwendige Mehrfachbearbeitung.

Eine eindeutige Dokumentation der Produkteigenschaften ermöglicht eine Vergleichbarkeit bei Planung und Einkauf.

Die Verwendung von Fachbegriffen der Technischen Akustik in der Ausschreibung und in den Vertragsunterlagen (Stichwort Spezifikation) ist unabdingbare Voraussetzung zur Beurteilung des Lieferumfangs bzw. der Bauausführung.

U.U. koordiniert und begleitet ein Planer auch die normgerechte Durchführung von schalltechnischen Abnahmemessungen.

Unabhängig von den o.g. gesetzlichen Vorschriften ist bei einer Planung grundsätzlich der Stand der Lärmminderungstechnik zu beachten. U.a. aufgrund der innerstädtischen Nachverdichtung ist dieser Stand immer weiter zu entwickeln. Dies betrifft insbesondere die Anlagen der TGA und die technisch möglichen Schallschutzmaßnahmen.

Ansatz der Schallleistungspegel

Erfahrungsgemäß sind TGA-Anlagen wie z.B. Kühlanlagen aufgrund ihrer Bauart und ihrer exponierten Lage meist immissionsrelevant. Deshalb ist es besonders wichtig, die Schallleistungspegel der TGA-Anlagen nach den folgenden Möglichkeiten korrekt anzusetzen:

CE-Kennzeichnung,

Herstellerangabe,

Berechnung anhand technischer Daten (z.B. Ventilatordrehzahl),

Durchführung von eigenen schalltechnischen Messungen an baugleichen bzw. vergleichbaren Anlagen,

vorliegende Angaben zu vergleichbaren Anlagen,

Veröffentlichter Stand der Technik.

Schalltechnische Konzeption

Unter akustischen Freifeldbedingungen (d.h. ungehinderte, halbkugelförmige Schallausbreitung über reflektierendem Boden) und Abständen zwischen Anlage und Immissionsort i.d.R. bis ca. 100 m kann die Konzeption eines maximal zulässigen Schallleistungspegels überschlägig nach Tabelle 2 erfolgen.

CE-Kennzeichnung

Ein Beispiel für die Angabe des Schallleistungspegels (Sound Power Level) im CE-Label zeigt Bild 1.

Herstellerangabe in einem Produktdatenblatt

Werden schalltechnische Kenngrößen vom Hersteller angegeben, ist grundsätzlich nochmals zu prüfen, ob es sich um unbewertete oder A-bewerte Pegelangaben handelt. Wird zwischen einem Schalldruckpegel in einem bestimmten Abstand und dem Schallleistungspegel differenziert? Welche Plustoleranz ist anzusetzen? Bei Anlagen, die nach Eurovent zertifiziert sind, ist grundsätzlich mit einer Plustoleranz von 2 dB zu rechnen.

Berechnung anhand technischer Daten

Liegen technische Daten zu einer Anlage vor, kann der Schallleistungspegel z.B. für einen Verteilungstransformator der Transformatorengruppe 1 Standard in Abhängigkeit seiner Bemessungsleistung S_r [kVA] und einer Standardabweichung s von 3 dB nach der VDI 3739 „Emissionskennwerte technischer Schallquellen, Transformatoren“ wie folgt berechnet werden:

L_WA = 30,2 + s + 14,6 x log(Sr) in dB(A)

Eigene Messungen

Werden Messungen durchgeführt, erfolgen diese i.d.R. nach der bzw. in Anlehnung an die DIN EN ISO 3744 [3]. Hierzu befindet sich der Prüfling idealerweise im akustischen Freifeld, so dass weder eine Umgebungs-, noch eine Fremdgeräusch-Korrektur erforderlich sind. Das Beispiel in Bild 2 zeigt einen Kühler, der tatsächlich im Freien unter Idealbedingungen vermessen wurde. Die virtuelle Hüllfläche in einem definierten Abstand („Schuhkarton“) wird mit dem Mikrofon mäandrierend gescannt – zu dem resultierenden Messflächen-Schalldruckpegel ist das Messflächenmaß zu addieren.

Unter realen Bedingungen müssen für jede Einzelschallquelle (ESQ) die Messfläche, der Messflächen-Schalldruckpegel sowie die Umgebungs- und Fremdgeräusch-Korrekturen ermittelt werden. Das Beispiel in Bild 3 zeigt TGA-Schallquellen auf dem Obermeyer-Gebäude in München.

Dreidimensionales Rechenmodell

Für die Berechnung der Schallausbreitung wird eine Schallquelle, eine Anlage bzw. ein ganzer Standort in einem dreidimensionalen Rechenmodell abgebildet. Das Modell für den Obermeyer-Standort München zeigt Bild 4. Beispielhaft sind einige messtechnisch ermittelte ESQ-Schallleistungspegel vermerkt. Das prinzipielle Modell zur Berechnung der Schallausbreitung eines Kühlers besteht aus einer Linienschallquelle für die Zuluft und einer Punktschallquelle für die Abluft.

Berechnung der Schallimmission

Entsprechend der TA Lärm [5] ist die Ausbreitungsberechnung nach der DIN ISO 9613-2 [4] durchzuführen. Der für die Beurteilung maßgebliche Immissionspegel berechnet sich wie folgt:

L_AT(DW) = L_W + Dc – A

L_AT(DW⇥Mitwind-Mittelungspegel in dB(A)

L_W⇥Schallleistungspegel in dB(A)

Dc⇥Richtwirkungskorrektur in dB

A⇥Pegelminderung auf dem ⇥Ausbreitungsweg in dB.

Z.B. in dem Fachvortrag „Schallausbreitung von Verflüssigern und Rückkühlern und deren Modellierung“ [9] wird die messtechnische Ermittlung von Richtwirkungskorrekturen beschrieben. Im Folgenden wird insbesondere der Schallleistungspegel als Basis des Rechenansatzes betrachtet.

Nur mit einem Rechenprogramm, welches den Qualitätsanforderungen und Prüfbestimmungen der DIN 45 687 [7] genügt (z.B. CadnaA [8]), können mit vertretbarem Aufwand die standort- und quellenspezifischen Parameter berechnet werden:

Abstand Quelle / Immissionsort,

Höhe Quelle / Immissionsort über Grund,

Bodenbeschaffenheit,

Hindernisse auf dem Schallausbreitungsweg,

Schallreflexionen,

witterungsbedingte Einflüsse,

Immissionsbeitrag.

Die Immissionsberechnungen können z.B. für einen Punkt (i.d.R. maßgeblicher Immissionsort) oder ein Punkteraster durchgeführt werden. Das Punkteraster kann so verdichtet und interpoliert werden, dass letztendlich eine flächenbezogene Ausbreitungsrechnung durchgeführt wird. In Bild 5 ist ein Beispiel für eine so berechnete Schalldruckpegelverteilung dargestellt. Die Angabe des Schalldruckpegels erfolgt farblich codiert entsprechend einer Legende.

BIM

BIM (Building Information Modeling) ist eine innovative Methode für das integrierte Arbeiten im Bauwesen. Architekten und Ingenieure aus unterschiedlichen Fachdisziplinen generieren sowie koordinieren vernetzt und zentral an einem digitalen Modell große Mengen an Planungsinformationen. Dies sichert allen Beteiligten eine hohe Qualität, Transparenz und Kostensicherheit. Obermeyer verfügt als Gesamtplaner über mehr als 50 Jahre Erfahrung in der interdisziplinären Integration von Prozessen. Unser BIM-Wissen baut auf diesen Erfahrungen auf.

BIM bei Obermeyer / Schall im BIM

Seit über zehn Jahren werden Projekte bei Obermeyer mit BIM-Methoden ausgeführt. Zudem ist Obermeyer Gründungsmitglied des buildingSMART e.V. und unterstützt dort seit 1995 in leitender Funktion die Entwicklung von neutralen BIM-Standards in Deutschland. Das Spektrum reicht von ersten Machbarkeitsstudien über die Planung aller Leistungsphasen und Objektüberwachung bis hin zur Abnahme und Übergabe an den Kunden in allen Gewerken z.B. der Technischen Gebäudeausrüstung. Die Informationen werden in einem Koordinationsmodell zusammengeführt. Die Planungsänderungen in einem Teilbereich werden automatisch in das gesamte System übertragen und die Auswirkungen werden neu berechnet.

In jedem der o.g. Fachbereiche gibt es Anlagen, die Schall direkt ins Freie emittieren, d.h. für die entsprechenden ESQ sind Schallleistungspegel zu verwalten. Bei den kommenden BIM-Projekten wird Obermeyer dazu übergehen, als neues Attribut den Schallleistungspegel eines Objektes einzuführen. Aufgrund der derzeit noch nicht realisierten Verknüpfung eines Programms zur Berechnung der Schallausbreitung (z.B. „CadnaA“ [8]) mit der BIM-Plattform werden die Schallleistungspegel manuell den Objekten zugeordnet. Ein virtuelles Modell von dem Standort und seiner Umgebung könnte dann z.B. Bild 6 entsprechen. Ein manueller Eintrag von Schallleistungspegeln in BIM widerspricht natürlich dem Prinzip der Vernetzung. Deshalb muss es u.E. zeitnah eine definierte Schnittstelle zwischen BIM und einem Programm zur Berechnung der Schallausbreitung geben. Nur so können die schalltechnischen Auswirkungen von Planungsänderungen im BIM auch schalltechnisch automatisiert beurteilt werden.

BIM-Vernetzung mit Herstellern

Hersteller von Baumaterialien gehen immer mehr dazu über, ihr Portfolio in digitaler Form mit BIM zu vernetzen. Schalltechnisch können das auch Hersteller / Anbieter von TGA-Anlagen machen, indem z.B. Kühlerhersteller für ihre Produkte Rechenmodelle anbieten, welche neben der Geometrie bereits sämtliche schalltechnischen Kenngrößen wie Zuluft- und Abluft-Schallleistungspegel sowie die Richtcharakteristik der Abluft beinhalten. Diese Modelle können dann direkt in das Programm zur Berechnung der Schallausbreitung übernommen werden (vgl. [9]). Die Geometrie dieser Anlagen kann parallel direkt ins BIM übernommen werden.

Fazit

Negativ wahrgenommener Schall wird als Lärm bezeichnet. Um eine Lärmbelästigung zu vermeiden, befassen sich schalltechnische Fachleute mit der normgerechten Ermittlung der Emission und Berechnung der Immission. Um kostenaufwendige Mehrfachbearbeitungen aufgrund von Missverständnissen in der Kommunikation u a. zwischen den Fachdisziplinen zu vermeiden, müssen die eindeutigen Begriffe der Technischen Akustik verwendet werden. Die Erstellung von schalltechnischen Rechenmodellen und die Durchführung von Ausbreitungsberechnungen müssen u.E. unverändert mit einem hochspezialisierten Rechenprogramm erfolgen. Die Bearbeitung kann beschleunigt werden, wenn dieses Programm über eine definierte Schnittstelle mit der BIM-Plattform verbunden ist. Über weitere Schnittstellen können auch Hersteller von z.B. Kühlanlagen direkt eingebunden werden.