Schall im BIM
Vom Schallleistungspegel bis zur BIM-Integration
Ausschnitt aus einem Produktdatenblatt der Güntner GmbH
Quelle: Eigene Messungen
Quelle: Eigene Messungen
Quelle: Obermeyer
Der Planung der TGA kommt aufgrund neuer gesetzlicher Rahmenbedingungen und kürzer werdender Innovationszyklen immer größere Bedeutung zu. Heute macht die TGA ca. 50 % der Baukosten aus. Schalltechnisch problematisch ist dabei besonders die innerstädtische Nachverdichtung mit den resultierenden kurzen Abständen zwischen TGA-Schallquellen und dem nächstgelegenen Immissionsort. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Frage, warum und wie man dabei das Thema Schall kommunizieren sollte und ob das Building Information Modeling (BIM) die Kommunikation / Bearbeitung unterstützen und beschleunigen kann.
Warum muss sich ein Planer mit dem Thema Schall befassen?
Ein Planer hat heute mehr denn je die Aufgabe, Ansprechpartner und Koordinator verschiedener Fachbereiche zu sein. Die Kommunikation zwischen allen Beteiligten führt dann zu einer kostenoptimierten Lösung, wenn generell eine normgerechte Terminologie verwendet wird. In der Fachliteratur (z.B. auch im tab-Artikel „Auf dem Weg zum guten Schallschutz“ [10]) werden die Grundbegriffe der technischen Akustik immer wieder detailliert erläutert. An dieser Stelle soll mit Bild 1 lediglich plakativ in Analogie zu einem Leuchtmittel der...
Warum muss sich ein Planer mit dem Thema Schall befassen?
Ein Planer hat heute mehr denn je die Aufgabe, Ansprechpartner und Koordinator verschiedener Fachbereiche zu sein. Die Kommunikation zwischen allen Beteiligten führt dann zu einer kostenoptimierten Lösung, wenn generell eine normgerechte Terminologie verwendet wird. In der Fachliteratur (z.B. auch im tab-Artikel „Auf dem Weg zum guten Schallschutz“ [10]) werden die Grundbegriffe der technischen Akustik immer wieder detailliert erläutert. An dieser Stelle soll mit Bild 1 lediglich plakativ in Analogie zu einem Leuchtmittel der Unterschied zwischen einem gemessenen Schalldruckpegel und einem Schallleistungspegel dargestellt werden, um die folgenden Sachverhalte ohne Studium der Fachliteratur richtig einordnen zu können.
Warum also eine Beschäftigung mit dem Thema Schall? 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 zu 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:
Ansatz der Schallleistungspegel
Erfahrungsgemäß sind TGA-Anlagen wie z.B. Kühlanlagen (Bild 2) 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:
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 3.
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. Ein Beispiel für die Angabe eines Schallleistungspegels in einem Produktdatenblatt ist Bild 4 zu entnehmen.
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 Sr [kVA] und einer Standardabweichung s von 3 dB nach der VDI 3739 „Emissionskennwerte technischer Schallquellen, Transformatoren“ wie folgt berechnet werden:
LWA = 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 5 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 6 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 7. 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 (Bild 8).
Berechnungder 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:
LAT(DW) = LW + Dc – A
LAT(DW) ⇥Mitwind-Mittelungspegel in dB(A)
LW ⇥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 folgenden standort- und quellenspezifischen Parameter berechnet werden:
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 9 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 und zeitgemäße Methode für das integrierte Arbeiten im Bauwesen. Architekten und Ingenieure aus den 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
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. Bei der TGA werden die in Bild 10 beschriebenen Fachbereiche vernetzt.
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 Bild 11 ist als Beispiel das „Revit“-Gesamtmodell für das Obermeyer-Gebäude in München dargestellt.
Schall im BIM
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 12 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 (Bild 13). Nur so können die schalltechnischen Auswirkungen von Planungsänderungen im BIM auch schalltechnisch automatisiert beurteilt werden.
BIM-Vernetzung mit Herstellern
Hersteller von Baumaterialien (Fassaden, Trennwände etc.) gehen im Rahmen ihres Produktmanagements 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 schalltechnische 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 (Bild 14).
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. TGA-Anlagen direkt eingebunden werden.
